Макс Тегмарк - Наша математическая вселенная

Рис. 8.7.Схематическое изображение нейрона ( слева ), участка его длинного отростка, называемого аксоном ( посередине ) и фрагмента мембраны аксона ( справа ). Большая доля площади аксона покрыта непроводящим веществом миелином, но на нём есть небольшие оголённые участки (примерно каждые полмиллиметра), где концентрируются чувствительные к электрическому напряжению натриевые и калиевые каналы. Когда нейрон находится в суперпозиции состояний возбуждения и покоя, около 1 млн атомов натрия (Na) находится в суперпозиции состояний внутри и снаружи клетки ( справа ).

Теперь предположим, что мозг — действительно квантовый компьютер и разряд нейронов каким-либо образом вовлечён в эти вычисления. Тогда отдельный нейрон должен быть способен находиться в суперпозиции выдавшего и не выдавшего разряд, а значит, около миллиона атомов натрия должны находиться в двух местах одновременно — внутри и снаружи нейрона. Квантовый компьютер работает лишь постольку, поскольку его состояние остаётся тайной для мира. Так долго ли нейрон может хранить в секрете, выдал он разряд или нет? Когда я подставил числа, ответ получился — «очень недолго»: около десяти миллиардных долей триллионной доли секунды (10 –20с). Столько времени обычно проходит, прежде чем случайная молекула воды столкнётся с одним из миллиона атомов натрия и обнаружит себя, тем самым разрушив квантовую суперпозицию. Я также обсчитал другую модель Роджера Пенроуза, в которой квантовые вычисления выполняются не нейронами, а микротубулами, элементами цитоскелета клеток, и обнаружил, что они поддаются декогеренции примерно за 10 –13секунды (100 квадриллионных долей). Чтобы мои мысли соответствовали квантовым вычислениям, они должны завершаться прежде, чем случится декогеренция, так что мне следует думать со скоростью 10 000 000 000 000 мыслей в секунду. Может быть, Пенроуз умеет думать так быстро, а я нет.

На самом деле не удивительно, что мозг не работает подобно квантовому компьютеру. Мои коллеги, которые пытаются построить квантовый компьютер, ведут затяжную войну с декогеренцией и обычно изолируют свои устройства в холодном тёмном вакууме, чтобы сохранить их состояние в секрете от остального мира, в то время как мозг — тёплое влажное место, отделы которого не изолированы. Однако некоторые остались недовольны моей статьёй, и я получил первый опыт научной полемики. Стюарт Хамерофф, один из авторов концепции квантового сознания, заявил, что я «подбросил зловонную бомбу на это исследовательское поле» и доставил массу проблем исследователям квантового сознания. «Вы что, наёмный убийца от научной ортодоксии?» — спрашивал он меня.

Меня это изрядно повеселило, поскольку обычно я сам склонен противостоять научной ортодоксии и инстинктивно поддерживаю слабейшую сторону, тех, кто придерживается нетрадиционных идей. Кроме того, я не делал эти расчёты в надежде на конкретный результат, а просто разбирался, каким будет ответ. На самом деле, я был бы счастлив, если бы пришёл к противоположному заключению, поскольку было бы по-настоящему прикольно иметь собственный квантовый компьютер. Вместе с двумя соавторами Хамерофф опубликовал возражения к моей статье, которые, как я чувствовал, были ошибочными, [47]и я не мог избавиться от ощущения, что порой учёные прикипают к идее почти с религиозным жаром, так что никакие факты не могут их разубедить. Неужели все эти нагромождения специальной терминологии были всего лишь попыткой рационализировать тезис: «Сознание — это загадка, и квантовая механика — это загадка, так что они должны быть связаны»?

В 2009 году в Нью-Йорке я наконец встретил Стюарта Хамероффа. Он оказался очень общительным и дружелюбным человеком. Мы пообедали вместе и, что интересно, не нашли ни одной выкладки или измерения, по поводу которых не были бы согласны друг с другом. Мы решили, что дело в разном понимании того, как всё это относится к сознанию.

Я должен сделать одно признание: мои расчёты декогеренции мозга были только предлогом. Это не было настоящей причиной написания той статьи. Я был сильно взволнован, очень хотел опубликоваться, но догадывался, что мои идеи покажутся слишком философскими, чтобы их приняли к публикации. Поэтому я применил троянскую стратегию: скрыть философскую часть, которую я хотел протащить мимо рецензентов, за многими страницами вполне респектабельно выглядящих уравнений. Стратегия и сработала — в том смысле, что статью приняли, — и провалилась (читатели обращали внимание только на маскировку — на то, что мозг не является квантовым компьютером).

Так в чём состояло моё скрытое сообщение? Это был унифицированный способ думать о квантовой реальности ( рис. 8.8 ). Фейнман подчёркивал, что квантовая механика разделяет нашу Вселенную на две части: рассматриваемый объект и всё остальное ( среда ). Но я чувствовал, что в этой квантовой головоломке отсутствует важный элемент — сознание. Как показано в работе Эверетта, понимание процесса наблюдения требует подключения третьей части Вселенной — состояния сознания наблюдателя, отмеченного словом «субъект» на рис. 8.8. [48]

Если вы не физик, вам может показаться забавным, что в физическом сообществе так мало говорят о сознании при всей суете вокруг наблюдений в квантовой механике. В конце концов, разговор о наблюдениях без упоминания сознания напоминает дискуссию о близорукости без упоминания глаза. Я думаю, это объясняется тем, что поскольку мы не понимаем, как устроено сознание, большинство физиков чувствует себя некомфортно, даже упоминая его в разговоре, из опасения, что их сочтут излишне философствующими. Лично мне кажется, что одно лишь непонимание чего-либо вовсе не означает, что мы должны это игнорировать, надеясь притом получить корректные ответы.

Я подробно расскажу о сознании в следующей главе. Для понимания рис. 8.8 эти детали не нужны: предположу лишь, что ваше сознание возникает в результате удивительно сложного движения частиц, составляющих мозг, и эти частицы подчиняются уравнению Шрёдингера, подобно всем остальным частицам.

Рис. 8.8.Удобно разбивать мир на три части: соответствующую вашему субъективному восприятию (субъект), ту, которая подвергается изучению (объект), и всё остальное (среда). Взаимодействие между тремя частями вызывает качественно различные эффекты, благодаря которым складывается единая картина, включающая и декогеренцию, и кажущийся коллапс волновой функции.