Могут ли жизнь и сознание быть связанными с фундаментальной квантовой природой Вселенной?

В статье “Пределы синергетики” кратко упоминалась теория Роджера Пенроуза о квантовой природе человеческого сознания. К сожалению информации на русском языке по этой тематике не так и много. Есть великолепные книги Пенроуза “Новый ум короля”, “Тени разума” и новая “Путь к реальности, или законы, управляющие вселенной”, которые я настоятельно рекомендую к прочтению. Но я не нашёл их в электронном виде. Чтобы хоть как-то разбавить этот вакуум, хочу представить вашему вниманию статью друга и коллеги Роджера Пенроуза – биолога, пионера нанобиологии Стюарта Хамероффа.

Материал весьма непрост для понимания и перевода, потому любые замечания и указания на ошибки приму с благодарностью.

stuarthameroff Сознание определяет наше существование и реальность. Но как разум порождает мысли и чувства? Большинство объясняющих теорий рисуют мозг компьютером, в котором нервные клетки (“нейроны”) и их синаптические связи действуют как простые “электронные переключатели”, или сложным образом взаимодействующие “биты”. В таком представлении сознание “возникает” как новое свойство сложного взаимодействия между нейронами, подобно тому, как ураганы или пламя свечи возникают как сложное взаимодействие между молекулами газов и пыли. Но этот подход не может объяснить, откуда у нас берутся чувства, осознание, “внутренняя жизнь”. Так что мы не знаем, как мозг порождает сознание.

Также мы не знаем, правильно ли наши сознательные восприятия изображают внешний мир, не знаем, сходятся ли у нас всех мысленные картины того, что лежит вне наших сознаний. Фактически, фундаментальная природа реальности остается столь же загадочной, как и механизм сознательного восприятия.

Практически реальность описывается двумя наборами законов. В повседневном, “классическом” мире, физические законы Ньютона и Максвелла точно и логично предсказывают поведение объектов и энергии. Однако в микро-масштабах (например, на уровне атомов и субатомных частиц) правят выглядящие странными и парадоксальными законы квантовой механики. К примеру, в квантовом мире частицы могут быть “раздвоенными”, занимая несколько мест в пространстве или принимая несколько состояний одновременно (квантовая суперпозиция). Также квантовые частицы, разделенные в пространстве, могут быть тесно связанными (нелокальная квантовая сцепленность) и/или объединенными в единую систему (конденсация Бозе-Эйнштейна).

Несмотря на наше непонимание, эти странные квантовые свойства используются в квантовых компьютерных элементах и других формах квантовых информационных технологий (например, квантовой криптографии, квантовой телепортации) которые, скорее всего, произведут революцию в науке (Честно сказать, здесь автор немного преувеличивает. Все эти замечательные вещи, о которых он пишет, пока что не вышли из лабораторий).

Квантовые компьютеры отличаются от обычных компьютеров, которые представляют информацию в форме бинарных битов, нулей или единиц. В квантовых компьютерах информация может быть представлена как одновременная квантовая суперпозиция И единицы И нуля (квантовые биты, “кубиты”). В суперпозиции кубиты взаимодействуют и оперируют с другими кубитами посредством нелокальной квантовой сцепленности. В конечном итоге каждый кубит “коллапсирует” из состояния “квантовой раздвоенности”, и превращается в 1 или 0, подобно классическому биту. Эти классические биты, получающиеся из сцепленных квантовых битов, являются решением или ответом квантовой вычислительной операции. Поскольку квантовые взаимодействия между кубитами происходят с практически бесконечной параллельностью, квантовые компьютеры сулят огромное преимущество над обычными компьютерами, по крайней мере, для некоторых приложений.

Но почему же существуют две разные реальности, “классическая” и “квантовая”, и как они связаны? Четкой границы между квантовым и классическим миром нет, переход между ними обычно описывается как редукция квантового состояния, коллапс волновой функции или декогеренция. Хотя обычно квантовые эффекты происходят на микро-уровне, явного рубежа или перехода по размеру или масштабу нет. К примеру, нет никаких причин, по которым большие объекты не могли бы находиться в суперпозиции. Ранние квантовые эксперименты показали, что квантовые суперпозиции существуют ровно до их измерения или наблюдения сознательным наблюдателем, т.е. что “коллапс волновой функции вызывается сознанием”. Это положение известно как “Копенгагенская интерпретация”, названа она так в честь родного города Нильса Бора, ее главного автора. Копенгагенская интерпретация поставила сознание вне физики.

Чтобы проиллюстрировать спорность и парадоксальной этой идеи, Эрвин Шредингер в 1935-м сформулировал свой знаменитый мысленный эксперимент, известный как “кот Шредингера”. Представьте себе кота в ящике. А вне ящика – квантовую суперпозицию (к примеру, фотон, одновременно проходящий и не проходящий через полупосеребренное зеркало). В зависимости от результата этой суперпозиции внутрь ящика может быть выпущен яд. Согласно Копенгагенской интерпретации, яд был бы одновременно выпущен и не выпущен, и кот был бы одновременно мертвым и живым – до того момента, когда ящик откроют и посмотрят на кота. Только в этот момент кот примет одно из двух состояний – станет мертвым или живым. Целью мысленного эксперимента Шредингера было показать нелепость Копенгагенской интерпретации, однако и поныне нет способа вычислить результат редукции или коллапса большой, изолированной квантовой суперпозиции.

Эксперименты также показывают, что когда квантовые суперпозиции редуцируют/коллапсируют, конкретный выбор из классических состояний среди всех возможных для суперпозиции состояний является случайным. Это предположение противоречит словам Энштейна “Бог не играет в кости со Вселенной”. (Случайность в квантовых компьютерах усредняется, так что результаты отражают квантовые алгоритмические процессы).

В настоящее время существует несколько интерпретаций редукции квантового состояния или “коллапса волновой функции”.

* Уже упоминавшаяся Копенгагенская (коллапс волновой функции происходит в результате измерения или сознательного наблюдения), которая согласуется с “позитивистской” философией, в которой разум конструирует реальность. Копенгагенская интерпретация ставит сознание вне физики, но она не объясняет фундаментальную реальность; она объясняет разве что результаты экспериментов.

* Гипотеза “множества миров” или “множества разумов”, исходящая из предложения Хью Эверетта что каждая суперпозиция расширяется, приводя к разветвлению вселенных и сознательных наблюдателей; и в одной из вселенных кот мертв, а в другой он жив. Нет ни коллапса, ни редукции, но должна существовать бесконечность реальностей (или сознаний).

* Другая интерпретация, избегающая редукции/коллапса принадлежит Дэвиду Бому. Согласно ней у объектов есть как природа частиц, так и “ведущая” волновая природа (нелокальная скрытая переменная или квантовый потенциал), которая действует, направляя частицу. Согласно подходу Бома квантовый мир может существовать независимо от человеческого разума, это предложение “реалистической” альтернативы доминирующему Боровскому “позитивистскому” Копенгагенскому подходу. Но подход Бома требует наличия еще одного слоя реальности.

* Теория декогеренции примиряет Копенгагенскую интерпретацию с квантовыми суперпозициями в отсутствие измерений либо сознательных наблюдений. Любое взаимодействие классической системы с квантовой суперпозицией или нарушение изоляции суперпозиции от классической системы (например, передачей тепла, прямым взаимодействием или информационным обменом) “декогерируют” квантовую систему в классические состояния. Но теория декогеренции не объясняет ни изоляцию (а никакая квантовая система не является полностью изолированной от своего окружения из классических систем), ни существования суперпозиций, которые являются изолированными.

* Наконец, несколько гипотез постулируют объективный порог для редукции (“объективная редукция”, “ОР”). Британский математик и физик сэр Роджер Пенроуз предполагает, что каждая суперпозиция соответствует бифуркации/разделению вселенной на самом элементарном уровне (квантовая гравитация или фундаментальная геометрия пространства-времени на шкале Планка). Это похоже на гипотезу множества миров, однако, согласно Пенроузу, разделения вселенной на самом фундаментальном уровне нестабильны, и самопроизвольно редуцируют (“самоколлапсируют”) из-за объективного свойства природы геометрии пространства-времени (“объективная редукция”). Более того, чем больше суперпозиция, тем быстрее она редуцирует. Например, изолированный электрон в суперпозиции пройдет объективную редукцию только через десять миллионов лет; а кот весом в один килограмм самоколлапсирует за всего лишь 10^-37 секунд. Предложение Пенроуза сейчас проверяется экспериментами.

В своей книге “Новый ум короля” (“The emperor’s new mind”, 1989) Пенроуз предположил, что выбор состояний, результирующих от этой осуществляющейся посредством квантовой гравитации формы объективной редукции  не случаен. На них влияет Платонова информация, встроенная в шкалу Планка, фундаментальный уровень структуры Вселенной. Более того, конкретно этот тип неслучайного (“невычислимого”) выбора – характерен для выборов, происходящих в сознании. Исходя из этого, Пенроуз выдвинул гипотезу о том, что в мозгу происходят квантовые вычислительные процессы на основе объективной редукции посредством квантовой гравитации. Таким образом, человеческое мышление в корне отличается от действий, производимых классическими компьютерами. Книга Пенроуза была (и правильно) воспринята как пощечина поборникам искусственного интеллекта (ИИ), заявлявшим, что им удалось разработать сознательные компьютеры, симулируя нейронную и синаптическую деятельность в силиконе.

“Кубитами мозга” у Пенроуза стали суперпозиции нейронов, как возбуждающихся, так и не возбуждающихся. Было два рациональных возражения против этой гипотезы. Во-первых, квантовые суперпозиции разрушаются взаимодействием с окружающей средой (“декогеренция”),и в лабораторных условиях требуют изоляции и сверхнизких температур. Как могут квантовые суперпозиции избегать декогеренции достаточно долго для того, чтобы выполнять полезные функции в теплом и влажном мозгу?

Во-вторых, нейроны и синапсы выглядят слишком крупными и сложными для тонких квантовых эффектов. Одноклеточные организмы, вроде инфузорий туфелек, умеют грациозно плавать, избегать объектов и хищников, учиться и запоминать, находить пищу и товарищей, спариваться!

Если мы заглянем внутрь нейронов, инфузорий и других, мы увидим очень хорошо упорядоченные сети (“цитоскелет”), составленные из микротрубочек и других капиллярных структур, которые организуют клеточную жизнедеятельность. Чувствительность и передвижение инфузорий, деление клеток (“митоз”), рост клеток, формирование синапсов и все аспекты координированных функций выполняются микротрубочками, цилиндрическими полимерами белка тубулина, упакованными в гексагональные решетки, составляющие цилиндрический корпус микротрубочки.

В течение двадцати лет я изучал, как микротрубочки могут обрабатывать информацию, действуя подобно компьютерам. В 80-х вместе с коллегами Ричем Ваттом, Стином Расмуссеном и другими я предположил что кооперативное взаимодействие между субъединицами тубулина работает как “клеточный автомат” молекулярного масштаба. Наша работа показала, что переключения состояний тубулина в микротрубочках дают в каждом нейроне такой же потенциал для обработки информации, каким обладает мозг в целом на синаптическом уровне. Но этот огромный прирост потенциала для обработки информации по классической схеме не помогает разрешить загадки сознания.

Однако микротрубочки, похоже, являются отличными кандидатами на роль квантовых компьютеров, которые искал Пенроуз. Так как состояния тубулина управляются внутренними механическими квантовыми силами (силы Ван-дер-Ваальса-Лондона), они могут находиться в квантовой суперпозиции множества состояний(“квантовые биты”, “кубиты”), и микротрубочки можно рассматривать как квантовые компьютеры, участвующие в организации жизни клетки.

В начале 90-х сэр Роджер Пенроуз и я объединили свои усилия чтобы разработать модель квантовых вычислений в микротрубочках мозга, отвечающих за работу сознания. Квантовые вычисления изолируются от декогеренции окружением специфическими эволюционными механизмами, и редуцируют в классические состояния под воздействием объективного порога Пенроуза, связанного с квантовой гравитацией (“объективная редукция – ОР”). Это связывает процесс с фундаментальной геометрией пространства-времени — тонкой структурой Вселенной. Квантовое вычисление “оркестрируется” обратной связью от белков, связанных с микротрубочками, поэтому мы назвали этот процесс “оркестрованной объективной редукцией” (“Orch OR”, ООР).

Сознание, таким образом, является последовательностью дискретных событий, формирующейся из чередующихся фаз

1) фазы изолированной квантовой когерентной суперпозиции (в которой квантовые состояния микротрубочек изолированы застыванием актина), и

2) классическим вводом/выводом, в этой фазе информация микротрубочек взаимодействует с не-сознательными частями мозга, нервной системой и внешним миром. Чередование фаз согласуется с нейрофизиологией мозга, например, хорошо известными 40-герцевыми гамма-осцилляциями электроэнцефалограммы.

Мы рассматриваем чувства и сознательный опыт с позиций философского панпротопсихизма, в котором составляющие сознательного опыта являются фундаментальными и элементарными сущностями, встроенными в шкалу Планка фундаментальной геометрии пространства-времени. Наша точка зрения согласуется с философией А.Н. Уайтхеда, который предположил, что сознание является последовательностью “событий опыта”, происходящих в “базовом поле протосознательного опыта”.

Таким образом, шкала Планка предельно малых масштабов, описанная петлевой квантовой гравитацией, теорией струн, квантовой пеной и т.д., является подлинной Матрицей, формы которой порождают сознательный опыт (и все остальное).

Подавляющее большинство мозговой активности – несознательная активность, а сознание – “верхушка айсберга”. Однако, нет четко определенных областей мозга, которые бы “вмещали сознание”. В какой-то момент нейроны могут быть не-сознательными, а в следующий момент – выполнять какую-то сознательную функцию. Переход от одного к другому, который мы предлагаем, это Оркестрованная Объективная Редукция. Это подразумевает что пре-сознательная деятельность, включая Фрейдовское подсознание и наши сны – является проявлениями квантовой информации, то есть “раздвоенных” суперпозиций множества возможностей. Странная природа снов была описана (Матте-Бланко, 1971) как мир  “где правит парадокс и противоположности сливаются в одно”. Это описание подходит и ко квантовому миру.

Таким образом, мы представляем сознание самоорганизующимся процессом на грани квантового и “классического” мира, и связью между биологическими системами и фундаментальным уровнем вселенной. Оркестрованная объективная редукция согласуется не только с нейробиологией и физикой, но и с духовными традициями, такими как буддизм, индуизм и Каббала.

orch-or-basic-ideaОркестрованная ОР может происходить только при очень специфических обстоятельствах: квантовые суперпозиции должны быть изолированы от декогеренции окружающим пространством достаточно долго для того, чтобы достичь порога объективной редукции Пенроуза. Действия нервной деятельности в мозгу происходят обычно за временные интервалы длительностью от десятков до сотен миллисекунд, что требует изолированной суперпозиции микротрубочек, занимающей тысячи нейронов. Простые организмы тоже могут обладать сознанием, но у них для этого потребовались бы более длительные периоды изолированной суперпозиции, поэтому моменты сознательности случались бы у них нечасто. В то время как у нас может происходить примерно 40 сознательных моментов в секунду, у простого червя – только один момент в минуту (и намного слабее наших).

Возможно, ОР также происходит в космологических ситуациях, таких как гигантские конденсации Бозе-Энштейна в нейтронных звездах. Согласно нашему определению, такие ОР-события тоже были бы сознательными, но лишенными способности познания (ОР, но не оркестрованная). Астрофизик Паола Цицци предположил что период расширения во время Большого Взрыва представлял из себя квантовую суперпозицию изначальной Вселенной, завершившуюся объективной редукцией. Таким образом, момент рождения Вселенной был моментом космического сознания (“Большим Ого”) – макрокосмом наших индивидуальных сознательных микрокосмов.

Я работал анестезиологом, и рутинно стирал и восстанавливал сознательность моих пациентов. Анестетические газы, которые я использовал, проникали через легкие в кровь и мозг, где они попадали в маленькие карманы внутри определенных нейронных белков. Список критичных для процесса белков, нарушение функции которых вызывало анестезию/потерю сознания, включал тубулины и разные мембранные белки-рецепторы. Микроскопические внутрибелковые карманы, в которые входят анестетики, являются “гидрофобными” участками, неполярными областями, где динамика белков управляется квантовыми силами, называющимися силами Ван-дер-Ваальса-Лондона. В отличие от других лекарств, анестетики действуют только посредством этих очень слабых механических сил Лондона, очевидно блокируя или ослабляя нормальную работу этих сил Лондона, коллективная когеренция которых необходима для поддержания работы сознания.

Несмотря на сильную критику со стороны скептиков, организаций, занимающихся компьютерными вычислениями и философией, оркестрованная объективная редукция остается приемлемой теорией, и возможно единственной полной моделью способной объяснять загадочные свойства сознания и давать проверяемые предсказания. Последние данные показывают, что некоторые формы квантовых процессов с участием органических молекул идут лучше при повышении температуры, что говорит о том, что декогеренция может не быть значительной проблемой.

Многие считают идею квантового сознания (и оркестрованной объективной редукции) невероятной. Ну а я считаю ее “точкой на горизонте”, парадигмой, которая в конечном итоге станет доминирующей теорией работы мозга, разума и реальности. По-моему это единственный подход, который может связать их всех. Более того, связь с фундаментальной Платонической реальностью – это научный путь к духовности.

Стюарт Хамерофф

Оригинал статьи: http://www.quantumconsciousness.org/overview.html.

За помощь с переводом огромное спасибо roman_sharp.

8 комментариев к “Могут ли жизнь и сознание быть связанными с фундаментальной квантовой природой Вселенной?

  1. Обозреватель

    1. Предыдущий коммент попал не туда (случайно). Можно и нужно убрать (это – модератору сайта).
    2. Почему сложно читать Пенроуза в электронном виде? Очень даже читаем (рекомендую всем).

    1. gavrilaf Автор публикации

      Ну не знаю, наверное я вообще не очень люблю читать с экрана. Предпочитаю бумагу. Особенно, если дело касается серьёзных вещей.

      А за ссылки о метеорите спасибо.

  2. Михаил Зенькович

    Resources – unknownworld – Google Sites
    sites.google.com/site/httpsunknownworldgooglcomsite/Resources

    Contact Us – unknownworld
    sites.google.com/site/httpsunknownworldgooglcomsite/contact-us

    МИР НЕ ПОЗНАННЫЙ: МИР НЕ ПОЗНАННЫЙ unknownworld-zenkovich.blogspot.com/1992/

  3. Михаил Зенькович

    Мир Наш – волшебный фонарь
    Его лампа – Заря.
    Жизнь твоя – на стекло нанесенный рисунок,
    Неподвижно застывший внутри фонаря.
    ОМАР ХАЙЯМ

    Потеря близкого человека
    сменяется состоянием глубокой
    депрессии. Новый жизненный оп-
    тимизм-предлагаемое посвяще-
    ние, дарующее код внешней
    энергоинформационной подпитки.

    МИР НЕ ПОЗНАННЫЙ
    1992 г.
    FROM THE AUTHOR

    This text if for an individual who not only doubts the rightness of a common concept of outward things restricted by the frames of the materialistic existence theory and a concept of the aim of life, but, in the first place, for a reader who is capable of straining his intellect to admit the speculative concepts overlooking conscious understanding.
    Today’s reality has really shaken the confidence of generally – known dogmas of official science. It’s, however, a long way to the wide acceptance of a non-traditional interpretation of the outward world.
    Don’t grudge the efforts to open the first page and further you will acquire the sense of a greater use, than just acting the part which pragmatic theory has been destined for you, supposedly, guided by the past and present experience, and an insight of the future; the theory which has formed the norm of behavior regulations, originated from subjective realization of the heart of a particular temporary situation.
    Imposing such spiritual restriction forms the infrastructure affects our everyday life, entangling everyone in lies, unbelief and despair. It’s quite possible that not all of the author’s judgments will be taken unanimously, especially since the concept suggested is not put in an affirmative way, but in the form of evident things. Thus one gets an impulse to develop his own overview toward the outward world, giving freedom to his soul
    The issue is for people who have lost their beloved ones.
    Bring reading for people looses loved own be near heart.

  4. Николай

    “Книга Пенроуза была (и правильно) воспринята как пощечина поборникам искусственного интеллекта (ИИ), заявлявшим, что им удалось разработать сознательные компьютеры, симулируя нейронную и синаптическую деятельность в силиконе*.”

    — Не в силиконе, а в кремнии я думаю =))

  5. Юрий

    “Точка на горизонте”! Хорошо сказано, но какая яркая точка! Эта точка может перевернуть всё, что раньше было сказано о сознании, хотя по сути о сознании ещё не было сказано ничего. Удачи Вам, господа учёные!

Добавить комментарий