Сознающий ум. В поисках фундаментальной теории - Чалмерс Дэвид (читать хорошую книгу полностью txt) 📗
Нет такого физического критерия, который казался хотя бы отдаленно пригодным для определения коллапса. Критерии, выдвинутые на микроскопическом уровне — допускающие, к примеру, что коллапс происходит, когда система взаимодействует с протоном — исключаются экспериментальными данными. Альтернатива состоит в том, что критерий должен содержать отсылку к высокоуровневому физическому свойству, так что коллапс происходит, когда система имеет определенную высокоуровневую конфигурацию. Однако любое подобное высокоуровневое свойство казалось бы произвольным, и хороших кандидатов пока не предлагалось. В предположении, что шредингеровская динамика микроскопических систем неожиданно отменялась бы при попадании этих систем в контекст каких-то конкретных конфигураций, есть что-то очень странное.
Из всех выдвигавшихся критериев какие-то шансы есть лишь у того, согласно которому измерение происходит, когда квантовая система затрагивает сознание какого-то существа. В отличие от предыдущих критериев, он хотя бы определен и непроизволен [192]. Соответствующая интерпретация исчисления весьма элегантна и проста, и это единственная буквальная интерпретация данного исчисления, получившая достаточно широкое распространение. Она была впервые предложена Лондоном и Бауэром (London and Bauer 1939), но чаще всего ассоциируется с Вигнером (Wigner 1961).
Заметим, что эта интерпретация предполагает дуализм сознания и тела. Если бы сознание было всего лишь еще одним физическим свойством, то возникли бы все упомянутые выше проблемы. Эта позиция оказалась бы одной из разновидностей концепции «высокоуровневого свойства», согласно которой попросту случается так, что волновые функции физических систем коллапсируют в контексте каких-то сложных физических конфигураций. Но если дуализм верен, то критерий коллапсирования может быть подлинно фундаментальным. Кроме того, тот факт, что причина коллапса является чем-то внешним для физических процессов, позволяет создать гораздо более простую теорию. Все чисто физические системы управляются теперь одной лишь шредингеровской динамикой, а совершенно иная динамика измерения имеет независимый источник.
У этой интерпретации, однако, имеется ряд контринтуитивных следствий. Возьмем измерительное устройство, к примеру стрелку, позволяющую измерить состояние электрона, и предположим, что это состояние изначально характеризуется суперпозицией. Когда поблизости нет сознания, вся система будет подчиняться линейной шредингеровской динамике: если различные дискретные состояния электрона дают различные дискретные состояния стрелки, то из этого следует, что состояние электрона, характеризующееся суперпозицией, будет порождать такое состояние стрелки, которое тоже будет характеризоваться суперпозицией. Иными словами, эта теория предсказывает, что стрелка одновременно указывает на множество разных мест! Она указывает на какое-то определенное место лишь тогда, когда я смотрю на эту стрелку.
Сценарий с кошкой Шредингера ведет к еще более странным последствиям. В этом сценарии некая кошка закрыта в камере, какое-то устройство измеряет спин электрона, и система настроена так, что кошка гибнет лишь тогда, когда спин электрона оказывается в положении «вверх». (Допустим, что кошка находится под анестезией, так что сознание не принимает участие во всех этих процессах.) Если электрон изначально находится в состоянии суперпозиции, то кошка попадет в состояние, являющееся суперпозицией жизни и смерти! Только когда сознающее существо заглянет в камеру, определится, является ли кошка мертвой или живой.
Согласно этой картине, любой макроскопической системе, как правило, будет свойственна масштабная суперпозиция при отсутствии поблизости сознания. До возникновения сознания в процессе эволюции весь мир находился в состоянии гигантской суперпозиции, пока первая крупинка сознания, судя по всему, не привела его к внезапному коллапсу. Это может звучать безумно, но таково прямое следствие единственной внятной буквалистской интерпретации принципов квантовой механики. Надеюсь, что это поможет уяснить, насколько странной является квантовая механика и насколько серьезны проблемы, связанные с ее интерпретацией.
Не исключено, что указанные контринтуитивные следствия можно было бы и принять, но я тем не менее не являюсь сторонником этой интерпретации. Начать с того, что она не сочетается с той позицией, которую я отстаивал, а именно с идеей повсеместности сознания. Если сознание связано даже с очень простыми системами, то, согласно этой интерпретации, коллапс будет происходить на самом базовом уровне и очень часто. Это не стыкуется с физическими данными, предполагающими, что низкоуровневые суперпозиции зачастую продолжительное время существуют в неколлапсированном состоянии. Вторая проблема состоит в том, что не существует даже намека на основательную теорию о том, какого рода воздействие на сознание порождает коллапс, равно как и о том, какой вид принимает итоговый коллапс. Можно по-разному отвечать на эти вопросы, но ни одна из конкретизаций не кажется особо убедительной.
Другие проблемы связаны с самим понятием коллапса. Начать с того, что коллапс должен быть нелокальным: если две частицы имеют сцепленные состояния, измерение первой частицы вызовет одновременный коллапс состояния второй частицы. Это приводит к определенной нестыковке с теорией относительности. К примеру, кажется, что нелокальный коллапс подразумевает отсылку к привилегированной системе отсчета. Без нее время коллапса второй частицы будет недостаточно определенным, так как у нас нет четкой дефиниции одновременности в разных местах.
Более общая трудность состоит в том, что процесс коллапса в целом не очень хорошо сочетается со всей остальной физикой. Если брать его в буквальном смысле, то это мгновенный, дискретный, темпорально асимметричный нелокальный процесс, радикально отличный от всех других процессов, в существовании которых нас убеждает физическая теория. Кажется странным, что такой необычный процесс должен сосуществовать с прямолинейным, континуальным, темпорально симметричным и локальным уравнением Шредингера. В самом деле, сравнивая коллапс с элегантностью и мощью уравнения Шредингера, составляющего ядро квантовой теории, мы можем счесть его каким-то случайным привнесением. И что-то несообразное есть в представлении о том, что мир на своем базовом уровне содержит два столь совершенно разных вида динамики.
Эти аргументы, конечно, далеко не решают дело, и интерпретация, согласно которой сознание коллапсирует волновую функцию, заслуживает очень серьезного отношения. Тем не менее, на мой взгляд, имеется серьезное основание поискать другую интерпретацию, рисующую более простую и непосредственную картину фундаментальных природных процессов.
Все проблемы буквалистской интерпретации связаны с признанием постулата измерения фундаментальным законом. Заманчиво поэтому предположить, что этот постулат мог бы не иметь базового характера, а оказываться следствием более фундаментальных принципов. Тут есть два возможных пути. Мы могли бы попытаться ввести дополнительные базовые принципы, не столь проблематичные, как постулат измерения, но приводящие к тем же результатам. Это стратегия четвертого варианта. Или же мы могли бы попробовать получить те же результаты в качестве следствия уже известных базовых принципов, таких как уравнение Шредингера. То есть мы могли бы попытаться получить постулат измерения даром.
Интуитивную мотивацию в пользу этой стратегии нетрудно понять. Интуиция говорит нам, что эффекты суперпозиции проявляются по большей части на микроскопическом уровне и что они могли бы каким-то образом «отменяться» на макроскопическом уровне. Быть может, при наличии множества микроскопических суперпозиций они взаимодействуют так, что порождают относительно определенное макроскопическое состояние. Благодаря ряду математических свойств сложных конфигураций мы могли бы понять, каким образом эффективный коллапс мог бы оказываться следствием микроскопической неопределенности. Базовый пробабилистический коллапс был бы в таком случае заменен эмерджентным статистическим процессом, протекающим в той или иной сложной системе.
