Действительно ли наше сознание «определяется» квантовыми эффектами

Подписывайтесь на мой Телеграм-канал «Другая фаза» (@aiqcnt).

Сознание человека — пожалуй, самая загадочная вещь в известной нам части Вселенной. Над загадкой природы сознания бились и продолжают биться лучшие учёные и философы. Но это трудная загадка, очень трудная. Она так и называется в современной философии сознания — трудная проблема сознания. Австралийский философ Дэвид Чалмерс провозгласил эту загадку в своей статье «Навстречу проблеме сознания» в 1995 году.

Проблема заключается в том, что всё происходящее у нас в голове, что мы воспринимаем как наше внимание, интеллект, разум и сознание, является крайне субъективной вещью. Наше «я», чем бы оно ни являлось на самом деле, доступно только нам самим. А передать свои внутренние ощущения кому бы то ни было мы можем только косвенно через систему условных обозначений, называемых «языком». То есть всё то, с чем мы знакомы с самого детства и воспринимаем это как самих себя, является только нашей субъективной реальностью.

А естественная наука привыкла работать с объективной реальностью, явления и события в которой можно изучить при помощи наблюдений и экспериментов. Более того, такие наблюдения и эксперименты должны быть повторяемы различными научными коллективами, а их результаты должны быть верифицируемы и опровергаемы. Неверифицируемые и неопровергаемые объекты и явления науке в принципе не особо интересны. А внутренний, субъективный мир человека, похоже, как раз и является таким объектом. Но он-то как раз очень интересен. Так что научному подходу требуются какие-то специальные инструменты для изучения природы сознания.

Другими словами, сущность сознания и всех остальных связанных с ним понятий пока ещё ускальзывает от современной науки. Мы не можем объяснить, почему в наших головах происходят эти самые высшие психологические процессы, которые, в целом, интуитивно понятны всем и каждому. Но это не значит, что нужно впадать в мистику, говоря, что научный подход здесь не поможет. Конечно же, поможет, просто надо продолжать искать — находить закономерности, строить на их основе гипотезы, проверять и опровергать их, выводить строгие теории. Всё это возможно, и наука, хоть и со скрипом, движется в этом направлении.

Существует большое количество гипотез о природе сознания, но все они обладают существенным недостатком — их сложно проверить. Всё дело в этаком разрыве, который имеется между достижениями биологических и психоневрологических наук. С одной стороны мы неплохо разобрались в биомолекулярных механизмах функционирования отдельных нейронов и их сетей. В этом направлении каждый день появляются новые достижения. С другой стороны, психоневрология тоже не стоит на месте и объясняет многие явления в поведении людей на высшем уровне психической деятельности. Но связать эти объяснения друг с другом не получается из-за этого разрыва. Похоже, что это методологическая сложность, которую можно будет преодолеть только при помощи междисциплинарного подхода, когда многие учёные из разных научных областей объединятся и будут работать над одной задачей.

В принципе, есть немного явлений, которые так же сложно понять и объяснить, как и человеческое сознание. Одно из таких явлений имеется в области квантовой механики. Это так называемый коллапс волновой функции квантовой системы. Если объяснять на пальцах, то на микроуровне, где вовсю работают квантовые эффекты, все объекты как бы размыты. Грубо говоря, любая квантовая система может как бы одновременно находиться во всех точках Вселенной. Электрон внутри вашего тела одновременно находится где-то вне него. Фотон, летящий от далёкой звезды, одновременно летит и к нам на Землю, и в противоположную сторону. В общем, всё это довольно контринтуитивно и не очень понятно. Получается, что квантовые системы — это не объекты, не тела, а что-то расплывчатое, неопределённое, волны и поля.

Но в момент измерения происходит так называемая декогеренция, квантовые системы перестают быть волнами и становятся вполне себе телами. Если мы измеряем фотон, который направляется от далёкой звезды к нам, то в момент измерения его волновая функция коллапсирует, и этот фотон оказывается только у нас на Земле в том измерительном приборе, куда он попал и отдал значения своих характеристик, а из всех остальных мест во Вселенной он сразу же пропадает. И сразу же после этого его волновая функция опять начинает «расползаться» по пространству. Но в момент измерения она всегда схлопывается. И природа этого явления также совсем непонятна. Никто не знает, почему так происходит.

Интерес вызывает то, что понятие «измерения», которое употреблялось в предыдущих рассуждениях, определено очень расплывчато. Что именно измеряет характеристики фотона? Может ли в качестве измерительного прибора выступать фоторецептор в сетчатке человеческого глаза? Ведь фотон, прилетающий в глаз, реагирует с определёнными белками внутри клетки-рецептора, в результате этого реагирования трёхмерная конфигурация белка меняется, клетка запускает некоторое подобие электрического импульса, которое доходит до коры головного мозга, где и участвует в формировании картинки, которая воспринимается сознанием человека. Может быть, это сознание является «измерительным прибором»?

Подобного рода размышления натолкнули отдельных учёных на идею сформулировать гипотезы, общий набор которых получил название «квантовая природа сознания». Квантовая природа сознания — это как бы мета-гипотеза, то есть гипотеза о верности некоторых гипотез о том, что сознание обладает квантовой природой и может быть объяснено в терминах квантовой механики или какой-то иной, ещё не разработанной теории, которая основана на квантовой механике.

Одним из самых известных учёных, поддерживающих эту мета-гипотезу, является Роджер Пенроуз. Его книга «Новый ум короля», которая, вне всякого сомнения, рекомендуется для чтения каждому, довольно легко описывает причины, по которым обычное механистическое понимание процессов, происходящих внутри нервной системы, не может дать нам объяснение феномена сознания и разума. Основная идея заключается в том, что сознание и разум человека, скорее всего, являются сущностями, невычислимыми на обычном «тьюринговском» компьютере, а потому их невозможно представить в виде какого-либо алгоритма, исполняемого на любом из современных компьютеров. С другой стороны, такими же свойствами обладает эта самая операция измерения в квантовой механике, а потому по принципу аналогии делается предположение, что в силу своей невычислимости сознание и разум могут иметь квантовую природу. Как видно, это само по себе довольно слабое предположение, но, тем не менее, многие учёные и научные коллективы работают в этом направлении и даже получают определённые результаты и достижения.

Существует довольно большое количество подходов к определению механизмов работы квантового сознания — в научной литературе можно найти, как минимум, шесть различных направлений, в которых причинами появления сознания в биологической нейронной сети называются различные квантовые эффекты в разных частях нейронов или даже других клеток и органов. Для разнообразия можно рассмотреть некоторые наиболее интересные.

Одними из первых предложения внесли Роджер Пенроуз и Стюарт Хамерофф, которые начали работать порознь, но затем объединили свои теоретические изыскания и ввели понятие «объективной редукции» для описания коллапса волновой функции. Основная их идея заключается в том, что где-то в нервной системе должно найтись нечто, что может выполнять роль кубитов, то есть квантовых битов, которые находятся в суперпозиции своих базовых состояний и, тем самым, реализуют модель квантовых вычислений. И такие объекты действительно были найдены в нейронах — это микротрубочки, по которым транспортные белки переносят внутри клеток разные объекты. Так вот стенки этих микротрубочек состоят из двойного белка тубулина, в котором Стюарт Хамерофф нашёл электрон, находящийся в суперпозиции. Однако эта гипотеза была подвергнута многочисленной критике, а экспериментальные результаты не подтверждают нескольких базовых предположений гипотезы.

Роджер Пенроуз размышляет о начале Вселенной.
Роджер Пенроуз размышляет о начале Вселенной.

Карл Прибрам предложил холономную теорию мозга, в рамках которой квантовая механика используется для объяснения функционирования холонов. Холон — это объединение оперонов, которые, в свою очередь, являются объединениями квалонов, представляющих собой взаимосвязанные наборы нейронов, отвечающих за распознавание и восприятие какого-либо образа или качества. Холон же определяет некоторое целостное качественное состояние когнитивной системы. Так вот модель Прибрама объясняет функционирование холонов с точки зрения квантовой механики, и это очень многообещающая модель.

Карл Прибрам.
Карл Прибрам.

Дэвид Пирс предложил модель, в которой сознание является функцией от квантовой суперпозиции нейронов. Это само по себе звучит довольно странно, контринтуитивно даже для контринтуитивной квантовой механики и более того — спекулятивно. Однако эта модель является полностью верифицируемой, и автор предложил ряд экспериментов для её проверки. Пока, впрочем, такие эксперименты провести не удалось в силу их технологической сложности.

Очень интересную модель предлагает Генри Стапп, который рассматривает сознание в качестве того самого «субъекта», наблюдение которого заставляет коллапсировать волновую функцию. Этот подход позволяет объяснить квантовые эффекты и, в общем-то, оставляет одну интерпретацию квантовой механики, но у него есть один очень сильный изъян — природа самого сознания как бы выводится за рамки современной физики. Если сознание, которое находится в мозге, как-то влияет на волновые функции и схлопывает их, значит носитель сознания не должен иметь волновую функцию, а это противоречит текущим физическим постулатам.

Джузеппе Вителло и Уолтер Фриман предложили наиболее витиеватую гипотезу, которая вводит некоторое взаимодействие («диалог» в терминах авторов) между классической и квантовой частями мозга. Этот диалог и определяет сознание, а квантовая часть мозга представляет собой поле, определяющее динамику изменения свойств мозга. Однако эта гипотеза вряд ли может быть подвергнута верификации, поэтому сама по себе ничего не объясняет, а просто выводит необходимость объяснения на новый уровень.

Дэвид Бом, один из отцов квантовой механики предположил, что сознание и материя — это два разных проявления какой-то более высокоуровневой субстанции, непосредственного доступа к которой у человечества на современном этапе развития ещё нет. Это пока что сложно верифицируемое предположение, но, похоже, что как раз оно и может лежать в основе всех дальнейших исследований в области философии сознания.

Однако на любую гипотезу о квантовых эффектах, которые определяют сознание, есть большое количество разнообразной критики как с научных позиций, так и с общефилософских. А это, в свою очередь, значит, что пока гипотезы остаются гипотезами и ничего не объясняют. Проверить каждую из таких гипотез довольно непросто, так что все они остаются довольно спекулятивными и пока что неверифицируемыми. А потому сегодня само по себе направление квантовой природы сознания остаётся маргинальным в науке.

Вместе с тем, все эти вопросы не являются оторванными от реальности и практики забавами мудрецов в башнях из слоновой кости. Природа сознания интересна нам, людям, в том числе и потому, что без точного понимания того, что есть память, разум, сознание, личность — без всех этих понятий довольно сложно вести разработки в области искусственного интеллекта. Сегодня мы тыкаемся в разные стороны, как слепые котята, не понимая в полной мере, куда идти и, главное, зачем. И все эти исследования в области нейрофизиологии, психоневрологии и философии сознания могут помочь нам ответить на такие животрепещущие вопросы. А то, что в конечном итоге наша цивилизация даст рост новой разумной расе, — в этом мало сомнений.

Однако с точки зрения всех технических наук и инженерных дисциплин, задействованных в разработке искусственного интеллекта, есть очень серьёзный довод против квантовой природы сознания. Можно представить себе квантовый компьютер. Сегодня это в большей мере теоретическое устройство, основанное на новой вычислительной модели. Существуют прототипы, которые имеют несколько десятков кубитов, но мощности таких прототипов совершенно не достаёт даже для самых простых вычислений. При этом когда появится универсальный квантовый компьютер, а это вполне может произойти скоро и довольно резко, так как фундаментальных препятствий к этому нет, то он позволит решать очень многие практические задачи легко и непринуждённо, хотя сегодня мы такие задачи решить не можем. Например, такой задачей является изучение трёхмерной структуры белков, что позволит проектировать лекарства под заказ с заданной функциональностью. И это не говоря о том, что квантовый компьютер позволит скомпрометировать практически всю современную криптографию, основанную на гипотезах о практической неразрешимости некоторых задач.

Квантовый компьютер Google.
Квантовый компьютер Google.

Так вот квантовый компьютер и модель квантовых вычислений в целом не обладают большей мощностью с точки зрения теории вычислений — они могут вычислить всё то, что может вычислить универсальная машина Тьюринга, и ничего больше. Нет никаких задач, которые были бы не под силу машине Тьюринга, но которые бы решались при помощи квантовых вычислений. Просто квантовый компьютер некоторые задачи решает намного эффективнее, вот и всё. Так что если настоящий, сильный искусственный интеллект появится в квантовом компьютере, как считают некоторые исследователи, это не будет следствием того, что этот компьютер квантовый. Если сознание невычислимо с точки зрения теории вычислений, то его нельзя будет смоделировать в полном объёме и на квантовом компьютере.

Имеется ещё один набор неортодоксальных гипотез (или, даже, точек зрения), к верификации которых на текущем этапе развития науки сложно даже подступиться. Речь идёт о том, что сознание человека может иметь полностью квантовую природу, а это значит, что оно определяется волновой функцией, «размазанной» по пространству-времени и имеющей пик амплитуды вероятности в окрестности головного мозга сознающего человека. Но ненулевые квантовые амплитуды имеются по всему пространству-времени, а потому сознания разных людей, могут входить в когерентные взаимосвязи, чем может объясняться синхронистичность различных несвязанных явлений и многие паранормальные возможности. Сторонниками такой точки зрения, к примеру, были психолог К. Г. Юнг и один из отцов квантовой механики В. Паули. Тем не менее, все подобные гипотезы крайне спекулятивны, и здесь они упомянуты исключительно для полноты рассмотрения.

Ожидает ли нас слияние индивидуальных сознаний в единую волновую функцию?
Ожидает ли нас слияние индивидуальных сознаний в единую волновую функцию?

Таким образом, довольно сложно утверждать, что в основе сознания лежат какие-либо квантовые эффекты внутри нашей нервной системы. Однако вместе с тем исследования и изучение природы сознания проводить надо. Ведь открытия в этой области позволят нам не только создать искусственный интеллект, но и обрести массу новых и интересных возможностей — от загрузки личности в новый носитель (в том числе и цифровой) до бессмертия.

Подписывайтесь на мой Телеграм-канал «Другая фаза» (@aiqcnt).