Роджер Пенроуз - Большое, малое и человеческий разум

• Название: Большое, малое и человеческий разум
• Автор: Роджер Пенроуз
• Издательство: Мир
• Жанр: Физика
• Год: 2004
• ISBN: 5-03-003390-4

Книга написана известным английским ученым-астрофизиком и популяризатором науки Роджером Пенроузом на основе престижных Теннеровских лекций (прочитанных им в 1995 г.) и материалов вызванной этими лекциями полемики. Поэтому она включает в себя разделы, написанные крупными английскими учеными Нэнси Картрайт и Абнером Шимони, а также знаменитым физиком -теоретиком Стивеном Хокингом. Книгу отличают оригинальность идей автора, разнообразие обсуждаемых проблем (парадоксы квантовой механики, астрофизика, теория познания, проблемы художественного восприятия) и исключительно высокий научный и философский уровень изложения.

---

Я также соглашаюсь с тем, что более глубокое исследование аналогий с новейшими достижениями в области психологии могло бы быть полезным. Если квантовые эффекты действительно играют существенную роль в процессах сознания, то мы должны искать их проявления в особенностях мышления. С другой стороны, в дискуссии такого рода следует быть крайне осторожным, избегая соблазна поспешных заключений и ошибочных сравнений. Я убежден, что все рассуждения на эту тему полны опасных ловушек. Впрочем, возможно, что уже существуют или могут быть придуманы новые методы ясной и разумной экспериментальной проверки предлагаемых гипотез (например, относящихся к микротрубкам), и было бы очень интересно изучить связанные с ними возможности.

Шимони упоминает разработанную Миелником негильбертовскую квантовую механику. Обобщения квантовой механики всегда очень интересовали меня, и я полагаю, что их следует всячески развивать и поддерживать. Я не совсем убежден, однако, что именно это конкретное обобщение является верным, так как в нем вызывают сомнение, по крайней мере, два момента. Прежде всего при этом подходе (как, впрочем, и во многих других вариантах обобщения квантовой механики) основное внимание уделяется матрице плотности, а не квантовым состояниям. Обычно в квантовой механике пространство матриц плотности образует выпуклое множество, а «чистые состояния» (соответствующие описанию отдельного вектора состояний) располагаются на границе этого множества. Такая картина соответствует обычному гильбертову пространству и представлению границы в виде подмножества тензорных произведений гильбертова пространства на свое комплексное сопряжение (т. е. дуальному, или спаренному, векторному пространству). В предлагаемом Миелником подходе сохраняется обычная «матрица плотности», однако ее описание не требует наличия линейного гильбертова пространства, из которого создается выпуклое множество. В таком обобщении мне нравится идея отказа от линейности гильбертова пространства, однако настораживает то, что при этом квантовая теория теряет голоморфность. Насколько я понимаю, при этом удается сохранить не аналог вектора состояний, а лишь вектор состояний определенной фазы. Такой формализм почти полностью затемняет физическое содержание комплексных суперпозиций квантовой теории. Конечно, мне могут возразить, что именно эти суперпозиции и создают сложности на макроскопическом уровне, так что было бы благом избавиться от них раз и навсегда, однако нельзя забывать, что они существенно важны для квантового уровня описания, и при предлагаемом обобщении мы может просто потерять все позитивные результаты квантовой теории.

Кроме того, я полагаю, что нелинейные аспекты обобщения квантовой механики вынуждают нас рассматривать процесс измерения как один из элементов асимметрии времени (см. «Новый разум короля», гл. 7), и меня беспокоит, что в предлагаемой Миелником схеме это соображение не играет никакой роли.

Мне бы хотелось завершить этот ответ призывом к поддержке любых поисков новых теорий, которые позволили бы модифицировать квантовую механику, и новых экспериментов, связанных с такими теориями. Пока я рискую предлагать конкретные эксперименты, позволяющие проверить обоснованность предложенной в гл. 2 схемы (поскольку считаю, что объем наших знаний о предмете является совершенно недостаточным), однако надеюсь, что в будущем кому-то удастся выдвинуть новые идеи на этот счет.

ОТВЕТ НЭНСИ КАРТРАЙТ

Меня очень обрадовало (и одновременно мне польстило) известие о том, что книга «Тени разума» серьезно обсуждалась на семинарах LSE и Кингз Колледжа, о чем упомянула Нэнси. Она скептически относится к попыткам объяснить сознание скорее физическими, чем биологическими факторами, и поэтому я начну ответ с заявления, что лично я всегда высоко оценивал роль биологии в указанных исследованиях. Более того, я тоже считаю, что ответ на интересующие нас вопросы мы получим, вероятнее всего, не из физики, а из биологии, однако полагаю, что для этого потребуются какие-то революционные открытия именно в физике. Впрочем, кто может знать, что ждет нас впереди!

Однако мне кажется, что Нэнси Картрайт хотелось бы получить от меня гораздо большую «уступку», т.е. что-то похожее на декларацию о признании «фундаментальной роли» биологии в научном описании процесса познания и т. п. В действительности моя точка зрения сводится к тому, что сущность сознания может вообще не относиться к биологии (по крайней мере, к биологии в ее современных рамках), однако я совершенно не могу себе представить, чтобы сознание не было связано с каким-то определенным типом физических процессов.

Я говорю об этом, не имея четкого представления о том, как Картрайт относится к условной границе, разделяющей биологию и физику. Мне кажется, что она будет в этом вопросе прагматиком и отнесет изучение процесса сознания к проблемам физики, если это будет полезным для дела. Она спрашивает, могу ли я сформулировать достаточно ясную и подробную исследовательскую программу, благодаря которой именно физики (а не биологи) смогут получить новые, принципиально важные результаты. Я же считаю, что мои предложения уже подразумевают проведение весьма целенаправленной программы, связанной с поиском структур мозга, обладающих некоторыми весьма специфическими физическими свойствами. Программа состоит в том, что мы должны искать особые структуры, способные сохранять и надежно «экранировать» крупные объемные квантовые состояния достаточно долго (по крайней мере, в течение долей секунды), с тем чтобы связанные с этими состояниями квантовые «запутанности» могли распространяться по большим участкам мозга (возможно, охватывая одновременно десятки тысяч нейронов). Длительное сохранение указанных квантовых состояний требует наличия каких-то специализированных биологических структур, которые должны иметь весьма строгое внутреннее строение (возможно, оно будет близко к кристаллическому) и обладать способностью значительно изменять силу синапсов. Обычная передача сигнала по нервным волокнам представляется мне совершенно недостаточным механизмом в этих условиях хотя бы в силу явно недостаточной изоляции нервных волокон. Возможно, роль требуемых структур могли бы играть так называемые пресинаптические везикулярные решетки (типа предложенных Беком и Эклзом), но мне лично кажется, что наиболее подходящими свойствами обладают цитоскелетные микротрубки. Возможно также, что в живых организмах существует много других аналогичных структур того же масштаба (например, типа клатринов) с требуемыми характеристиками. Картрайт считает, что предложенная мною картина носит слишком общий характер, а мне кажется, что она значительно более детализирована, чем другие программы. Более того, предлагаемая схема может быть развита во многих направлениях и создает богатые возможности для экспериментальной проверки. Я согласен с тем, что мы еще очень далеки от «полного» понимания изучаемых процессов, но мне кажется, что нам следует осторожно двигаться вперед, не ожидая получить быстрые и исчерпывающие ответы на все вопросы. Нам предстоит большая и очень сложная работа.

Замечания Картрайт о роли физики в общей научной картине мира носят более серьезный характер, поскольку она считает, что физике придается излишне важное значение. Впрочем, возможно, дело обстоит именно так, и в будущем роль физики в научном описании мира будет существенно пересмотрена. Это может произойти, например, когда описание мира будет близко к завершению или хотя бы станет более точным!

Справедливо отмечая, что современная физическая теория напоминает «лоскутное одеяло» (я и сам так считаю), Картрайт полагает, что такое состояние будет сохраняться вечно (в чем я сомневаюсь). Возможно, что конечная цель физики (полное и целостное описание мира) действительно является несбыточной мечтой, и Картрайт считает саму постановку такой задачи метафизической. Мне трудно определить свое отношение к этой проблеме, однако я не уверен, что нам вообще стоит задумываться о столь далекой перспективе. Объединение знаний и научных дисциплин является ведущей тенденцией современной физики, и можно ожидать ее сохранения в будущем (предполагать обратное может только закоренелый скептик). На мой взгляд, «швы» на лоскутном одеяле современной физики (я подразумеваю и классическую, и квантовую теории) соединены плохо. Конечно, можно смириться с создавшимся положением и продолжать жить с двумя принципиально разными теориями для различных уровней описания (мне кажется, что именно такой точки зрения в какой-то мере придерживался Нильс Бор), однако в последние годы наблюдался существенный рост точности экспериментальных наблюдений, что позволяет нам более четко провести границу между различными уровнями описания и изучать реальные процессы, происходящие в природе на этих уровнях. Возникает даже подозрение, что функционирование некоторых биологических систем существенно связано с границей раздела микро— и макромира. На мой взгляд, основной вопрос сейчас заключается в том, можем ли мы надеяться на появление красивой математической теории, которая изящно и строго объяснит существующий «беспорядок» в квантовой теории, или, наоборот, этот ужасный «беспорядок» и является реальной физической картиной процессов, происходящих на этом уровне. Разумеется, я верю в возможность описания мира! В конце концов, не может быть, чтобы меня обманывали собственные инстинкты!