Остров знаний. Пределы досягаемости большой науки - Марсело Глейзер

Связь между классической и квантовой физикой очень зыбкая. Некоторые системы могут проявлять типично квантовое поведение на удивительно больших расстояниях и в длительные сроки. Цайлингеру удалось идентифицировать связанные фотоны через сотни километров; кристаллы и крупные молекулы могут оказываться в суперпозиции и демонстрировать интерференционные узоры, как фотоны и электроны. При правильном подходе связанность можно сохранить. Однако не следует забывать, что это происходит в искусственных лабораторных условиях под тщательным надзором экспериментаторов. Я не сомневаюсь, что эти достижения будут совершенствоваться и в ближайшие десятилетия окажутся реализованы при создании первых рабочих квантовых компьютеров, приведут к распространению квантовой криптографии и иному практическому использованию спутанности и случайности квантовых систем.

Эти случаи практического применения, основанные на странных свойствах квантового мира, заставляют нас задаться интересным вопросом: можем ли мы поднять суперпозицию и запутанность до уровня макроскопических объектов, возможно, даже живых организмов? Зависит все просто от достаточного финансирования научной работы (как однажды заявил Цайлингер) или существуют более фундаментальные препятствия, мешающие экстраполяции квантовых эффектов на системы с высоким уровнем сложности? Если мы сумеем создать для бактерии состояние квантовой суперпозиции и провести ее через две прорези в препятствии, что это будет значить? Может ли жизнь существовать при квантовой интерференции?[165] Возможно, этот вопрос представляет собой переформулированную проблему квантовой механики, о которой говорил Белл, – проблему существования разрыва между двумя мирами. Декогерентность может объяснить, почему классическая и квантовая реальность кажутся нам настолько отличными друг от друга. Но можем ли мы создавать квантовые эффекты самостоятельно и увеличивать их до масштабов нашего мира? Иными словами, если квантовые эффекты лежат в самой основе реальности, можем ли мы превратить их из щелчков и вспышек на экранах приборов в объекты прямого наблюдения? И если да, поможет ли это нам познать истинное значение вещей?

Не уверен, что хоть кто-то знает ответ на этот вопрос. Лично я думаю, что это невозможно, и проблема здесь заключается не только в экспериментальной ограниченности, но и в тех аспектах квантовой физики, которые мы знаем на сегодняшний день. Эксперименты, связанные с ЭПР, показали, что случайность – неотъемлемая часть природы. Когда Элис и Боб измеряют спин или поляризацию связанных частиц, они не знают, какой результат получат. Ни одна из наших теорий не может предсказать результаты разового квантового измерения. Что еще хуже, после исключения локальных скрытых переменных эта теория кажется в принципе невозможной. Так что, если «истинное значение вещей» предполагает традиционную надежду реалистов на абсолютное познание Природы, у нас ничего не выйдет. Наш подход к знаниям требует пересмотра в свете открытий квантовой механики. Некоторые аспекты реальности навсегда останутся скрытыми от нас. Остров знаний вечно будет окружен океаном не просто непознанного, но непознаваемого.

В этом утверждении нет никакого пораженчества. Цель науки состоит в том, чтобы в меру своих возможностей выяснить, как работает Вселенная. Наука не предназначена для того, чтобы отвечать на все вопросы. Надеяться на это бессмысленно, особенно когда мы сталкиваемся с природой знаний, о которой говорится в этой книге: постоянно расширяющейся, постоянно изменяющейся, четко отражающей наш подход к миру и вопросы, которые мы задаем (можем задать) ему в тот или иной момент времени. Знания, которыми мы обладаем, определяют знания, которыми мы можем обладать. Тем не менее, как сказал бы физик, именно таковы наши исходные данные: после нескольких первых шагов ситуация становится непредсказуемой, а финал – открытым. По мере изменения наших знаний мы начинаем задавать новые вопросы, которых не могли предвидеть ранее.

Сегодня мы знаем, что нелокальность следует принять как часть физической реальности и что существуют долговременные квантовые эффекты, которые, судя по всему, преодолевают границы пространства и времени. Новый рубеж, открывшийся перед нами, будет продвигаться все дальше и дальше вглубь запутанности, в том числе изучать возможность ее применения к более масштабным системам и адаптации к сильному влиянию среды. Нам неизбежно придется задуматься о роли квантовых эффектов в мозгу и об их потенциальном влиянии на мозг, причем зайти в этих исследованиях гораздо дальше Вигнера. Может ли соучастная вселенная Уилера оказывать влияние на Вселенную в целом? Судя по всему, информация является ключевым элементом в определении физической природы квантовых объектов. Условия эксперимента, которые мы устанавливаем, и вопросы, которые мы задаем, задают характеристики этих объектов при обнаружении: если у нас нет данных о пути квантового объекта, возникает интерференция, а если есть, интерференция отсутствует. Реальность зависит от того, как мы с ней взаимодействуем, по крайней мере в квантовых системах.

И здесь мы сталкиваемся с понятием намерения, с выбором способа взаимодействия. Пускай волновую функцию обнаруживают и «схлопывают» детекторы, но устанавливают их люди. Без сознания с определенным уровнем сложности, способного к толкованию наблюдений, реальности вообще не существует. В нашем случае такое сознание генерируется человеческим мозгом, поэтому естественно было бы задаться вопросом: сам мозг является классическим или квантовым объектом? Или, если говорить более научным языком, в какой степени квантовые эффекты имеют отношение к функционированию мозга?

Несмотря на то что идеи Роджера Пенроуза и Стюарта Хамероффа, например, об изучении квантовой когерентности в микротрубочках, были опровергнуты экспериментами и теоретическими расчетами,[166] подобные темы столь сложны, а наши текущие знания настолько примитивны, что многие вопросы остаются без ответов. Возможно, квантовые эффекты проявляют себя в межсинаптических щелях, например, когда ионы, движущиеся от одного синапса к другому, рассеиваются при прохождении через приемочные ворота. А возможно, происходит нечто совершенно иное. Мы знаем, что квантовые эффекты играют большую роль в фотосинтезе, оптимизируя и ускоряя процесс поиска наилучших энергетических путей. Такие же эффекты могут наблюдаться и в мозгу и отвечать за эффективность нашей обработки информации и, соответственно, за существование различных уровней сознания. Пускай существующие предположения о роли квантовых эффектов в человеческом сознании кажутся невероятными, можно с уверенностью сказать, что этот вопрос остается открытым.