Дэвид Чалмерс - Сознающий ум. В поисках фундаментальной теории
Первой естественной реакцией было бы истолковать формализм квантовой механики в буквальном смысле, как мы это делаем с большинством научных теорий. Данное исчисление содержит волновую функцию, задаваемую динамикой уравнения Шредингера и постулатом измерения, и оно работает, так что мы должны предполагать, что оно рисует нам непосредственную картину происходящего в мире. Иначе говоря, состояние системы на самом деле является именно этим волновым состоянием, выражаемым волновой функцией и изменяющимся сообразно динамике, выражаемой двумя упомянутыми базовыми принципами. В основном это состояние изменяется в соответствии с уравнением Шредингера, но при измерении оно изменяется в соответствии с постулатом измерения. Согласно этому воззрению, мир состоит из волн, обычно линейно изменяющихся в суперпозиции и иногда коллапсирующих в более определенное состояние при осуществлении измерения.
Осмыслить эту картину, однако, не так просто. Все проблемы идут от постулата измерения. В соответствии с этим постулатом, коллапс происходит при выполнении измерения, но что считать измерением? Как природа узнает о том, в какой момент производится измерение? «Измерение» уж точно не является каким-то базовым термином законов природы; если постулат измерения должен хотя бы отдаленно напоминать фундаментальный закон, понятие измерения должно быть заменено чем-то более ясным и основополагающим. Если коллапс волновой функции — объективно существующий процесс в мире, то нам нужны ясные, объективные критерии, позволяющие установить, когда этот процесс имеет место.
Очевидно ошибочным было бы сказать, что коллапс происходит в тех случаях, когда квантовая система взаимодействует с измерительным прибором. Проблема здесь в том, что наличие понятия «измерительного прибора» в базовых законах столь же неправдоподобно, как и наличие в них понятия «измерения». Раньше нам нужны были критерии для измерения; теперь нам требуются критерии для измерительного прибора.
На заре квантовой механики часто говорили, что измерительный прибор — это классическая система, и что измерение происходит при любом взаимодействии квантовой системы с классической системой. Ясно, однако, что это неудовлетворительное решение. Квантовая теория имеет, как предполагается, универсальный характер, и она должна быть применима к процессам внутри измерительного прибора ничуть не меньше, чем ко всем остальным. Если мы не готовы допустить, что в мире существует два фундаментально различных вида физических объектов — а это допущение потребовало бы создания совершенно новой теории — то выражение «классическая система» не может быть термином, используемым в фундаментальном законе природы — ничуть не отличаясь этим от «измерения».
Указанной идее аналогично и предположение, что измерение происходит всякий раз, когда квантовая система взаимодействует с макроскопической системой. Ведь столь же очевидно, что «макроскопическое» не является понятием, которое может фигурировать в базовом законе. Оно должно быть заменено чем-то более точным: чем-то вроде «система, имеющая массу в один грамм или больше». Однако крайним произволом было бы, если бы в базовом законе фигурировало нечто подобное.
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.
