Вероятности альтернатив (эвереттовских миров)

Каждый индивидуальный наблюдатель может задать вопрос: в каком мире окажусь я, то есть какой результат измерения я увижу, когда измерение закончится? Ответ дает распределение вероятностей по различным результатам измерения, которое рассчитывается по законам квантовой механики. Для наглядности можно считать, что имеется много миров одного и того же типа (то есть соответствующих одному результату измерения), и чем больше миров данного типа, тем больше вероятность для наблюдателя оказаться именно в нем.

10. Отождествление селекции альтернатив с «осознаванием».

На наш взгляд, концепция, вытекающая из интерпретации Эверетта, становится более четкой и последовательной, если не просто признать, что селекция связана с сознанием, но отождествить селекцию альтернатив с работой сознания. Говоря точнее, селекция альтернатив отождествляется с актом осознавания, перехода от состояния, когда результат измерения еще не осознан наблюдателем, к состоянию, в котором результат измерения осознан (М. Б. Менский, УФН, т. 170, No. 6, стр. 631 (2000)). Таким образом, осознавание (элементарный акт сознания, его «начало») отождествляется с тем, что в квантовой физике описывается как редукция – фиксация альтернативы, «коллапс» состояния. После такого отождествления становится понятно, почему редукция оказывается чужеродной в квантовой механике: потому, что редукция – это уже не просто физика, а нечто качественно новое, – работа сознания, которая физикой, разумеется, полностью не определяется. При таком подходе феномен сознания описывается как бы с двух сторон – со стороны психологии и со стороны квантовой физики (как последний этап в описании измерения квантовой системы). Сознание оказывается границей между физикой и психологией, имеющей прямое отношение к обеим этим сферам. Описание сознания лишь в рамках одной из этих сфер является неполным.

11. Сознание – место встречи двух культур.

Таким образом, концептуальный анализ квантовой механики приводит к необходимости ввести в эту теорию сознание наблюдателя как необходимый элемент. Это, в свою очередь, открывает путь к непосредственному контакту между естественными науками с одной стороны и различными способами изучения духовного мира человека – с другой. Эти две сферы интеллектуальной деятельности людей («две культуры», в популярной в свое время терминологии Чарльза Сноу), которые обычно считаются взаимно исключающими, встречаются при изучении феномена сознания. Каждая из них подходит к этому феномену со своими специфическими методами, но достигает при этом лишь одностороннего знания о нем. Познание самых интересных аспектов феномена сознания возможно лишь при взгляде на него одновременно с двух сторон: естественнонаучной и гуманитарной. Только таким образом можно построить теорию сознания, включающую его самые глубинные слои («осознавание», корень сознания, обозначаемый в восточной философии как «дзен» или «чень»).

12. Сознание – граница между материализмом и идеализмом.

С точки зрения западной философии отношение к сознанию (вторично оно или первично по отношению к материи) характеризует различие между материализмом и идеализмом. Многие физики, в том числе Паули и Вигнер, приходили к выводу, что квантовая механика, которая вынуждена включить в рассмотрение сознание наблюдателя, несовместима с материализмом. С точки зрения развиваемой нами концепции сознание (а именно, глубинные слои его, корень сознания) лежит на границе между материализмом и идеализмом и связывает эти два философских направления, вопреки общепринятому убеждению об их несовместимости. Материя первична, а сознание вторично в том смысле, что объективно существует квантовый мир, а сознание воспринимает лишь одну из возможных его «проекций», которая интерпретируется сознанием как классическая реальность. Сознание первично, а материя вторична в том смысле, что классическая реальность (которую принято считать единственной реальностью) возникает лишь в сознании и в результате его деятельности, а в квантовом мире существует лишь как одна из огромного множества компонент (проекций), которые характеризуют этот гораздо более богатый мир.

13. Можно ли проверить много-мировую интерпретацию?

В своей оригинальной версии много-мировая интерпретация не может быть проверена экспериментально, так как она оставляет справедливыми обычные предсказания квантовой механики. Между параллельными мирами Эверетта не может быть никакого контакта, каждый наблюдатель видит лишь один из них, и нет никой возможности доказать или опровергнуть существование других. Вероятность оказаться в данном мире (то есть получить данный результат измерения) рассчитывается по обычным квантово-механическим правилам. Отсутствие возможности проверить интерпретацию Эверетта при том, что ее предположения (реальность всех альтернатив) чрезвычайно радикальны, – главное возражение против этой интерпретации. Поэтому предлагались варианты много-мировой интерпретации, в которых между различными мирами имеется взаимодействие. Однако такие предложения кажутся искусственными.

14. Сознание выбирает мир, в котором живет?

Но если отождествить селекцию альтернатив с работой сознания (как говорилось выше), то можно предположить, что вероятности альтернатив определяются уже не только законами физики, но в какой-то мере зависят от работы сознания. При этом достаточно правдоподобной представляется гипотеза о том, что сознание человека при некоторых условиях (находясь в особом, «активном» состоянии) не просто пассивно фиксирует одну из альтернатив, но во-первых может сравнивать альтернативы, то есть воспринимать одновременно разные миры, а во-вторых способно влиять на вероятность каждой из альтернатив, то есть на то, какую из альтернатив увидит данный индивидуальный наблюдатель (в каком из миров он окажется). Предварительный анализ показывает, что эта гипотеза не является внутренне противоречивой (М. Б. Менский, УФН, т. 170, No. 6, стр. 631 (2000)). Если принять ее, то много-мировую интерпретацию можно проверять, однако не в обычных экспериментах, а в экспериментах с индивидуальным сознанием, то есть при наблюдении того, что происходит в индивидуальном сознании.

15. Подтверждения этой гипотезы уже имеются?

Есть основания думать, что многие необычные явления, связанные с человеческой психикой, как раз и являются подтверждением эвереттовской интерпретации и гипотезы об активном сознании. Активное состояние сознания, в котором оно может влиять на выбор альтернативы, а значит, и анализировать различные альтернативы, различные эвереттовские миры, – естественно отождествить с состоянием «сверхсознания», которое получило множество подтверждений в исследованиях по психологии, в частности, по психологии творчества. Следует отдавать себе отчет в том, что при таком подходе меняется методология: в качестве доказательства принимаются не только результаты экспериментов, которые можно многократно повторять, но и наблюдение над индивидуальным сознанием, которое заведомо уникально. Впрочем, в наше время даже в естественных науках все больше распространяется методика доказательства, основанная на наблюдении уникальных явлений. В таких областях науки, как космология, для такой методики нет альтернативы.

Из статьи: М.Б. Менский. Квантовая механика: новые эксперименты, новые приложения иновые формулировки старых вопросов. (Успехи физических наук. 2000. Т. 170. №6.)

Ряд теорий, которые претендуют на более высокий уровень фундаментальности, чем обычная квантовая теория – это:

– квантовая механика Давида Бома,

– теория совместных квантовых историй,

– многомировая интерпретация квантовой механики.

Наиболее радикальным вариантом углубления теории является мпогомировая интерпретация квантовой механики, предложенная Эвереттом и развитая Уилером. Иногда она называется интерпретацией Эверетта-Уилера. В этом подходе рассматривается замкнутая система, включающая и измеряемую подсистему, и прибор, и наблюдателя (словом, всю Вселенную, весь мир). Соответственно, декогеренции не происходит и нет никакой причины для того, чтобы суперпозиция альтернативных чистых состояний превратилась в смесь. Согласно интерпретации Эверетта, каждая из компонент суперпозиции описывает целый мир, и ни одна из них не имеет преимущества перед другой. Имеется столько миров, сколько альтернативных результатов имеет рассматриваемое измерение. В каждом из этих миров имеется и измеряемая система, и прибор, и наблюдатель. И состояние системы, и состояние прибора, и сознание наблюдателя в каждом из этих миров соответствует лишь одному результату измерения, но в разных мирах результаты измерения различны.

Таким образом, если в теории декогеренции возможны разные результаты измерения, но реализуется (с соответствующей вероятностью) лишь один из них, то в интерпретации Эверетта одинаково реальны все результаты измерения, но реализуются они в разных мирах. Заметим, что в интерпретации Эверетта проблема выбора (селекции) результата измерения все же существует, она лишь иначе формулируется. Вопрос: «Какой из результатов измерения реализуется?» – теперь не стоит, потому что одинаково реальны все результаты. Зато появляется вопрос: «В каком из эвереттовских миров оказался данный наблюдатель?»

В более наглядной формулировке, предложенной Уилером, в момент квантового измерения перед наблюдателем как бы оказывается железнодорожная стрелка, и его поезд может пойти в одном из нескольких направлений. В зависимости от того, в каком направлении пойдет поезд, наблюдатель увидит тот или иной результат измерения. Возможные направления поезда соответствуют альтернативным результатам измерения или различным эвереттовским мирам. Поезд всегда пойдет лишь по одному из направлений, но все остальные столь же реально существуют, и в других направлениях то же измерение дает другие результаты.

Квантовая механика и сознание. Таким образом, в интерпретации Эверетта-Уилера трудный вопрос о селекции, т. е. о выборе одного из множества альтернативных результатов измерения, по крайней мере освещается с иной точки зрения. Попробуем все же выяснить, нельзя ли далее продвинуться в решении этого вопроса.

Прежде напомним вывод, к которому мы пришли ранее относительно теории открытых измеряемых систем. Эта теория означает, что влияние окружения на систему учитывается, хотя конкретная модель окружения не включается в описание. Мы выяснили, что такая теория:

– с точки зрения физики полна, так как может включать любую часть Вселенной, за исключением, быть может, каких-то глубоких структур в мозгу, в которых отображается информация о результате измерения;

– не содержит парадоксов (приводит к смешанным состояниям, а не к суперпозициям);

– может описывать выбор альтернативного результата измерения (селекцию) лишь феноменологически, механизм выбора не обсуждается.

Упомянутое в последнем пункте феноменологическое описание селекции можно формализовать в случае мгновенного (в реальности – пренебрежимо малой длительности) измерения постулатом редукции фон Неймана, а в случае непрерывного измерения – ограниченным интегралом по путям или мнимым потенциалом.

Такое описание селекции решает, разумеется, все практические задачи. Однако с концептуальной точки зрения именно то, что в теории открытых систем селекция описывается феноменологически, можно воспринимать как слабый пункт, требующий поиска более полной или более фундаментальной теории. По-видимому, такая теория должна базироваться на рассмотрении таких замкнутых систем, когда модель окружения фигурирует в теории в явном виде.

Как мы могли уже убедиться, такая теория приводит к суперпозициям макроскопически различимых состояний (к парадоксу шрёдингеровского кота), поскольку не содержит механизма декогеренции. Кроме того, стремясь описать измерение в терминах замкнутой системы, мы вынуждены все дальше и дальше отодвигать границы рассматриваемой системы, так что в конце концов она начинает захватывать органы чувств наблюдателя и те структуры в его мозгу, которые ответственны за отображение информации о результате измерения.

Если хотя бы одна такая структура останется вне того, что мы включаем в измеряемую систему, то 1) возникает декогеренция, в результате которой мы избавляемся от парадоксальной суперпозиции различимых состояний, но зато 2) селекция (выбор) одной из альтернатив описывается лишь феноменологически, но не вскрывается ее механизм.

Если же мы включаем в рассматриваемую систему все степени свободы, в которых могла бы быть отражена информация об альтернативе (переходим к теории замкнутой системы), то декогеренции не происходит, в силу чего: 1) остается суперпозиция и 2) по-прежнему не видно никакого механизма селекции одной из альтернатив (в данном случае – одной из компонент суперпозиции).

Может быть, селекция вообще никогда не происходит? В интерпретации Эверетта предполагается именно это: все альтернативы одинаково реальны. Однако одно обстоятельство убеждает, что выбор все же всегда делается: в реальном опыте каждый экспериментатор имеет дело лишь с одной альтернативой. Открывая ящик со шрёдингеровским котом, любой экспериментатор увидит либо живого, либо мертвого кота.

Таким образом, пытаясь оставаться в рамках обычных физических концепций, мы всегда имеем дело со всей совокупностью альтернатив, но описывая происходящее с точки зрения сознания конкретного наблюдателя мы всегда имеем дело лишь с одной из них. По-видимому, приходится сделать вывод, который очень труден для физика: теория, которая могла бы описывать не только множество альтернативных результатов измерения и вероятностное распределение по ним, но и механизм выбора одного из них, обязательно должна включать сознание.

В различных формах мысль о необходимости включения наблюдателя и даже сознания в теорию высказывалась с первых лет существования квантовой механики. Например, это было характерно для взглядов Паули. В работе Вигнера содержится даже гораздо более сильное утверждение: сознание не только необходимо включить в теорию измерения, но сознание может влиять на реальность. Подобную мысль высказывал и Шрёдингер. Позже мы еще вернемся к странному утверждению о влиянии сознания на реальность. Сейчас же лишь заметим, что роль сознания в интерпретации квантовой механики обсуждалась в последние годы очень широко.

Выбор альтернативы – это и есть работа сознания? Можно ли что-либо добавить к тому, что уже говорилось по поводу роли сознания в квантовом измерении? Кажется существенным сделать еще один шаг, на первый взгляд небольшой, но по нашему мнению принципиальный.

Мы уже отмечали, что оставаясь в рамках концепций, типичных для физики, мы не можем описать механизм выбора одной из альтернатив. Это нерешенная задача. Предыдущие аргументы дают намек, что решение этой задачи следует искать, включая в рассмотрение сознание наблюдателя. С другой стороны, хотя психологи давно исследуют работу сознания, по-видимому, никто никогда не ответил в достаточно удовлетворительной форме, что же такое сознание или как и почему происходит осознание? Функция сознания остается таинственной и непонятной. Это также нерешенная задача.

Таким образом, мы имеем дело с двумя нерешенными проблемами: 1) как происходит выбор одной альтернативы при квантовом измерении и 2) как функционирует сознание. В истории науки известно, что иногда две трудные проблемы решаются одновременно, как бы помогают решать одна другую. Возможно, в данном случае мы имеем дело именно с такой парой глубоко связанных друг с другом проблем.

Основываясь на этом, мы предлагаем следующую гипотезу: