 |
|
ПРОБЛЕМА АКТУАЛИЗАЦИИ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ
В гл. 2 Роджер Пенроуз отнес проблему актуализации потенциальных возможностей (называемую также проблемой редукции волнового пакета и проблемой измерения) к классу X -тайн, которые нельзя раскрыть без решительной ломки всей существующей теории (этим Х -тайны отличаются от Z -тайн, из которых «дьявол таинственности» может быть изгнан привычкой к сосуществованию или известными заклинаниями). В этом вопросе я целиком согласен с Пенроузом. Если квантовая теория действительно описывает некоторую физическую систему, то это означает наличие параметров (наблюдаемых величин), которые в данном состоянии объективно не определены, но могут быть определены проведением соответствующих измерений. Однако линейная динамика квантовой механики препятствует актуализации при измерении, поскольку из-за линейности сложной системы (измерительный прибор + объект измерения) ее конечное состояние представляет собой суперпозицию условий, при которых «стрелка прибора» может указывать на разные значения. Поэтому я разделяю скептицизм Роджера относительно любых попыток раскрыть эту тайну за счет, например, так называемой «многомировой» концепции, декогеренции, скрытых параметров и т. п. Во всех этих подходах на какой-то стадии измерительного процесса унитарная эволюция квантового состояния нарушается, в результате чего и осуществляется актуализация вероятностей.
Вопрос заключается лишь в том, на какой стадии измерения это происходит, поскольку существует много вариантов актуализации. Например, она может происходить на физической стадии из-за того, что макроскопическая система «запутана» с микроскопическим объектом или пространственно-временная метрика «запутана» с материальной системой. С другой стороны, возможна актуализация на ментальной стадии, происходящая в psyche[15] наблюдателя. Пенроуз считает актуализацию физическим процессом, происходящим вследствие нестабильности суперпозиции двух (или большего числа) состояний пространственно-временной метрики. При этом он полагает, что чем больше разница в энергии состояний, составляющих суперпозицию, тем короче время ее жизни (TP, с. 339-346). Однако это предположение очень трудно совместить с другим утверждением, в соответствии с которым в сознании «учитывается» актуальный опыт. Суперпозиция состояний мозга, как отмечалось выше, нужна автору для объяснения глобальности сознания, однако существование суперпозиций, соответствующих, например, восприятию отдельных цветов (различению зеленых или красных световых сигналов), представляется нелепым или весьма маловероятным. Очень осторожно и сдержанно Пенроуз пытается доказать читателю, что разность энергий таких состояний мозга может быть достаточно велика, чтобы время существования суперпозиции было незначительным. Однако в своих рассуждениях он неоднократно попадает в ситуацию, когда когеренция одновременно должна сохраняться (для обеспечения глобальности сознания) и разрушаться (для учета конкретных актов сознания). В этих случаях автору, по его собственному признанию (см. TP, с. 409, 410, 419, 342–3), приходится «балансировать на канате», однако его объяснения недостаточно убедительны, и вопросы взаимодействия мозга и сознания в обычных условиях остаются совершенно неясными.
В принципе квантовая динамика содержит много других, никем не рассмотренных возможностей введения объективной актуализации. Я отмечу лишь две из них, представляющиеся мне особо интересными. Пенроуз очень убедительно раскритиковал (TP, с. 344) модель спонтанной редукции Джирарди-Римини-Вебера, однако она содержит и варианты, не учтенные его критикой. Еще одна возможность (о которой Пенроуз даже не упомянул) связана с возможным наличием в природе «правил суперотбора», препятствующих суперпозиции различных изомеров или конформаций макромолекул. Однако такая возможность очень важна, поскольку именно макромолекулы обычно осуществляют «переключение процессов» в клетках, направляя или прекращая их в соответствии с определенной структурой макромолекул. При суперпозиции двух различных конформаций в клетке постоянно возникал бы «клеточный аналог» кота Шредингера, и процессы попадали бы в некое «чистилище» (между сбывшимся и несбывшимся). Однако если в природе существует какое-то правило суперотбора, запрещающее такие суперпозиции, то процессы будут идти нормально. Правда, при этом возникают вопросы о том, почему природа запрещает суперпозицию состояний сложных молекул (каждое из которых по отдельности разрешено!), и где, собственно, проходит граница, соответствующая такому запрету. Однако наличие таких правил могло бы играть важнейшую роль в решении проблемы актуализации возможностей в наиболее вероятных ситуациях, а также создать условия экспериментального изучения соответствующих процессов, например, методами молекулярной спектроскопии[16].
И наконец, я хотел бы отметить, что уайтхедовская идея о том, что актуализация возможностей достигается в phyche воспринимающего субъекта, вовсе не является столь нелепой, антропоцентрической, мистической и ненаучной, как это кажется на первый взгляд. Уайтхед считал, что нечто, подобное ментальности, пронизывает всю природу, однако высокоорганизованное сознание возникает случайным образом при эволюции особых, «благоприятных» комплексов событий. Способность какой-либо системы к актуализации содержащихся в ней возможностей (посредством некоторой модификации линейной динамики квантовой механики) существует в природе, но осуществляется в заметной степени лишь в системах с очень высоким уровнем ментальности. Я бы назвал это утверждение принципом умеренности, отметив особо, что способность редуцировать суперпозиции в psyche серьезно проявляется лишь тогда, когда ее использование не только тщательно проверено на целом ряде психологических явлений, но и представляет собой единственный способ доведения гипотезы до уровня убедительной экспериментальной проверки.
Глава 5. Почему именно физика?
Нэнси Картрайт
Я помню обсуждение книги Роджера Пенроуза «Тени разума» на совместных семинарах по теме «Философия: наука или теология» LSE (Лондонской школы экономики и политики) и Кингз Колледжа в Лондоне, и поэтому мне хочется начать с вопроса, который я еще тогда задала одному из участников семинара: «Почему, собственно, Пенроуз считает, что поиски ответов на вопросы, связанные с мышлением и сознанием, следует искать в физике, а не в биологии?» Насколько я помню, доводы Пенроуза можно разбить на три основные группы.
1. Мы, физики, разработали весьма многообещающую программу исследований в этом направлении. Такой довод, безусловно, является весьма весомым при обсуждении проектов подобного класса. Действительно, любой позитивист (к которым я отношу и себя) готов сразу прекратить метафизические и трансцендентальные споры, если перед ним возникает конкретная программа действий. Степень ценности проекта определяется не только общей перспективой, но и детальностью разработанной программы. Пенроуз постулирует наличие макроскопической квантовой когерентности в микротрубках цитоскелета. Он также надеется обнаружить некоторые невычислительные особенности нашего сознания и связать их с новым типом смешанного взаимодействия (квантовое и классическое). Эту программу трудно назвать детальной, и она вовсе не выглядит естественным этапом тщательно проверяемых и надежных научных исследований. Программа привлекает смелостью и оригинальностью идей, но она основана на убеждении (я бы даже сказала, на априорной убежденности), что научное объяснение проблемы сознания обязательно должно быть основано на физике (я не затрагиваю вопрос о конкретных положениях квантовой механики, связанных с этой программой). Поэтому мне кажется, что, обсуждая программу Пенроуза, мы должны постоянно помнить, что никаких точных доказательств преимуществ физики перед другими науками в рассматриваемой области не существует.
2. Вторая группа доводов в пользу ведущей роли физики связана с тем, что некоторые ее разделы (в особенности электромагнитные явления) очевидно связаны с нашими представлениями о работе мозга и нервной системы, поскольку мы уже привыкли описывать передачу сигналов, пользуясь терминами электротехники. Кстати, многие положения книги Пенроуза тоже непосредственно связаны с электромагнитными исследованиями, поскольку именно описываемые им различные состояния электрической поляризации димеров тубулина создают различия в геометрической конфигурации, изгибая димеры в микротрубках. Однако хотелось бы сразу подчеркнуть слабость этих доводов, поскольку из того факта, что «физика участвует в процессах мышления», вовсе не следует, что «физика может объяснить процесс мышления полностью».
Иногда на роль ведущей науки в объяснении процессов сознания претендует химия, но именно те разделы химии, которые особенно важны для нашего рассмотрения, фактически относятся к физике. Вот что пишет об этом сам Пенроуз: «Химические силы, ответственные за взаимодействие атомов и молекул, являются квантовомеханическими по своей природе. Именно они обеспечивают основные химические механизмы, управляющие поведением веществ-нейропередатчиков при пересылке сигнала от одного нейрона к другому через крошечные зазоры, называемые синаптическими щелями. Квантовомеханическое происхождение имеют также потенциалы действия, управляющие передачей нервного сигнала» (TP, с. 348). Автор использует химию в приводимом отрывке текста всего лишь для «поддержки» физики, пытаясь заполнить тот огромный пробел в рассуждениях, который соответствует разнице между приведенными мною выше формулировками («физика участвует в процессах мышления» и «физика может объяснить процесс мышления полностью»). Но пробел сохраняется независимо от уровня рассмотрения.
Известно, что ничего похожего на реальную редукцию (иерархию наук) не наблюдается[17], например, при переходе от физической химии к физике (не важно, квантовой или классической). Квантовомеханические понятия, безусловно, важны для объяснения особенностей химических явлений, но они всегда используются совместно с фундаментальными понятиями из других областей науки. Квантовая механика никогда не объясняет явления целиком в своих собственных рамках и представлениях.
3. В цепочке рассуждений Роджера относительно того, что физика может объяснить сознание, просматривается также некий метафизический довод. Нам предлагается идея о том, что сознание не является чем-то таинственным (т. е. оно может быть объяснено научно), из чего якобы следует, что такое объяснение должно быть основано на языке и представлениях физики. Упомянутый выше вопрос («А почему не биология?») на семинаре был задан Джеймсом Дурбином, известным специалистом по статистике, и я считаю вопрос в высшей степени уместным. Мир статистики отличается пестротой и разнообразием, вследствие чего Дурбину постоянно приходится сталкиваться с образами и характеристиками из весьма далеких друг от друга сторон научной и практической деятельности. Мир Роджера, наоборот, представляет собой единую систему, в основе унификации которой лежат законы физики, и его философский подход можно назвать «физицизмом». На мой взгляд, он основан на убеждении, что «удовлетворительную метафизику» можно получить только на основе некоторой единой системы, в противном случае мы обречены на малоприемлемый и малоприятный (или даже таинственный, если воспользоваться терминологией самого Пенроуза) дуализм. Именно это утверждение я бы хотела оспорить[18], поскольку, на мой взгляд, для многих физиков отсутствие разумной альтернативы кажется почти очевидным. Им представляется, что любой человек, считающий физику способной описывать окружающий мир, должен тут же признать ее главенствующую роль в этом описании.
Почему, собственно, дела должны обстоять таким образом? Окружающий нас мир обладает огромным количеством разнообразных свойств и закономерностей, одни из которых изучаются отдельными науками, другие находятся на стыке наук, а третьи вообще никем не изучаются. Можем ли мы допустить, что за всеми этими разнообразными проявлениями природы в действительности скрывается нечто единое? Мне кажется, что к такой мысли может привести, с одной стороны, лишь явно преувеличенное представление о роли систематизации наук и их взаимодействий, а с другой – избыточный оптимизм в отношении возможностей физики и используемых в ней методов.
Необходимо подчеркнуть, что такое ограничение метафизической перспективы (оно выглядит всего лишь разновидностью «физицистского» монизма) является широко распространенной философской позицией, которой придерживаются часто даже ученые, не считающие, что все остальные науки могут быть сведены к физике. В качестве примера можно привести биологию, в которой раньше идеи редукционизма не были особенно популярны. Однако в последние годы биологи вновь стали всерьез говорить о «внезапном появлении признаков», т.е. о возникновении новых свойств и законов развития при переходе к другим уровням сложности и организации систем. Многие биологи при этом никак не могут выйти за пределы монистического подхода, вследствие чего они чувствуют себя обязанными настаивать на порождении или вытекании свойств друг из друга. Говоря упрощенно, они считают, что биологические свойства «вытекают» из физических, т.е. если какие-то две системы одинаковы по своим физическим характеристикам, то они обязаны иметь и одинаковые биологические характеристики. Разумеется, продолжают такие биологи, сказанное вовсе не означает, что биологические законы могут быть сведены (редуцированы) к физическим, поскольку биологические характеристики не описываются физическими терминами. Одновременно из этого не следует и полная независимость биологических свойств, хотя бы потому, что мы регистрируем их физическими методами. Если физическое описание системы задано, то биологическое описание не может не согласовываться с ним. Говоря юридическим языком, биологические характеристики не имеют независимого статуса, они являются как бы «гражданами второго сорта».
Следует совершенно четко признать, что биологические свойства являются независимым набором характеристик, обладающих собственными и достаточно эффективными причинно-следственными связями. Такое признание, кстати, вовсе не влечет за собой какого-то отказа от обычного хода эмпирических исследований. Я всего лишь предлагаю признать наличие практически очевидной ситуации – в некоторых случаях физика помогает понять процессы, происходящие в биологических системах, однако в биологии (точно так же, как и в химии, о чем я упоминала выше) эта помощь очень редко имеет смысл без учета «нередуцированных», существенно биологических закономерностей. Сказанное легко выразить слоганом no biology in, not biology out («биология не является замкнутой наукой, но ее нельзя свести к другим наукам!»)[19], который я неоднократно выдвигала в разной форме.
Наблюдаемые нами явления можно совершенно естественно приписать взаимодействию биологических и физических свойств, воздействующих друг на друга. Кроме того, мы имеем биологическое и физическое описания (связанные с локальным контекстом описываемых систем), а также множество весьма показательных примеров наличия причинно-следственных связей между этими свойствами (я подразумеваю ситуации, когда совместное действие биологических и физических свойств приводит к эффектам, не наблюдаемым в каждой из этих дисциплин в отдельности). Пенроуз легко «перепрыгивает» от этой сложной картины к простому утверждению типа «всё это должно быть физикой», что вызывает очевидное беспокойство. Возможно, конечно, что всё нами наблюдаемое действительно «является физикой», однако пока у нас нет никаких оснований считать этот вывод однозначным или строгим. Более того, имеются веские доводы против такого утверждения[20].
Одна из причин, позволяющих считать, что «всё есть физика», связана с довольно общей идеей получения замкнутых описаний. В физике существует негласное правило, что понятия и законы любой «хорошей» теории должны составлять замкнутую систему, чтобы эта теория могла давать некоторые предсказания относительно рассматриваемых понятий. Такой подход к правильности теории представляется мне ошибочным (или, по крайней мере, излишне оптимистичным). Кстати, примерно одновременно «предсказательность» приобрела значение и в философии, придавая последней характер «специализированной», отдельной науки. В сущности, все науки, за исключением физики, являются специализированными, т. е. их законы выполняются в лучшем случае ceteris paribus (при прочих равных условиях) лишь до тех пор, пока не рассматриваются внешние проблемы, не входящие в круг вопросов, очерченных данной дисциплиной или теорией.
А теперь давайте спросим себя, что заставляет нас считать физические законы иными и не требовать для их выполнения упомянутого правила ceteris paribus. Доказательством выделенности физики не могут служить никакие блестящие лабораторные достижения, как, впрочем, и прекрасное ньютоновское описание устройства Солнечной системы, когда-то столь поразившее Канта. Нельзя принять в качестве доказательства и великолепные технические достижения (я подразумеваю все эти вакуумные трубки, транзисторы, СКВИД-магнетроны и т. п.). Дело в том, что такие устройства созданы в предположении, что никаких внешних воздействий не существует, и они вовсе не предназначены для проверки справедливости законов при воздействии факторов, не учитываемых теорией. В случае физики почему-то негласно подразумевается, что такие факторы просто не могут существовать (если они вдруг возникают, то мы считаем, что они также могут быть описаны на языке физики и подчиняются этим законам). Но именно это на самом деле и является предметом нашего обсуждения.
Я хочу закончить свой ответ рассуждением о реализме. Я постоянно пропагандирую плюралистический взгляд на все науки, предлагая рассматривать науку в целом как ряд примерно равных по значению отдельных дисциплин, каждая из которых имеет собственное обоснование и занимается изучением различных классов взаимодействий, относящихся к исследуемой ею области и специфически характерных именно для этой области. Такой подход соответствует естественной точке зрения, что наука представляет собой некую созданную человеческим разумом конструкцию, а не истинное зеркало природы. Конечно, этот подход не является единственно возможным или обязательным. Например, Кант был сторонником диаметрально противоположной точки зрения и считал, что мы создаем науку именно потому, что единая система является необходимой (но не единственно возможной). Поэтому следует особо подчеркнуть, что плюрализм не означает антиреализма. Утверждение, что законы физики справедливы лишь при прочих равных условиях, отрицает не их истинность, а лишь претензии на «абсолютную власть». Плюрализм выступает не столько против реализма физики, сколько против своеобразного «имперского шовинизма», иногда проявляемого физикой по отношению к другим наукам. Я вовсе не желаю вовлечь всех нас в дискуссию о научном реализме, а скорее просто предлагаю Пенроузу еще раз обсудить утверждение о той метафизической роли, которую, по его мнению, должна играть именно физика. Такое обсуждение должно предшествовать дальнейшим спорам о том, какой будет эта физика. Предметом спора выступают не истинность законов физики и их возможная роль в описании природы, а вопрос о том, какова степень их истинности и какое бремя дополнительных объяснений следует возложить на законы физики.
Глава 6. Возражения убежденного редукциониста.
Стивен Хокинг
Я хочу сразу предупредить читателя, что являюсь убежденным (можно даже сказать твердолобым) редукционистом. Я верю, что законы биологии можно свести к законам химии (одним из доказательств этого может служить установление структуры ДНК) и, более того, что химические законы могут быть сведены к физическим. Думаю, что большинство химиков согласятся со мной.
Мы с Роджером Пенроузом много лет занимались изучением крупномасштабных пространственно-временных структур, включая сингулярности и черные дыры. У нас почти никогда не возникало разногласий по поводу классической общей теории относительности, однако мы часто спорили по проблемам квантовой гравитации, а сейчас совершенно по-разному думаем о природе, физике и человеческом сознании. Пенроуз является убежденным платоником и верит, что существует лишь мир идей, который и описывает одну-единственную физическую реальность. Я же отношу себя к позитивистам и уверен, что физические теории являются всего лишь создаваемыми нами математическими моделями, вследствие чего вообще не имеет смысла говорить о соответствии теории и реальности. Теории следует оценивать лишь по их способности предсказывать наблюдаемые явления.
Из-за указанной разницы в принципиальных подходах я совершенно не согласен с тремя основными положениями книги Пенроуза (гл. 1–3). Первым является его предположение, что квантовая гравитация приводит к явлению, которое он обозначает аббревиатурой OR (речь идет об объективной редукции, или коллапсе, волновой функции). Второе принципиальное утверждение, с которым я не могу согласиться, заключается в том, что Пенроуз считает этот процесс важным для объяснения работы мозга и связывает его с эффектом когерентности потоков в микротрубках. И наконец, в-третьих, я не согласен с тем, что для объяснения самосознания нам требуется (якобы из-за теоремы Гёделя) некая теория типа OR.
Я начну с наиболее знакомой мне темы, а именно с квантовой гравитации. Объективная редукция волновой функции по Пенроузу представляет собой некую форму декогеренции, которая может возникать из-за взаимодействия с окружением или из-за флуктуаций топологии пространства-времени. Однако Пенроуз, кажется, не желает замечать эти механизмы, а предпочитает говорить о «легкой ряби» пространства-времени, связанной с массой мелких объектов. А ведь такая «рябь» (в соответствии с существующими теориями), казалось бы, не должна была препятствовать самой обычной гамильтоновой эволюции, не требующей никакой декогеренции или объективной редукции волновых функций. Возможно, что общепринятые идеи неверны, но самому Пенроузу тоже не удалось разработать достаточно четкую теорию, позволяющую вычислять, когда должна происходить объективная редукция.
Предлагаемая Пенроузом объективная редукция, казалось бы, должна была, наконец, извлечь несчастного шредингеровского кота из полуживого-полудохлого состояния (в нашу эпоху всеобщей любви к природе давно пора перестать мучить бедное животное даже в мысленных экспериментах). Однако Пенроуз считает, что эффект объективной редукции столь мал, что его нельзя в эксперименте отделить от декогеренции, вызванной взаимодействием с окружением. Если дело обстоит действительно так, то для объяснения парадокса достаточно декогеренции окружения, и нет никакой необходимости привлекать для объяснения квантовую гравитацию. До тех пор, пока эффект объективной редукции не будет достаточно сильным для экспериментальной регистрации, он не может играть роли, которую пытается приписать ему Пенроуз.
Второе утверждение Пенроуза заключается в том, что объективная редукция играет важную роль в работе мозга, воздействуя на когерентность потоков через микротрубки. Я не являюсь специалистом в этой области, однако предлагаемый механизм кажется мне весьма маловероятным, даже если объективная редукция волновой функции действительно происходит (во что я тоже не верю). Я не могу представить себе мозг, содержащий настолько изолированные системы, что объективная редукция в них может быть отделена от декогеренции окружения, поскольку такие изолированные системы не смогли бы обеспечить требуемую скорость мыслительных процессов.
Далее, Пенроуз полагает, что необходимость введения объективной редукции связана с тем, что из теоремы Гёделя вытекает невычислительный характер работы мозга вообще и сознания в частности. Иными словами, он просто верит, что сознание специфически присуще лишь живым существам и не может моделироваться на компьютере в принципе. Однако при этом ему не удается ясно связать объективную редукцию с сознанием, так что при чтении иногда возникает ощущение, что сознание и объективная редукция объединяются им лишь по общему признаку какой-то «таинственности» (и то и другое – тайна, следовательно, они должны быть как-то связаны).
Лично мне трудно обсуждать с другими людьми (а особенно с физиками-теоретиками) проблемы сознания, поскольку оно всегда представлялось мне понятием, которое невозможно оценить «снаружи». Говоря очень упрощенно, если передо мной вдруг появится космический пришелец, пресловутый «зеленый человечек», то я не думаю, что смогу из разговора с ним четко выяснить, является ли он роботом или мыслящим существом, обладающим самосознанием. Поэтому я всегда предпочитаю говорить об интеллекте, что является измеримой характеристикой. У меня нет оснований считать, что компьютер не может моделировать интеллектуальную деятельность, хотя, разумеется, сегодня он не способен моделировать ее полностью (что Пенроуз и продемонстрировал на примере решения шахматных задач). Однако далее он сам признает, что не существует четкой границы между интеллектом человека и животных, что позволяет нам в принципе говорить даже об интеллекте червяка. Надеюсь, что никто не сомневается в возможности моделирования мозга червяка на мощном современном компьютере. Доводы, основанные на теореме Гёделя, на мой взгляд, в данном случае совершенно неприменимы, поскольку черви не размышляют о природе П1-утверждений.
Считается, что эволюция от мозга червя до мозга человека произошла за счет естественного отбора по теории Дарвина, причем признаками, способствовавшими выживанию, выступали способность размножаться и избегать враждебного воздействия, а вовсе не математические способности. Теорема Гёделя в этой схеме вновь оказывается ненужной и бесполезной. Просто развитие «сообразительности» или интеллекта, необходимого для выживания, попутно позволяет человеку создавать и доказывать сложные математические построения. Но любые рассуждения относительно этого являются слишком сложными, неопределенными и даже обманчивыми. Пока еще в нашем распоряжении нет сколько-нибудь «здравых» идей относительно проблем сознания.
Я очень кратко изложил причины моего несогласия с тремя основными утверждениями Пенроуза (существует объективная редукция волновых функций, она играет некую роль в работе мозга, она необходима для объяснения сознания), и пусть теперь он ответит на мои возражения.
Глава 7. Ответы Роджера Пенроуза
Я благодарен Абнеру, Нэнси и Стивену за их комментарии к моим лекциям и хочу сделать некоторые дополнительные замечания по каждому из них в отдельности.