Размышления об информации, или Информация к размышлению
Однако в многомировой интерпретации при измерении не происходит никакого исчезновения альтернатив (коллапса волновой функции), а все альтернативы признаются реально существующими и порождающими в виде проекций безальтернативные классические реальности.
В некоторых вариантах многомировой интерпретации предполагается, что некое единое сознание наблюдателя (сверхсознание) способно воспринимать все эти проекции, но каждое восприятие существует изолированно от другого, и в этом смысле в сознании порождается множественность классических миров. При таком взгляде говорят о менталистском варианте множественности миров или об интерпретации многих разумов (many minds interpretation), в отличие от объективистского варианта, в котором ветвится не сознание, а сами классические миры вместе с населяющими их наблюдателями [Sanders, 1996].
Необходимо подчеркнуть, что в этих двух вариантах реализуются принципиально разные отношения к сознанию. В менталистском подходе принимается идея дуализма материи и сознания, в которой сознание, являясь нефизической сущностью, не подчиняется уравнению Шрёдингера и поэтому способно самостоятельно творить свои независимые безальтернативные реальности.
В объективистском подходе используется физикалистское понимание сознания, при котором постулируется однозначное соответствие между физическим состоянием мозга и состоянием сознания. Поэтому здесь правомерно рассматривать наблюдателя как квантовую систему, подчиняющуюся уравнению Шрёдингера. Важно при этом в рассуждениях быть последовательным и придерживаться одного подхода – менталистского или объективистского. По-видимому, сам Эверетт не был убеждён, что наблюдатель, обладающий сознанием, может рассматриваться как квантово-механическая система. Поэтому он сформулировал «абстрактную модель наблюдателя, которая в пределах теории может трактоваться как физическая система» [Everett, 1957].
Такого наблюдателя Эверетт представлял в виде «автоматической машины», обладающей всеми основными составляющими информационной системы – рецепторами, памятью, тезаурусом, блоком, обрабатывающим информацию и «принимающим решения о будущих экспериментах». В современной терминологии такой наблюдатель, по существу, представляет собой обычное компьютерное и программное обеспечение экспериментальных исследований.
Многомировая интерпретация решила главную проблему измерений – сделала ненужным коллапс волновой функции. Но в ней возникла другая трудность – в этой интерпретации нет ничего объективно вероятностного, так как все альтернативы, как утверждал Эверетт и его последователи, одинаково реальны и все они реализуются. Вероятность может появиться только на субъективном уровне, например как вероятность отдельному изолированному сознанию обнаружить себя в том или ином из возможных эвереттовских миров. При этом, чтобы получить согласие с опытом, при вычислении этой вероятности необходимо учитывать «веса» этих миров в соответствии с квантово-механической суперпозицией волновой функции. Но в чём заключается смысл «веса», остаётся неясным. В том, например, что миры могут быть одинаковыми, но некоторые из них встречаются чаще, или в том, что некоторые миры в чём-то более «настоящие»? В любом случае тезис о том, что все миры одинаково реальны, подвергается сомнению.
Можно и дальше рассматривать разнообразные варианты интерпретаций квантовой механики, но выбор между ними остаётся на уровне личных предпочтений, так как во всех интерпретациях предсказания теорий полностью согласуются со стандартным копенгагенским подходом, а возможность экспериментальной верификации отсутствует.
Однако многие физики в настоящее время предпочитают вообще не обсуждать эту тему, полагая, что проблема измерений полностью решена в рамках теории декогеренции, рассматривающей взаимодействие квантово-механической системы с окружающей средой.
Действительно, процесс измерений всегда связан со взаимодействием измеряемой системы и измерительного прибора. И если до измерения волновая функция изолированной системы могла быть представлена в виде когерентной суперпозиции собственных состояний или, как говорят, в виде чистого состояния, то в результате взаимодействия возникают квантовые корреляции, система «запутывается» с прибором и уже не может быть описана волновой функцией.
О такой системе говорят, что она декогерировала и перешла в смешанное состояние, которое можно интерпретировать как вероятностное распределение по набору чистых состояний с весами, соответствующими постулату редукции. И хотя теория декогеренции значительно проясняет смысл вероятностей в квантовой механике, никаких конкретных указаний, в какой момент и по какой причине из смеси выделяется единственное наблюдаемое состояние, теория по-прежнему не предлагает.
Большой спектр существующих интерпретаций квантовой механики позволяет сделать вывод, что физикалистский взгляд на взаимоотношения квантовой и классической реальности оказывается явно недостаточным.
Именно поэтому многие интерпретации вынуждены апеллировать к взаимодействиям с информационной реальностью. В копенгагенской и многомировой интерпретациях такое взаимодействие связано с наблюдателем, который способен каким-то образом вызывать коллапс волновой функции или воспринимать раздельно все возможные альтернативы. В интерпретации Бома информационное взаимодействие определяет поведение частицы в соответствии с информацией, заключённой в волновой функции. А Гейзенберг рассматривал квантовую реальность как некую потенцию классического мира, то есть как его генетическую информацию.
Подобные подходы совершенно ясно указывают, что решение «проблемы измерений» лежит вне физического мира, а связано с осмыслением природы информационной реальности, являющейся частью окружающей действительности.
2.3. Наблюдение как информационное взаимодействие выбора
Итак, мы рассмотрели разные подходы к интерпретации квантово-механических экспериментов и описывающих их теорий. Ключевыми моментами, обсуждавшимися в этих интерпретациях, являются попытки понять природу квантовой реальности и найти ответ на вопрос, каким образом и почему множество возможностей, предлагаемых квантовой теорией, реализуется в процессе измерений в одну из альтернатив, принадлежащих классическому миру.
Но, независимо от теорий и интерпретаций, ответы на эти вопросы должны содержаться в самом измерении, связанном с моментом времени, когда из квантовой реальности проявляется материальный аспект бытия. Необходимо только внимательно присмотреться к тому, что при этом происходит. И что представляют собой сами квантовые измерения, когда, по современным представлениям, квантовым объектом, участвующим в измерении, является не только изучаемая микросистема, но и любая макросистема, состояние которой оказывается коррелировано с состоянием микрообъекта.
К основным понятиям, используемым при описании квантового измерения, можно отнести понятие измерительного прибора, понятия акта регистрации и акта наблюдения, осуществляемого наблюдателем.
Здесь под измерительным прибором можно понимать любую совокупность макроскопических систем, состояния которых коррелированы с состоянием микрообъекта. Акт регистрации – это объективный процесс, связанный с переходом измерительного прибора в некоторое определённое состояние, по которому можно судить о состоянии микрообъекта.
И наконец, акт наблюдения представляет собой информационное отражение классического безальтернативного состояния прибора некоторой информационной системой, которую можно назвать наблюдателем. При этом важно, что информация о состоянии прибора оказывается запомненной и в дальнейшем может использоваться ИС в процессе информационных взаимодействий. Акт наблюдения, в отличие от акта регистрации, носит субъективный характер, так как во многом определяется сенсорными возможностями ИС и её тезаурусом. Отметим, что такой взгляд на акт наблюдения не связывается напрямую с наличием сознания у ИС и поэтому наблюдение может осуществляться любыми ИС как естественного, так и искусственного происхождения.
Ещё один важный момент связан с тем, что в одном измерении разными ИС могут наблюдаться состояния разных подсистем измерительного прибора, но все наблюдения оказываются согласованными и существуют в рамках причинных физических законов. Это возможно или тогда, когда акт регистрации происходит независимо от актов наблюдения и все наблюдатели играют пассивную роль свидетелей, или когда все наблюдатели, активно влияющие на измерение, на ментальном уровне взаимосвязаны и способны согласовывать свои цели, определяющие акт регистрации. Такая согласующая способность, пронизывающая все иерархические уровни сложной ИС, должна объединять их в единую ИС, обладающую соподчинённой иерархией целей.
В таком случае акт регистрации оказывается связанным с единым Наблюдателем и выбранным им, в соответствии с реализуемыми целями, наблюдением.
Конечно, подход, связанный с активным наблюдателем, требует пересмотра ЕНП и включения ментальных степеней свободы в общую картину мира. Но и подходы, ограничивающиеся пассивным наблюдением, требуют привлечения дополнительных, довольно искусственных, представлений, не связанных с уравнением Шрёдингера.
В случае активного наблюдения механизм определения приоритетов целей и выбора Наблюдателем согласованной альтернативы требует существования общей для всех ИС системы коммуникаций, которую можно связать с существованием сознания. И в этом смысле сознанием должны обладать любые ИС, способные к наблюдению, в том числе и искусственные.
Конечно, в зависимости от сложности ИС, сознание может включать переживания квалиа и чувств, переживания образов и переживания текстов, но все виды переживаний любых ИС должны быть доступны Наблюдателю, принимающему решения.
Безусловно, далеко не каждое наблюдение связано с реализацией целей. Большинство наблюдений носит нейтральный характер, и в этих случаях для макросистем реализуется вероятностное наблюдение, задаваемое волновой функцией.
Подытоживая, можно сказать, что для тех интерпретаций квантовой механики, в которых наблюдатель определяет акт регистрации, объективные физические процессы оказываются связанными с субъективными ментальными процессами в ИС. И эта связь осуществляется посредством фундаментального информационного взаимодействия выбора. А на то, что такая связь реально существует, указывают квантово-механические эксперименты, в которых поведение квантовых объектов радикально меняется, как только наблюдатель начинает контролировать какую-либо из возможных альтернатив.
Рассмотрим теперь роль наблюдателя в копенгагенской и многомировой интерпретации.
В копенгагенской интерпретации акт регистрации определяется коллапсом волновой функции, который наступает под воздействием наблюдения. И хотя информационная природа наблюдения при этом не акцентируется, оно связывается с работой сознания, то есть с ментальными степенями свободы наблюдателя, который является чем-то внешним по отношению к квантовой реальности. И это вполне логично, так как квантовая реальность, понимаемая как бытие в возможности по Гейзенбергу или как математическая конструкция по Бору, имеет все признаки информационной реальности. А информационное взаимодействие обеспечивает выбор из этой многовариантной информационной реальности одной проекции, представляющей классический материальный мир. При этом представление об акте регистрации, как о мгновенном коллапсе волновой функции к безальтернативному состоянию, совсем не обязательно, так как любой выбранный аспект квантовой реальности может быть скопирован Наблюдателем без редактирования первоисточника.
В многомировой интерпретации, предложенной Эвереттом, наблюдатель выступает уже в несколько ином качестве. Предполагается, что никакого коллапса волновой функции не происходит и она всегда эволюционирует в соответствии с уравнением Шрёдингера, но любая проекция квантовой реальности доступна для восприятия наблюдателя. Однако наблюдатель может фиксировать все возможности только раздельно, так как он вместе с ветвящимся квантовым миром сам эволюционирует по всем возможным ветвям, которые декогерируют и больше не взаимодействуют друг с другом, образуя множество возможных классических миров.
Отметим, что под наблюдателем в многомировой интерпретации Эверетта понимается ИС, которая не обладает особыми ментальными степенями свободы и, следовательно, подчиняется уравнению Шрёдингера. Однако с точки зрения информационной парадигмы такой наблюдатель представляется большой натяжкой, так как предполагает сводимость информационных процессов к физическим.
В интерпретации «многих разумов», развивающей идею Эверетта, это обстоятельство обходят, рассматривая некого сверхнаблюдателя, находящегося вне квантовой реальности и способного воспринимать все квантовые альтернативы. Но, в отличие от копенгагенского подхода, этот сверхнаблюдатель не выбирает одну альтернативу, заставляя все другие исчезнуть, а разделяет их в своём восприятии на множество проекций – множество независимых классических миров, каждый из которых доступен изолированному от других отдельному наблюдателю, представленному в иерархической структуре сверхнаблюдателя. Важно, что такое разделение связано только с внешним наблюдателем и никак не затрагивает волновую функцию.
Конечно, подобную точку зрения вряд ли можно назвать простой и красивой, но в ней есть зерно, позволяющее выстроить логически ясный подход к «проблеме измерений».
Действительно, как отмечалось ранее, для того чтобы все наблюдения были согласованы и чтобы в классическом мире реализовывались отдельные физические закономерности, необходим единый Наблюдатель, которого уместно назвать Творцом. Творцу доступны все альтернативы, предлагаемые квантовым миром, и в соответствии с иерархией и приоритетами целей единой ИС он выбирает одну из них. Акт наблюдения, являющийся актом восприятия Творцом выбранной проекции квантовой реальности, будет связан тогда с созданием информационной копии этой проекции в ИС, которую он представляет. Такая копия, по существу, и является наблюдаемым классическим миром. При этом Творцу нет необходимости создавать копии всех возможных проекций, как это предполагается в многомировом подходе. Ему достаточно осуществить эволюционный шаг в конкретном классическом мире в соответствии со своими целями. Последовательность созданных Творцом копий проекций квантовой реальности представляет собой эволюционный путь Вселенной, или её Историю. И эта История, образующая прошлое, никуда не исчезает, а её фрагменты могут быть доступны для восприятия обособленными информационными системами, входящими в иерархию единой ИС.
Описанная картина взаимоотношений между квантовым и классическим миром очень далека от ЕНП, на которой основываются современные представления о физической реальности. И поэтому те интерпретации квантовой механики, в которых акт регистрации не связан с актом наблюдения, для многих могут выглядеть предпочтительней. Речь идёт о теории Бома для частиц со скрытыми параметрами и о теориях, в которых происходит объективная редукция волновой функции. Но, как уже отмечалось, экспериментальная верификация таких взглядов на природу квантового мира отсутствует. Однако в прикладных целях это не важно, так как любой подход даёт одинаковые предсказательные результаты. Поэтому выбор той или иной интерпретации связан в основном с мировоззрением учёного.
И тем не менее объяснительные возможности интерпретаций с активным и пассивным наблюдателем существенно разнятся. Поэтому, на наш взгляд, преимущество должна получить та интерпретация, которая способна объяснить наибольшее количество «трудных» проблем науки, таких как «стрела времени», антропная настройка параметров Вселенной, происхождение жизни и свобода воли.
В рамках теорий с активным наблюдателем, в которых существует выделенный момент времени, связанный с информационным взаимодействием выбора, проблема «стрелы времени» решается естественно и просто. Время приобретает направление, так как совершённый выбор и создание копии проекции квантового мира нельзя отменить и нельзя переписать Историю Вселенной. При таком взгляде последовательность выборов (или, как говорят, непрерывное измерение) воспринимается как протекающее время, имеющее направленность. Прошлое ощущается как неизменная безальтернативная сущность, ассоциирующаяся с Историей наблюдаемой классической Вселенной. Настоящее связывается с актом выбора альтернативы и фиксацией её в прошлом, а будущее представляется как многовариантный потенциально возможный мир, в котором целесообразным образом осуществляется свобода выбора альтернатив, то есть реализуется свобода воли.
Представление о едином Наблюдателе, или Творце, направляющем эволюцию Вселенной, решает также проблемы, связанные с происхождением жизни и с антропной настройкой параметров Вселенной. В этом случае целенаправленные процессы, ведущие к созданию условий для образования биологических ИС, снимают вопросы об исчезающе малых вероятностях, существующих при случайном характере возникновения очень сложных систем.
Конечно, подобное решение проблемы возникновения жизни не соответствует естественно-научному подходу, основанному на случайных процессах. Но ведь и происходящая в настоящее время эволюция искусственных ИС при случайном подходе была бы практически невозможной и по праву заняла бы место в ряду трудных проблем науки. Однако мы не сталкиваемся с научными трудностями такого рода, так как сами создаём и владеем генетической информацией, лежащей в основе искусственных ИС. Поэтому и вопрос о происхождении жизни – это, по-видимому, не вопрос выстраивания последовательности случайных событий, а вопрос реконструкции генетической информации, порождённой разумом Творца.
Таким образом, представление о наблюдении как об информационном взаимодействии выбора и о наблюдателях как обособленных ИС, включённых в единую систему Наблюдателя – Творца, обладает большим объяснительным потенциалом. Возможно, что оно будет полезно не только в физике, но и в биологии, и в психологии, где существуют свои трудные проблемы, связанные с информацией.
Но, несмотря на то что роль наблюдателя в становлении Вселенной обсуждается уже долгие годы, вопрос по-прежнему остаётся открытым. Хотя многие авторитетные учёные разделяют изложенные здесь идеи.
Так, например, Э. Дж. Сквайрс [Squires, 1990] предлагает рассматривать в качестве наблюдателя некое универсальное сознание и считает, что «сознательный ум не влияет на физику, он выбирает мир опыта из набора возможностей, обеспечиваемых физикой».
А вот мнение Пола Дэвиса [Дэвис, 2009]: «Такие вопросы, как коллапс волновой функции в квантовой механике, от которых зависит состоятельность физики частиц, по-видимому, требуют учёта наблюдателя как фундаментального принципа. Я считаю, что наблюдение в квантовой механике в конечном итоге потребуется связать с законами высших уровней, управляющими ментальными событиями, с которыми микроскопические события связываются посредством акта наблюдения».
Дж. Уилер, всю долгую жизнь размышлявший над проблемами квантовой механики, считал [Wheeler, 1977], что Вселенная самоосуществляется, «ввергая себя в бытие посредством актов участия наблюдателей», и правомерен «взгляд, по которому наблюдатель столь же существенен для проявления Вселенной, как и Вселенная для проявления наблюдателя».
М. Б. Менский выразился ещё более определённо, отождествив наиболее фундаментальную функцию сознания с выбором альтернатив [Менский, 2000]. Вот что он пишет: «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».
Можно было бы и дальше цитировать известных учёных, но и приведённых высказываний достаточно, чтобы понять – информационная парадигма уже широко используется как инструмент осмысления квантовой реальности. И с позиций ИП уже можно было бы попытаться смоделировать мир, который открывается в процессе познания реальности на квантовом уровне и который доступен нам в форме классической действительности.
2.4. Рецепт вселенной: информация, квантовый опыт и немного фантазии
Практически на протяжении всего существования науки представление о Вселенной складывалось только на основании непосредственного или опосредованного опыта нашего взаимодействия с материальными системами, являющимися частью окружающей действительности. Эти представления кристаллизовались во множество математически оформленных законов, скрепляющих ткань природы в единый эволюционирующий организм. Казалось, что науке уже удалось проникнуть в самые глубины существования Вселенной, но за скобками по-прежнему оставались ненаучные вопросы: а кто всё это создал, зачем это нужно и какая роль отведена нам в этом захватывающем воображение спектакле?
Впрочем, природа и не требовала на них ответа, пока мы не соприкоснулись с иной реальностью, которую за неимением других подходящих терминов назвали квантовой. И, осмысливая эту реальность, мы вдруг обнаружили, что на все эти ненаучные вопросы придется всё-таки давать научные ответы.
Конечно, наука ещё не владеет достаточным кругом понятий, на основе которых можно было бы выстроить логически ясные ответы. Но информационная парадигма уже сейчас позволяет пофантазировать на эту тему.
В контексте обсуждавшихся в этой главе вопросов квантовую реальность можно рассматривать как реальность информационную. О такой реальности можно сказать, что она существует, но нельзя сказать ничего конкретного о форме этого существования. Во всяком случае, это не пространственно-временное бытие. Пространство и время в квантовой информационной реальности – это всего лишь потенция динамики, а реальная динамика отсутствует. Нет прошлого, настоящего и будущего, нет стрелы времени – все моменты равноправны.
Фактически квантовая реальность предстаёт как некая временная целостность, в которой скрыто множество разнообразных потенциальных вселенных. И в этом смысле квантовую реальность можно понимать как генетическую информацию, на основе которой возникают и развиваются динамические миры и, в частности, наша безальтернативная классическая Вселенная. А реализуется генетическая информация при участии Наблюдателя – Творца, совершающего последовательные выборы альтернатив, предлагаемых квантовой реальностью, в соответствии со своими целями. При этом сам акт наблюдения, представляющий информационное взаимодействие выбора, не затрагивает квантовую реальность, а выбранная проекция квантового мира в виде копии фиксируется в памяти, ассоциированной с Наблюдателем.
В нашей Вселенной из всего спектра возможностей выбирается лишь одна альтернатива. Но, в принципе, можно представить существование и более сложных вселенных, в которых одновременно реализуется сразу несколько эволюционных сценариев.
Последовательность выборов образует путь в многоальтернативной квантовой реальности, который определяет эволюцию вселенной и содержит её Историю. Такой путь, образно говоря, ведёт Наблюдателя к определённым целям, но при этом окружающий квантовый ландшафт никак не меняется.
Однако в представленной картине возникает закономерный вопрос, связанный с тем, что мы вкладываем в понятие «Наблюдатель». Вряд ли об этом можно сказать что-то определённое, оставаясь в рамках физикалистского взгляда на реальность. Но с информационной точки зрения Наблюдателя можно рассматривать как сложную иерархически выстроенную ИС, реализующую определённые цели. И эти цели не являются жёстко заданными, а возникают и корректируются в ходе движения по эволюционному пути.
Иерархия Наблюдателя может содержать множество обособленных ИС, обладающих индивидуальными возможностями восприятия альтернатив и набором своих собственных целей. В нашей Вселенной биологическая жизнь и человек, в частности, оказываются встроенными в общую иерархию Наблюдателя и своими согласованными с глобальными целями Наблюдателя выборами также вносят вклад в эволюцию Вселенной. И это определяет, хоть и ограниченную, свободу воли для биологических ИС. Впрочем, высказанные соображения в равной мере могут относиться и к искусственным ИС, если у них появятся самостоятельные цели.
В сложной иерархической ИС, которую представляет Наблюдатель и где решения о выборе альтернатив могут приниматься на разных уровнях иерархии, должен существовать коммуникационный механизм, позволяющий согласовывать все решения в рамках единого эволюционного пути Вселенной. И возможно, такой механизм реализуется в форме сознания, обеспечивающего внепространственные и вневременные коммуникационные возможности в иерархической структуре Наблюдателя. При этом само сознание использует всеохватывающий единый язык феноменальных переживаний, частично доступный индивидуальным наблюдателям в рамках ограниченных возможностей их ИС.