Высокая честь быть наблюдателем

А начать я хочу с обширной цитаты из работ ещё одного великого учителя Церкви IV века Григория Богослова. Собственно, для целей этой статьи из всего отрывка нам важны всего три слова, вы их увидите: я их выделю жирным шрифтом. Но мне бы очень хотелось, чтобы вы прочитали эту пару десятков строк вдумчиво и не спеша. Помимо всего прочего, христианство — это очень красиво. В этих немногих строках святого Григория содержится практически всё учение Церкви о человеке. О его предназначении. Если вы торопитесь, можете смело пропустить эти строки — им более полутора тысяч лет, они могут подождать ещё немного:

Григорий Богослов (329 – 389). (Фрагмент фрески)

Вот те три слова, о которых я говорил в начале: человек — «зритель видимой твари». Не кажется ли вам странным это утверждение богослова IV века: не Бог — зритель, не ангелы небесные, — человек? Может быть, святой Григорий подразумевал лишь то, что материальный мир создан, чтобы радовать глаз человека? По контексту не похоже: перечень «задач», поставленных Богом перед человеком, в ряду которых Григорий Богослов приводит эти три слова, явно более высокого порядка, чем просто наслаждение пейзажем. Или он имел в виду, что человек должен присматривать за «видимой тварью»? Но дальше идут слова о том, что человек поставлен царём «над тем, что на земле»: налицо была бы тавтология. Или между понятием «зрителя» у святого Григория и понятием «наблюдатель» в современных физических теориях есть некая глубинная связь?

Похоже, что такая связь есть.

Так называемая проблема наблюдателя в физике сегодняшнего дня очень остра. Как мы видели в предыдущих статьях, рождение и существование Вселенной без ее взаимодействия с наблюдателем космологи описать не могут. Время и пространство в теории относительности также проявляют себя только во взаимодействии с наблюдателем. По крайней мере, именно так всё выглядит согласно сегодняшнему уровню знаний. Но создается впечатление, что дело не в уровне, не в объёме знаний о мире, а скорее в самих свойствах этого мира. Судя по всему, окружающая нас Вселенная в достаточно сильной степени зависит именно от нас с вами. При этом хочу подчеркнуть, что измерение или наблюдение этого мира — это вовсе не только эксперименты, которые проводят физики, ученые иных специальностей. Мы все наблюдатели.

Наше присутствие в этом мире и есть наблюдение и измерение. Жизнь и есть измерение. Непрерывный процесс измерения. Или процесс непрерывного измерения. Как вам больше нравится. А почти все рассуждения, описания реальных и мысленных экспериментов мы связываем с какими-то лабораторными или космическими исследованиями исключительно потому, что так можно точнее и нагляднее продемонстрировать процессы, происходящие в нас и вокруг нас.

Поэтому вновь вернемся в лабораторию и попробуем окончательно решить, кого же считать наблюдателем при измерениях в квантовой механике. Естественно, мы предполагаем, что всякое квантовое измерение (в нашей условной лаборатории) проводит некий экспериментатор, который, по крайней мере, осознает для чего и что он делает, то есть имеет перед собой осознанную цель. Трудно себе представить, что кот в описанном в третьей статье мысленном эксперименте Шрёдингера подойдёт на роль наблюдателя, хотя кто-нибудь может и поспорить с этим утверждением. Но я предлагаю несчастного кота всё же оставить в покое хотя бы потому, что он, по-моему глубокому убеждению, не способен описать проведенный с ним эксперимент в рамках формальной логики.

Что представляет собой измеряемая квантовая система? Допустим, нам требуется измерить какие-то параметры отдельного электрона. Для этого у нас есть соответствующий прибор. Прибор тем или иным способом взаимодействует с электроном и должен передать нам некую о нём информацию. Но прибор сам состоит из атомов, которые, в свою очередь, состоят из субатомных частиц. И их взаимодействие с измеряемым электроном будет проходить по законам всё той же квантовой механики. И описываться всё тем же волновым уравнением Шрёдингера, то есть вероятностным образом: вся эта объединенная измеряемо-измеряющая система будет существовать в суперпозиции. При этом, по утверждению физиков, описание измерения существенно не изменится, если части прибора, которые непосредственно участвуют в измерении (например, чувствительный элемент и регистрирующее устройство), описывать как часть измеряемой системы. Нельзя однозначно определить границу между измеряемой системой и прибором, или, как уточняет Михаил Менский, «измеряющей средой, в которую следует включить и наблюдателя как материальную систему» (Менский М. Б. «Человек и квантовый мир»), так как наблюдатель также состоит из атомов и субатомных частиц (они же — волны, если помните о корпускулярно-волновом дуализме), и они опосредованно, через прибор, также взаимодействуют с электроном.

Иными словами, к измеряемой квантовой системе можно смело относить помимо прибора и фотоны, летящие от регистрирующей панели к глазу наблюдателя, и сам глаз, и глазной нерв, и те отделы коры головного мозга, куда будет передан соответствующий сигнал, то есть всю материальную среду, которая будет непосредственно или опосредованно взаимодействовать с измеряемым электроном. Граница между измеряемой системой и измеряющей средой, с точки зрения квантовой механики, произвольна. По словам Менского, «выбор границы не влияет ни на рассуждения, проводимые при расчетах, ни на сами расчеты. Ни при каком выборе границы не возникает никаких парадоксов и концептуальных проблем».

Но до определенного момента, пока наблюдатель не осознает результат измерения. Тут все вероятности куда-то рушатся, и остается единственное состояние из множества всех вероятных состояний. Вот здесь хочу чуточку притормозить и попробовать отдышаться, так как не физику сложно (по себе знаю) всё это сходу понять.

Итак, ещё раз с самого начала: на микроуровне наш мир существует исключительно как совокупность вероятных состояний квантовых систем (индивидуальных — единичных атомов, электронов и т. д. и коллективов систем, взаимодействующих атомов, электронов, фотонов и т. п.). Эти вероятные состояния всегда сосуществуют. Тут совсем иная ситуация, чем в привычном для нас классическом мире, где мы до измерения просто не знаем, в каком состоянии система находится: например, сотрудник ДПС из-за куста измеряет скорость автомобиля, он может подозревать, что автомобиль превышает разрешенную скорость, но точно этого не знает. Измерив, узнаёт, и даже может предъявить показания прибора в качестве доказательства. В квантовом мире вероятные состояния именно сосуществуют: ни один «гаишник» не смог бы доказать в суде, что измеренная им скорость электрона (если бы он мог измерить и её, чтобы этот электрон оштрафовать) была до момента измерения именно такой, а не другой. И никакие показания прибора ему бы в этом не помогли. Так как вызванный стороной защиты эксперт, любой квалифицированный физик, показал бы, что скорость электрона непосредственно перед измерением могла быть какой угодно, а данный конкретный результат, зафиксированный гаишником, был вызван самим фактом измерения. А еще точнее, возник из-за коллапса волновой функции всей системы, включающей, в том числе сам электрон, «пушку» гаишника и атомы его мозга. Но сам коллапс произошел благодаря взаимодействию этой измеряемой системы с чем-то неопределенным и нематериальным, что мы называем сознанием наблюдателя, в данном случае — сотрудника ДПС.

Вероятностная форма существования микромира строго доказана математически и подтверждена экспериментально. И я уже подчеркивал, что именно благодаря этим его свойствам современное человечество пользуется лазерами, электронными микроскопами, бытовой электроникой и т. п. На самом деле, совершенно чуждым квантовой механике является как раз коллапс волновой функции. Ничто в пределах самой квантовой механики не предусматривает никаких коллапсов. Коллапс, он же редукция волнового пакета, при измерении — это просто наблюдаемый факт. Зная начальное состояние системы, исследователь легко может рассчитать её эволюцию с помощью линейного уравнения Шрёдингера. Да, расчет будет нести вероятностный характер, в нём будут сосуществовать различные состояния, но физики и инженеры к этому за десятилетия существования квантовой механики привыкли и прекрасно справляются с прикладными задачами.

Совершенно непонятно, почему проводимое с квантовой системой измерение меняет эту линейную эволюцию скачком и выдёргивает из всего множества её вероятных состояний одно-единственное. Далеко не всегда наиболее вероятное, а согласно статистическим законам, более вероятные — чаще, менее вероятные — реже? И что происходит со всеми остальными состояниями, куда они исчезают?

Эти вопросы многие физики считают философскими и просто игнорируют. Те же, кто всё-таки пытается разобраться с этой проблемой, приходят к вполне определенному заключению: всё дело в нашем сознании, а потому её решение непосредственно связано с решением вопроса, что же такое сознание? На что однозначного ответа в рамках естественных наук (даже если мы к ним причислим психологию, притом, что предмет ее изучения и есть, собственно, сознание) нет и в ближайшие годы не предвидится. Один из наиболее последовательных исследователей физической сущности сознания, Роджер Пенроуз, выдвигает предположение, что возможность описать феномен сознания может появиться после того, как будет сформулирована корректная квантовая теория гравитации, то есть фактически после того, как будет сформулирована теория всего, о чем мы говорили в  предыдущей статье. Я готов согласиться с тем, что теория всего должна, конечно, претендовать и на то, чтобы включить в себя и теорию сознания. Только не уверен, что такая теория будет вытекать исключительно из материальных предпосылок, и, насколько я могу судить по его книгам, Пенроуз также в этом не уверен.

Но в ожидании разработки такой теории, мы всё же должны попытаться решить, кто же конкретно вправе считаться тем наблюдателем, чьё сознание играет ключевую роль в проявлении нашей реальности: физика-экспериментатора, каждого отдельного человека, человечества в целом, этакое коллективное сознательное? Вопрос о Высшем Разуме в этом случае я выношу за скобки, потому что здесь мы ведем речь не о Первопричине, а о механизме взаимодействия материального мира и человеческого сознания.

Очень важным в этом контексте является ещё один мысленный эксперимент, предложенный одним из крупнейших математиков XX века, нобелевским лауреатом по физике Юджином Вигнером. Эксперимент вошел в историю квантовой механики под названием парадокс друга Вигнера.

Юджин Вигнер вместо кота Шрёдингера предложил использовать своего друга-экспериментатора. Нет, нет. Вигнер не человеконенавистник, как и Шрёдингер не живодёр. Никакой ампулы с ядом в эксперименте не предусмотрено. Вместо нее — лампочка, которая либо загорается, либо нет в зависимости от того, произошло ли предполагаемое квантовое событие. Друг Вигнера находится в лаборатории, сам Вигнер ожидает результат измерения, условно говоря, в коридоре. Как мы говорили выше, граница измеряемой квантовой системы избирается произвольно. Для друга Вигнера она естественным образом включает в себя и лампочку и фотоны, которые должны достичь его глаз, если лампочка загорится. Но для самого Вигнера его друг-экспериментатор оказывается также частью измеряемой системы! Для Вигнера, который стоит в коридоре, в суперпозиции находится измеряемый атом, лампочка и его друг целиком, так как только от друга он предполагает узнать результат измерения. И если Вигнер сочтет необходимым, стоя в коридоре, описать состояние всей системы математически, то он вынужден будет включить в это описание и своего друга.

Наконец, друг Вигнера выходит в коридор и сообщает ему результат измерения: загорелась или не загорелась лампочка. Для Вигнера коллапс волновой функции происходит в тот момент, когда он понимает, что измерение произведено (друг вышел из лаборатории). И какое-то короткое время он, уже по законам классического мира, просто не знает результата, пока друг не сообщит об этом. Но для друга коллапс волновой функции (редукция) произошел раньше, когда он увидел (не увидел) свет от лампочки.

Представим себе при этом, что результата этого измерения ждут другие коллеги Вигнера еще в двадцати городах мира. И пока он не сообщит им о результате измерения, для каждого из этих коллег и сам Вигнер, и его друг-экспериментатор, и прибор, и измеряемый атом будут находиться в суперпозиции, то есть в двух альтернативных состояниях одновременно. А редукция волнового пакета всей этой системы произойдёт для них только в тот момент, когда Вигнер сообщит им о результате измерения: кому-то он может позвонить, кого-то известить телеграммой, кому-то послать письмо по почте (статья Вигнера с описанием этого эксперимента вышла в 1961 году, и интернета, как вы понимаете, еще не было). При этом, вполне возможно, что у каждого из коллег Вигнера есть свои коллеги и друзья, которые также ждут результатов этого измерения.

Юджин Вигнер (1902 – 1995), некоторые считают его вклад в науку не меньшим, чем Эйнштейна 

Эту статью Вигнер заканчивает выводом об особой роли сознания наблюдателя в квантовой механике. Но известно, что сам он придерживался более радикального убеждения: по его мнению, квантовое измерение можно считать законченным лишь тогда, когда все люди во Вселенной узнают его результат. Многие учёные полагают, что это утверждение выходит за рамки собственно физики. Но в философском плане от него довольно сложно отмахнуться, так как оно базируется на фундаментальных принципах квантовой механики и ее математическом аппарате. Альтернативная точка зрения Гейзенберга и Шрёдингера (в различных вариациях), что коллапс волновой функции происходит в сфере термодинамической необратимости (то есть в сфере макромира, где действует энтропия) не нашла достаточного подтверждения.

Нет ничего удивительного в том, что Юджин Вигнер, как, впрочем, и Эрвин Шрёдингер (и не только они) пришли в результате осмысления показателей своего научного труда к увлечению ведантой — одного из направлений индуистской философии. Этот факт лишь подтверждает Евангельскую истину: нет пророка в отечестве своём (см: Мф. 13: 57). На самом деле, для осмысления структуры мира человеку христианской культуры вовсе нет необходимости обращаться к чужому опыту. Христианское мировоззрение, христианская философия дают для этого не меньшие (а с моей точки зрения, большие) возможности. Ничего дурного ни о Вигнере и Шрёдингере, ни о других крупных мыслителях, искавших и ищущих ответы на главнейшие вопросы бытия в восточных религиозных системах, как и о самих этих системах, я сказать не хочу. Проблема, скорее, в самой христианской Церкви, которая по ряду объективных и субъективных причин позволила массовому сознанию низвести сложнейшее и красивейшее учение до лубочно-сказочных форм.

Я уже отмечал, что сегодня внутри той цивилизации, которую исторически принято называть христианской, очень широко распространено представление той же веданты о мире как иллюзии, и мало кому известно о христианском представлении о «временном мире». Слово медитация известно, пожалуй, даже младшим школьникам, а что такое исихазм в христианстве, он же безмолвная молитва, умная молитва, умно-сердечная молитва, созерцание, созерцание фаворского света, знают единицы даже внутри некоторых христианских конфессий. А это, как считают православные христиане, то самое подлинное богообщение, то пришедшее в мир Царство Небесное, которое «внутрь вас есть» (Лк. 17: 21) и которое уводило в пустыни и монастыри многие тысячи христианских подвижников, начиная с первых веков христианства.

Серьезная проблема для Вигнера и Шрёдингера (равно как и для любого, как я полагаю, мало-мальски знакомого с закономерностями квантового мира человека) — пространственная и временная множественность «наблюдающих и думающих индивидуумов. Если бы все происходящее разыгрывалось в единственном сознании, то положение вещей было бы очень простым» (Эрвин Шрёдингер. «Мой взгляд на мир»). Говоря проще, проблема в том, что людей слишком много, и они слишком разбросаны по земле, а новости узнают в разное время. А если бы на белом свете был один-единственный человек, никаких проблем с квантовой механикой не существовало… Выход они искали в веданте, где, по словам Шрёдингера, «воспринимаемая множественность лишь видимость, в действительности она не существует вовсе». опубликовано econet.ru

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet