Оглавление

Квантовая физика

Как известно, окружающий нас с вами мир мы описываем с помощью двух наук, каждая из которых является физикой.[1] Одну часть явлений и предметов мы описываем с помощью так называемой классической физики, которая включает в себя ньютоновскую механику и общую теорию относительности. Вторую часть окружающего мира мы описываем с помощью квантовой физики (квантовой механики), которая, по сути, тоже является физикой. Обе эти физики исходят из правил, которые друг с другом не связаны и, более того, друг другу подчас просто противоречат.[2]

Понятно, что такая ситуация сложилась в силу того, что человечество еще недостаточно знает об окружающем мире, а наши науки еще не слишком совершенны. На каком-то этапе несомненно будут сформулированы правила, которые будут одинаково применимы как к микромиру, так и к макромиру. Лучшие умы человечества и сейчас пытаются разрешить эту проблему, но пока безуспешно.

Так вот, некоторые ученые пытаются объяснять феномен сознания именно с позиций квантовой механики.[3] При этом определенным образом как бы обосновывается и свобода воли. Например, предпринимаются попытки объяснить когерентность работы человеческого мозга и предположительно невычислимый характер протекающих в нем процессов с точки зрения нелокальности и квантовой когерентности. При этом выдвигаются предположения, какие именно структуры мозга обеспечивают реализацию тех или иных квантовых эффектов. Авторы таких подходов не могут предложить окончательные решения и пока ограничиваются лишь предположениями. В частности, они согласны, что квантовая теория – детерминистская (то есть одной причине соответствует определенное следствие), однако ссылаются на ее невычислимый характер.

Действительно, законы квантовой механики выглядят достаточно необычно с точки зрения классической физики. Тем не менее они позволяют объяснить некоторые явления и достаточно точно рассчитать последствия тех или иных событий, что никак нельзя сделать с иных научных позиций. Квантовая механика, в частности, может описать и объяснить следующие проблемы.

- Стабильность атомов. Только квантовая механика обосновала это явление. С позиций классической физики электроны должны были бы падать на ядро атома.

- Существование спектральных линий. Это явление объясняется наличием в атомах квантовых энергетических уровней и переходов между ними.

- Химические силы. Молекулы вещества взаимодействуют на основе сил, имеющих квантово-механический характер.

Черное тело и его излучение. Только с позиции квантовой механики и при условии квантового характера излучения может быть объяснен вид спектра абсолютно черного тела.

Передача наследственной информации. При передаче такой информации на уровне молекул ДНК задействованы квантово-механические силы.

Лазерное излучение, которое основано на существовании переходов между квантовыми уровнями молекул.

Сверхпроводимость и сверхтекучесть.[4] Они имеют связь с дальнодействующими квантовыми корреляциями электронов и других частиц.

Существуют и некоторые явления, присущие человеку, но объяснимые с точки зрения квантовой теории, например, переход от периферического к фокальному зрению, переход от сознательного к бессознательному состоянию, возникновение намерений и желаний, сдвиги во времени при протекании психических явлений.

Говоря о квантовой механике, необходимо чуть подробнее описать такой феномен, как запутанность. Квантовая запутанность состояний, формально говоря, означает, что потенциальные возможности систем 1 и 2 актуализируются только совместно (попарно). Если объяснить это явление простым языком, то получается, что некоторые так называемые запутанные (спутанные) частицы имеют свойства, которые между собой связаны. Если свойство одной частицы (например, направление вращения) изменяется, то точно так же изменяется это свойство и у другой частицы, даже несмотря на то, что она находится на расстоянии, исключающем какую-то связь (несколько метров). При этом предполагается, что между частицами сигнал не передается, так как иначе это означало бы, что сигнал распространяется быстрее скорости света, что невозможно с точки зрения теории относительности. В описанной ситуации объекты одновременно являются и независимыми, и связанными друг с другом. По мнению некоторых специалистов, теоретически это объясняется тем, что на самом деле эти частицы – не отдельные объекты, а они являются частью чего-то более фундаментального и целого. Чего-то такого, что пока (или вообще) не познаваемо.

Квантовое состояние характеризуется объективной неопределенностью, объективной случайностью и объективной вероятностью, то есть набором потенциальных возможностей. Конечно, это не означает отказ от детерминированности, от связи причины и следствия, однако привносит определенную специфику в объяснение тех или иных феноменов.

Еще необходимо упомянуть феномен перехода от явлений микромира к явлениям макромира. В последнем не действуют (точнее, часть ученых полагает, что не действуют) законы квантовой механики. Момент перехода называется коллапсом волновых функций или редукцией вектора состояний. В результате мелкомасштабное квантовое событие может послужить причиной крупного события, описываемого уже классической физикой. При этом кое-кто полагает, что если проводится какое-то измерение, то оно превращает систему в недетерминированную.

Еще одно направление, связанное одновременно с квантовой механикой и с созданием искусственного интеллекта, – это квантовый компьютер.[5] Именно с квантовым компьютером часть ученых связывает возможность создания интеллекта, подобного человеческому. Суть дела заключается в следующем. Поскольку пока механизм возникновения и функционирования живой материи, особенно в части интеллекта, еще до конца не ясен, некоторые специалисты полагают, что этот механизм связан не столько с двоичным кодом и принятием решения по принципу "да" или "нет", сколько с процессами, протекающими в клетках на атомарном уровне и, следовательно, подчиняющимися в первую очередь законам квантовой механики. Если это действительно так, то возникает почва если не для утверждений об истоках свободы воли, то по крайней мере для предположений о какой-то неопределенности в причинно-следственных связях. То есть почти о свободе воли. Кроме того, атомарные процессы предполагают совсем иные информационные возможности. В таком случае ячейка для хранения и проведения операций над единицей информации – это не клетка, которая имеет относительно огромные размеры, а отдельные молекулы и атомы вещества. Возможно, что в таком случае речь идет не о простом двоичном коде, а о чем-то более сложном.

Если все так, то каким образом можно это воспроизвести на основе известных нам машин? Современные компьютеры при всех их достоинствах имеют все-таки не слишком большие объемы памяти. Да и их быстродействие не так уж велико. Оно значительно только по меркам быстродействия человеческого мозга, но никак не по меркам скоростей, с которыми имеет дело квантовая механика.

Однако теоретически современные компьютеры можно очень существенно усовершенствовать. В частности, создать квантовый компьютер. Он будет опираться на процессы, протекающие на квантовых уровнях. Это означает очень существенное ускорение обработки информации и одновременно увеличение размеров памяти.[6] При этом речь идет не о разах, а о нескольких порядках.[7] В таком случае подобный компьютер сможет моделировать процессы, происходящие в нашем мозге, даже если они носят квантовый характер и связаны с обработкой очень больших объемов информации.

Нужно пояснить, что современные компьютеры и так работают на основе процессов, описываемых квантовой механикой. Но при создании квантового компьютера речь идет о большем – о воспроизведении скоростей, характерных для квантовых процессов. Если говорить научным языком, это использование основного принципа квантовой теории: принципа суперпозиции состояний. В таком случае компьютер получает возможность оперировать когерентными (согласованными) состояниями ячеек памяти.

Если квантовый компьютер будет создан,[8] это может привести к очень серьезным последствиям, в том числе и достаточно неожиданным. Например, как известно, современные коды, в том числе банковские, опираются на то, что невозможно разложить достаточно большое число на простые множители за приемлемое для обычных компьютеров время. Квантовый компьютер запросто справится с этой задачей.

Говоря о квантовой физике, нужно также еще раз упомянуть о явлениях рекогеренции и декогеренции. Рекогеренция означает следующее. Например, в каком-то пространстве все элементы себя не проявляют. То есть, по нашим меркам, они просто не существуют (нелокальное состояние). Но они связаны друг с другом. Достаточно воздействовать на один элемент, чтобы он, а также часть остальных или даже все себя проявили, "обнаружили" с позиций классической физики. Декогеренция является процессом, обратным рекогеренции. Грубо говоря, для нас это может выглядеть как возникновение привычной для нас материи из ничего (из нелокального квантового источника) и исчезновение ее также в ничто. Материя переходит из чистого состояния в смешанное.[9] Это тоже не теоретические рассуждения, а экспериментально подтвержденные факты.

Нередко можно услышать мнение, что описанные процессы характерны только для атомарных уровней. Другие ученые считают, что это не так, что и для макрообъектов вполне применимы те же принципы. Другое дело, что мы их пока не способны заметить на макроуровне. Все эксперименты позволяют получить какие-то практические результаты лишь применительно к элементарным частицам.