1927 год. Пятый Сольвеевский конгресс. Собрались лучшие физики планеты - Бор, Гейзенберг, Паули, Шрёдингер, Эйнштейн. Обсуждали квантовую механику, которой к тому моменту было лет десять, и которая работала блестяще. Давала правильные предсказания. Объясняла спектры атомов, поведение электронов, фотоэффект. Была одна проблема: никто не понимал, что она, собственно, описывает.
Электрон до измерения находится в суперпозиции состояний. После измерения - в одном. Волновая функция «коллапсирует». Но что значит «коллапсирует»? Что происходит физически? Где была частица до того, как мы посмотрели?
Нильс Бор предложил элегантный выход: перестаньте спрашивать. Квантовая механика описывает результаты измерений. Что происходит «между» измерениями - бессмысленный вопрос. Реальность существует в том виде, в каком мы её наблюдаем. Точка. Это и стало Копенгагенской интерпретацией. Официальной. Почти единогласно принятой.
Эйнштейн был в ярости. «Бог не играет в кости». Он верил, что под вероятностями прячется нормальная детерминированная реальность - просто мы её пока не видим. Фон Нейман, как мы помним, в том же году доказал, что такой реальности быть не может. Никаких «скрытых параметров». Квантовая неопределённость - фундаментальна. Эйнштейн продолжал искать. И не нашёл до конца жизни. Но нашёл кто-то другой.
На том же Сольвеевском конгрессе молодой французский физик Луи де Бройль предложил кое-что радикальное. Он назвал это «теорией пилотной волны». Идея была такой: электрон - реальная частица с определённым положением в каждый момент времени. Никакой суперпозиции. Никакой неопределённости. Частица всегда где-то есть. Просто мы не знаем где.
При этом существует волна - волновая функция из уравнения Шрёдингера. Она реальна. Она распространяется в пространстве. И она направляет частицу. Буквально: говорит ей, куда двигаться. Отсюда название - пилотная волна.
Квантовые эффекты, интерференция, вероятности - всё это следствие того, что пилотная волна ведёт себя как волна, а мы наблюдаем только частицу. Если бы мы знали начальное положение и скорость частицы точно - могли бы предсказать всё. Детерминизм восстановлен.
Паули поднялся и разнёс идею в пух и прах. Указал на технические проблемы с многочастичными системами. Аудитория кивнула. Де Бройль сел. И на двадцать пять лет забросил эту идею.
Дэвид Бом к 1951 году был восходящей звездой американской физики. Написал учебник по квантовой механике - один из лучших. Эйнштейн его читал и хвалил. Карьера складывалась отлично. Потом его вызвали в Комитет по антиамериканской деятельности. Он отказался давать показания против коллег. Его уволили из Принстона. Паспорт аннулировали. Карьера в США закончилась. Он уехал в Бразилию, в Сан-Паулу. И там, в относительной изоляции от физического мейнстрима, сел переосмысливать квантовую механику с нуля.
В 1952 году опубликовал две статьи. В них он заново открыл теорию пилотной волны де Бройля - независимо, не зная, что де Бройль это уже делал - и решил проблему, на которую указал Паули. Многочастичные системы обрабатывались теперь корректно. Физическое сообщество отреагировало... никак. Паули сказал, что это «идеология». Гейзенберг написал, что теория «излишня». Оппенгеймер, бывший научный руководитель Бома, сказал коллегам: «Если мы не можем опровергнуть Бома, нам следует его игнорировать». Это был не научный аргумент. Это была политика.
Как устроена пилотная волна: механика. Попробую объяснить без формул. В обычной квантовой механике волновая функция - математический объект. Инструмент вычисления вероятностей. Физической реальности за ней нет, или вопрос о ней «бессмысленен» (Копенгаген). У Бома волновая функция - реальное поле. Оно существует в конфигурационном пространстве - пространстве всех возможных конфигураций системы. Это важно и к этому мы вернёмся.
Это поле порождает «квантовый потенциал» - дополнительную силу, которая действует на частицу помимо обычных классических сил. Квантовый потенциал зависит от формы волновой функции - от её кривизны, от того, как она распределена в пространстве.
Частица движется по траектории. Детерминированно. Но под влиянием этого потенциала её траектория выглядит странно - именно так, как мы наблюдаем в квантовых экспериментах.
Знаменитый эксперимент с двумя щелями: электрон летит через щели и оставляет интерференционную картину, как будто прошёл через обе одновременно. В копенгагенской интерпретации - он и прошёл через обе, пока мы не посмотрели. В боновской - электрон прошёл через одну щель. Но пилотная волна прошла через обе. И направила частицу туда, куда указывает интерференция волн. Никакой мистики с «суперпозицией». Просто волна знала про вторую щель.
Вероятности появляются потому, что мы не знаем точного начального положения частицы. Если бы знали - предсказали бы траекторию точно. Принцип неопределённости Гейзенберга остаётся в силе как практическое ограничение нашего знания - но в природе неопределённости нет.
Вот где начинается самое интересное. Когда Бом разбирал свою теорию для многочастичных систем, он обнаружил кое-что неудобное. Пилотная волна существует в конфигурационном пространстве системы. Для двух частиц это шестимерное пространство. Для трёх - девятимерное. И так далее.
Это означает, что волна описывает всю систему целиком - и когда одна частица «чувствует» что-то, волна мгновенно меняется во всём пространстве. Обе частицы, где бы они ни находились, связаны через общую волновую функцию. Это нелокальность. Мгновенная связь на любом расстоянии.
Эйнштейн называл это «жутким дальнодействием» и считал аргументом против квантовой механики. Бом принял нелокальность как факт - и сделал её центральным элементом своей картины мира.
В 1964 году Джон Белл - ирландский физик, который тайно восхищался работой Бома, пока все остальные её игнорировали - вывел свои знаменитые неравенства. Математически доказал: если в природе существуют скрытые переменные, то результаты определённых экспериментов должны подчиняться конкретным ограничениям.
Эксперименты провели. Неравенства Белла нарушаются. Это значит одно из двух: скрытых переменных нет (копенгагенский вариант), или они есть, но теория нелокальна (боновский вариант). Бом был прав насчёт нелокальности. Природа и правда «жутко дальнодействующая».
К 1980-м годам Бом ушёл от чисто технических вопросов и написал книгу «Целостность и скрытый порядок». Там он развил идею, которая выросла прямо из математики пилотной волны. Если волновая функция системы существует в высокоразмерном конфигурационном пространстве и описывает всю систему как единое целое - может быть, фундаментальна именно целостность? Может быть, «отдельные частицы» - это абстракция, удобная для грубого описания, а реальность устроена иначе?
Бом предложил два уровня реальности. Первый - «развёрнутый порядок» (explicate order). То, что мы наблюдаем: частицы, поля, объекты в пространстве и времени. Отдельные вещи, которые взаимодействуют через силы.
Второй - «свёрнутый порядок» (implicate order). Более глубокий уровень, где всё связано, где «части» ещё не развёрнуты в отдельность. Что-то вроде голограммы: в каждом фрагменте голограммы содержится информация о целом изображении.
Видимая реальность - это постоянный процесс развёртывания из свёрнутого порядка и обратного сворачивания. Бом назвал это «холодвижением» (holomovement) - непрерывным движением целого, из которого возникают все явления. Это уже метафизика. Но метафизика, выросшая из математики, а не из интуиции.
СОЗНАНИЕ: КУДА БОМ ПРИШЁЛ В КОНЦЕ
Карен Баррад, Роджер Пенроуз, Дэвид Чалмерс - все они так или иначе касались вопроса, который Бом поставил прямо: где в этой картине сознание? В копенгагенской интерпретации сознание наблюдателя играет особую роль - именно оно «коллапсирует» волновую функцию. Это ставит сознание вне физики: оно не описывается уравнениями, оно стоит над ними.
Бом с этим не согласился. Его позиция: сознание - часть той же реальности, что и материя. Оно тоже «развёртывается» из свёрнутого порядка. Разделение на «наблюдателя» и «наблюдаемое» - удобная абстракция, которая работает в классических масштабах. На фундаментальном уровне его нет.
Он ввёл понятие «soma-significance» - телесно-смысловая связь. Материальные процессы несут смысл (significance). Смысловые процессы влекут материальные изменения (soma). Разум и тело, сознание и материя - два аспекта одного процесса, а не две отдельные вещи.
Это напоминает спинозовский нейтральный монизм - идею, что существует одна субстанция, у которой есть и физические, и ментальные атрибуты. Бом пришёл к похожей позиции через квантовую механику.
Его последняя книга, написанная вместе с нейробиологом Карлом Прибрамом - «Голографический мозг» - предлагала, что мозг работает по принципам, похожим на голографию. Память хранится не в конкретных нейронах, а распределена по всей системе, как изображение в голограмме. Квантовые эффекты в нейронах - возможная основа сознания.
Прибрам независимо пришёл к похожей идее через нейронауки. Мозг, повреждённый в разных местах, теряет память неспецифически - как будто информация действительно распределена.
Теория де Бройля-Бома сейчас переживает ренессанс. По нескольким причинам. Во-первых, она математически эквивалентна стандартной квантовой механике. Все предсказания совпадают. Её нельзя опровергнуть экспериментом, который подтверждает стандартную теорию - потому что она даёт те же ответы. Это означает, что выбор между интерпретациями - это выбор между картинами мира, а не между научными теориями в обычном смысле.
Во-вторых, она решает проблему измерения. В копенгагенской интерпретации момент «коллапса» волновой функции - загадка. Когда именно? При каком условии? У Бома вопрос снимается: частица всегда имела определённое положение, просто мы его не знали. Измерение - это взаимодействие, которое проявляет уже существующее состояние.
В-третьих, её можно обобщить на квантовую теорию поля. Это долго считалось техническим препятствием - сейчас работы Детлефа Дюрра, Шелли Голдштейн и других показывают, что обобщение возможно, хотя и нетривиально.
Что это открывает? Нелокальность как факт природы, а не артефакт теории. Если реальность фундаментально нелокальна - это меняет то, как мы думаем о причинности, о пространстве, о связи между событиями.
Холизм как физический принцип. Целое первично по отношению к частям. Это согласуется с тем, что мы видим в сложных системах - от экосистем до нейронных сетей.
Для вопроса о сознании: если сознание - часть той же реальности, что и пилотная волна, если оно тоже «развёртывается» из более глубокого уровня - тогда вопрос «как мозг порождает сознание» может быть поставлен неправильно. Мозг и сознание могут быть двумя аспектами одного процесса, два окна в одну комнату.
Есть соблазн сказать: ну, интерпретации квантовой механики - это для специалистов. Практически всё равно, какую выбирать. Это было бы правдой, если бы интерпретации не влекли разных выводов о природе реальности.
Копенгагенская интерпретация: реальность существует в той мере, в какой наблюдается. «Между» наблюдениями вопрос о реальности бессмысленен. Радикальный позитивизм. Хорошо работает для инженерных приложений. Плохо работает, если вы хотите понять, что происходит на самом деле.
Боновская интерпретация: реальность существует независимо от наблюдателя. Она детерминирована. Она нелокальна и целостна. Наблюдатель - часть реальности, а не стоящий над ней судья.
Второй вариант согласуется с тем, как думают о мире большинство людей, которые всерьёз занимались медитацией, мистическими практиками, или просто имели опыт, который трудно объяснить в рамках локального причинно-следственного мышления.
Это не доказательство мистики. Это указание на то, что интуиция о взаимосвязанности всего - возможно, не иллюзия, а восприятие реальной структуры реальности, которую физика только начинает формализовывать.
Бом последние двадцать лет жизни много разговаривал с Джидду Кришнамурти. Философ и физик. Они обсуждали природу мышления, природу реальности, связь между ними. Бом говорил, что Кришнамурти помог ему увидеть, как мышление фрагментирует реальность, которая целостна. Квантовая механика в его интерпретации говорила то же самое математическим языком.
Что наука пока не понимает. Много чего, на самом деле. Почему именно такая волновая функция? Откуда берётся свёрнутый порядок? Как именно сознание связано с квантовыми процессами - и связано ли вообще на уровне, который имеет значение для психологии и субъективного опыта?
Пенроуз и Хамерофф предложили теорию «оркестрованной объективной редукции» - квантовые эффекты в микротрубочках нейронов как основа сознания. Большинство нейробиологов скептичны: слишком тепло и шумно внутри нейрона для квантовой когеренции. Дискуссия продолжается.
Теория интегрированной информации Тонони говорит, что сознание - это определённый тип информационной интеграции. Она совместима с боновским холизмом, но не выводится из него напрямую.
Пока что мы имеем несколько красивых идей, которые указывают в похожем направлении, но не складываются в единую теорию. Это нормальная наука на переднем крае.
Дэвид Бом умер в 1992 году, в Лондоне. Прямо в такси, возвращаясь с работы. Ему было 74. За несколько месяцев до смерти он закончил книгу «Ненарушимая целостность и имплицитный порядок» - итог сорока лет работы.
На его похороны пришли физики, философы, практикующие медитаторы, ученики Кришнамурти. Редкое сочетание для учёного. Он прожил жизнь человека, который отказался принять «перестаньте спрашивать» в качестве ответа. Которого выгнали из страны, игнорировали коллеги, и который продолжал думать в том направлении, которое считал правильным. Пилотная волна всё ещё летит.
Продолжение следует.
ОТКРЫТ НАБОР НА КУРС "СЦЕНАРИЙ ТЕЛЕСЕРИАЛА".
СЛЕДУЙТЕ ЗА БЕЛЫМ КРОЛИКОМ!