Михаил Кацнельсон — об опасностях редукционизма и квантовости нейросетей

N+1Наука

«Это не та квантовость»

Михаил Кацнельсон — об опасностях редукционизма и квантовости нейросетей

Беседовал Александр Дубов

Как классическая физика совмещается с квантовой и когда одна переходит в другую? В какой степени поведение макроскопических объектов зависит от квантовых процессов — и может ли наше сознание иметь квантовую природу, как считает недавний нобелевский лауреат Роджер Пенроуз? Об этом мы поговорили с Михаилом Кацнельсоном, профессором Университета Радбауда, который в конце прошлого года вместе с Виталием Ванчуриным показал, что если в нейронной сети не фиксировано количество элементов, то ее можно эффективно описать уравнением Шрёдингера — как будто бы это объект квантового мира.

Квантовая неквантовость

N + 1: Для погружения в контекст вы не могли бы объяснить, почему ученые так часто пытаются найти квантовые свойства в системах, в которых квантовости изначально как будто бы быть не должно? Это нужно, просто чтобы посмотреть на известную систему с нового ракурса, или это исследование внутренней природы, присущей этим системам?

Михаил Кацнельсон: Тут очень много уровней и много вариантов ответа на этот вопрос, потому что разным людям нужно разное. Во-первых, есть какой-то общефилософский интерес. Мы все-таки верим, что законы, управляющие любыми сложными системами, — они не то, чтобы сводятся к физике (так говорить, конечно, неправильно), но по крайней мере, не должны противоречить физике. В конечном счете, любые системы состоят из электронов и атомных ядер, которые описываются, как мы сейчас думаем, квантовыми законами. До какой степени свойства этих систем можно увязать с этим фундаментальным уровнем квантовых законов?

Надо сказать, что попытки [оценить границы применимости квантовых законов для описания макроскопических свойств] начались очень рано. Если говорить о классиках нашей науки, то, скажем, у Нильса Бора, были работы по физике и биологии, в которых он предлагал очень интересный подход. Он предлагал использовать какой-то вариант его же собственного принципа дополнительности: так же, как квантовая физика в интерпретации Бора говорит, что мы не можем полностью описать квантовую систему на классическом языке, но можем описать ее, используя несколько дополнительных [по отношению друг к другу] классических языков. Насколько я понимаю, у Бора была идея, что физические и биологические законы примерно так же соотносятся. То есть биология не сводится к физике, а это какие-то дополнительные, несводимые друг к другу способы обсуждать свойства каких-то систем, которые, видимо, сложнее, чем каждая из этих проекций по отдельности.

У другого великого физика Вольфганга Паули попадались, например, такие высказывания, что физика и психология — это два равно фундаментальных уровня описания реальности, которые не сводимы друг к другу. У еще одного классика нашей науки Юджина Вигнера была очень забавная статья о вероятности появления самовоспроизводящихся систем. В ней он вроде бы доказал (но я думаю, что это все-таки не доказательство — к этому не надо сверхсерьезно относиться), что из общих принципов квантовой механики следует, что самовоспроизводящиеся системы невозможны. А, поскольку живые организмы — это самовоспроизводящиеся системы, то следовательно жизнь нельзя объяснить на основании законов квантовой механики и нужно что-то еще.

Нильс Бор, Юджин Вигнер, Вольфганг Паули

Как видите, общие настроения всех этих великих людей были скорее такими, что, наверно, и невозможно, и неправильно объяснять биологические психологические и социальные законы физикой и квантовой механикой. Но потом возникла молекулярная биология, была расшифрована структура ДНК, и физические методы стали использоваться в биологии очень широко. И немножко, я бы сказал, у кого-то голова закружилась по этому поводу. Действительно, стали думать, что квантовая механика может и напрямую как-то объяснять биологию.

Вообще редукционизм (то есть объяснение поведения сложных систем через свойства составляющих их элементов) — это традиционно популярный взгляд среди ученых-естественников. Но этот взгляд, по моему мнению, довольно бедный. Конечно, ни Бор, ни Паули, ни Вигнер, ни другие классики не были редукционистами. Но многие были. И поэтому начинаются попытки объяснить явления жизни, сознания и всего остального, исходя из законов, которые управляют поведением мельчайших элементов, то есть квантов.

На мой взгляд, этот подход не очень глубокий и не очень правильный. Но что-то в нем, конечно, есть. Потому что какие-то квантовые процессы заведомо жизненно важны для биологических организмов. Например, если мы будем говорить о таких важных биологических процессах, как фотосинтез или световосприятие, — конечно, это все начинается с чисто квантового процесса.

Вопрос — насколько далеко можно так зайти. Некоторые заходят очень далеко. Например, Пенроуз зашел настолько далеко, что стал описывать конкретные квантовые процессы [в работе нервной системы]. Он говорил о микротрубочках, каких-то их вибрационных состояниях, которые могут играть важную роль в деятельности нервной системы. Сравнительно недавно, в 2015 году, тоже очень известный физик Мэттью Фишер опубликовал статью в Annals of Physics, в которой объявил, что какие-то процессы, связанные со спинами ядер фосфора в определенных молекулах, которые состоят из кальция, фосфора и кислорода, и которые заведомо присутствуют в живых организмах, могут играть какую-то роль [в процессах в головном мозге].

Две молекулы Ca9(PO4)6 в различных ориентациях. По мнению Мэттью Фишера, ядерные спины атомов фосфора в этих молекулах могли бы выполнять роль кубитов в головном мозге. Matthew P. A. Fisher / Annals of Physics, 2015

Есть некое такое направление, когда люди пытаются — я бы сказал, в раже редукционизма — очень сложные явления, связанные с поведением больших и многоуровневых систем, напрямую вывести из свойств составляющих их элементов. Мое личное отношение к этому направлению очень скептическое. Для этого есть и научные причины, и, так сказать, мировоззренческие.

Микротрубочки Пенроуза

Раз уж вы упомянули работы Пенроуза и Фишера, не могу не спросить про них. Почему сейчас в целом отношение к редукционистскому подходу снова стало значительно более скептическим, а работы Пенроуза по квантовым состояниям в микротрубочках, — вообще считаются маргинальными и так сильно критикуются?

По многим причинам. Причем и научным, и ненаучным.

Научные причины относятся к идеям Пенроуза и Фишера. В каком смысле мир вокруг нас квантовый, а в каком смысле он неквантовый? В определенном смысле все квантовое. Потому что все, что происходит в наших организмах с точки зрения движений атомов, изменений молекул и так далее — это какие-то химические реакции, передачи электронов, протонов, еще чего-то. Я думаю, что у нас нет абсолютно никаких серьезных оснований сомневаться в том, что каждый из этих микропроцессов в конечном счете сводится к квантовой механике. Например, при фоторецепции сначала куда-то попадает фотон, потом какие-то возбуждения в электронной системе двигаются по цепочкам, в результате меняется конформация какой-то молекулы. И это производит какое-то действие на нервные окончания. Но когда люди говорят о квантовых эффектах в биологии, психологии и так далее, они же большее имеют в виду. Они имеют в виду, что во всех этих процессах играет роль такое специфическое явление, как квантовая запутанность — то есть мы имеем дело с макроскопическими квантовыми явлениями. И вот в это уже поверить безумно трудно.

Спиновый ток в микротрубочках, который возникает в результате переключения между состояниями диполей тубулина (обозначены желтым и синим). Эти квантовые процессы, как считает Пенроуз, могут влиять на сознание человека. Stuart Hameroff & Roger Penrose / Physics of Life Reviews, 2014

Дело в том, что свойство квантовой запутанности, вообще-то, безумно хрупкое. И оно, как правило, убивается процессом, который называется «декогеренция». Если вы берете абсолютно изолированную от всего квантовую систему, [то у нее,] конечно, будут какие-то собственные состояния, собственные волновые функции и так далее. Но когда вы помещаете всю эту систему в окружение, подавляющее большинство этих состояний разрушается. Выживает сравнительно небольшое количество состояний, и бороться с этим — огромная проблема.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

«Социальные науки как колдовство» «Социальные науки как колдовство»

Можно ли за цифрами спрятать несостоятельность научной мысли

N+1
L’Oréal Paris выделяет €10 млн на экологические проекты под руководством женщин L’Oréal Paris выделяет €10 млн на экологические проекты под руководством женщин

L’Oréal Paris обязалась к 2030 году в два раза уменьшить углеродный след

Forbes
Астрономы нашли наиболее вероятного кандидата в беззвездное гало темной материи субгалактической массы Астрономы нашли наиболее вероятного кандидата в беззвездное гало темной материи субгалактической массы

Астрономы подтвердили статус Cloud-9 как кандидата в объекты типа RELHIC

N+1
Зеленка бесполезна: 5 устаревших лекарств, которые пора выбросить Зеленка бесполезна: 5 устаревших лекарств, которые пора выбросить

Знаешь ли ты, что состав домашней аптечки нужно регулярно пересматривать?

Cosmopolitan
Любите чай с молоком? Что это о вас говорит Любите чай с молоком? Что это о вас говорит

Способ заваривать и пить чай многое может рассказать о вашем характере

ТехИнсайдер
Художники и музыканты зарабатывают миллионы на блокчейн-технологии NFT. Объясняем самыми простыми словами, что это такое Художники и музыканты зарабатывают миллионы на блокчейн-технологии NFT. Объясняем самыми простыми словами, что это такое

Рынок блокчейна предлагает новый тренд — NFT

СНОБ
Управляющая компания Управляющая компания

Как гормоны влияют на нашу жизнь и что с этим делать?

Cosmopolitan
Когда не дрался, не падал и не ушибался: почему появляются на теле синяки без причин Когда не дрался, не падал и не ушибался: почему появляются на теле синяки без причин

Основные причины, вызывающие появление синяков

Playboy
Масса эффектов Масса эффектов

Насколько реальна физика вселенной Mass Effect?

N+1
10 нелепых футуристических проектов от сумасшедших инженеров 10 нелепых футуристических проектов от сумасшедших инженеров

10 концепций, которые поражают воображение, но в то же время вызывают вопросы

Популярная механика
«Сбережения — медленный путь к богатству». 28-летний миллионер рассказал, как начал зарабатывать семизначные суммы «Сбережения — медленный путь к богатству». 28-летний миллионер рассказал, как начал зарабатывать семизначные суммы

Почему сбережения ― плохой путь к богатству?

Inc.
«Нам с самого начала повезло»: как создать компанию стоимостью $900 млн без венчурных инвесторов «Нам с самого начала повезло»: как создать компанию стоимостью $900 млн без венчурных инвесторов

Как стартап Cloudinary был прибыльным с первого дня работы

Forbes
Отрывок из книги директора ГМИИ имени Пушкина Ирины Антоновой «Воспоминания: траектория судьбы» Отрывок из книги директора ГМИИ имени Пушкина Ирины Антоновой «Воспоминания: траектория судьбы»

Книга директора ГМИИ имени Пушкина Ирины Антоновой о семье, детстве и войне

СНОБ
День Земли: что это такое, и как его “отпраздновать” День Земли: что это такое, и как его “отпраздновать”

Если вы никогда не слышали про День Земли, то приготовьтесь наверстать упущенное

Популярная механика
Пожалей себя! 8 предметов гардероба, которые вредят здоровью Пожалей себя! 8 предметов гардероба, которые вредят здоровью

Топ-8 вредных предметов гардероба

Cosmopolitan
Самые яркие цитаты мужа королевы: принц Филипп об СССР, Елизавете II и дочери Самые яркие цитаты мужа королевы: принц Филипп об СССР, Елизавете II и дочери

Самые яркие высказывания герцога Эдинбургского

Cosmopolitan
10 заблуждений о правильном питании 10 заблуждений о правильном питании

Рационально питаться – это полезно, вкусно и несложно

Лиза
Бодишейминг: как перестать критиковать себя и других за размер талии Бодишейминг: как перестать критиковать себя и других за размер талии

В чем причины бодишейминга, чем он опасен и как ему противостоять

РБК
Отрезали и забыли: звезды, которые коротко постриглись и не жалеют об этом Отрезали и забыли: звезды, которые коротко постриглись и не жалеют об этом

Расстаться с длинными волосами – это всегда тяжело

Cosmopolitan
Суровый стиль Суровый стиль

Джейсон Стэйтем. Как герой мемов о скупой мимике стал последним киногероем

GQ
Flawless Victory: большое интервью Playboy со звездой «Мортал Комбата» Льюисом Таном Flawless Victory: большое интервью Playboy со звездой «Мортал Комбата» Льюисом Таном

Встречайте актера Льюиса Тана, который рушит голливудские стереотипы

Playboy
Астрономы предложили использовать изопрен в качестве биомаркера Астрономы предложили использовать изопрен в качестве биомаркера

Он может существовать в атмосферах экзопланет

N+1
Жены арабских шейхов: как они выглядят и чем занимаются? Жены арабских шейхов: как они выглядят и чем занимаются?

Жены арабских шейхов ведут активную жизнь и отнюдь не затворническую

Cosmopolitan
Всё сама: как Самойлова ловко создает иллюзию идеального брака с Джиганом Всё сама: как Самойлова ловко создает иллюзию идеального брака с Джиганом

Попытаемся разгадать феномен Оксаны, которая создает вокруг себя сказку

Cosmopolitan
Любимые мужчины Беллуччи, Лорен, Мути и других итальянских кинозвезд Любимые мужчины Беллуччи, Лорен, Мути и других итальянских кинозвезд

Кому посчастливилось стать возлюбленным итальянских кинозвезд

Cosmopolitan
Какими бывают отношения и что они нам дают Какими бывают отношения и что они нам дают

Можно ли «сортировать» приятелей и почему мы любим друзей детства

Psychologies
Ирландский Миядзаки, Букашки и Просто о важном: шесть интересных мультфильмов для всей семьи Ирландский Миядзаки, Букашки и Просто о важном: шесть интересных мультфильмов для всей семьи

Какие мультики последних лет стоит посмотреть всей семьей?

Seasons of life
Полунищий щеголь и неудачливый повеса, написавший главную поэтическую книгу Франции. К 200-летию Шарля Бодлера Полунищий щеголь и неудачливый повеса, написавший главную поэтическую книгу Франции. К 200-летию Шарля Бодлера

О жизни и судьбе автора «Цветов зла»

Esquire
Новинки книг 2021 на российском рынке: топ захватывающих романов от Playboy Новинки книг 2021 на российском рынке: топ захватывающих романов от Playboy

Подборка самых актуальных и ожидаемых книжных новинок 2021 года на русском языке

Playboy
Всё перепробовали: почему не все способы повышения либидо работают Всё перепробовали: почему не все способы повышения либидо работают

Сегодня все больше людей сталкиваются с проблемой пониженного либидо

Cosmopolitan
Открыть в приложении