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

Зоологи пересмотрели родственные связи вымершего рогатого крокодила Зоологи пересмотрели родственные связи вымершего рогатого крокодила

Открытие предполагает африканское происхождение настоящих крокодилов

N+1
Целлюлит, уходи: 4 средства от Целлюлит, уходи: 4 средства от

Работающие способы избавиться от целлюлита

Cosmopolitan
Книга шифров Книга шифров

Наука шифрования: от Древнего Египта до квантовой криптографии

kiozk originals
5 простых способов сделать свою жизнь лучше уже сегодня 5 простых способов сделать свою жизнь лучше уже сегодня

«Перезагрузиться» никогда не поздно, и начать можно прямо сейчас

Psychologies
Пластичность мозга Пластичность мозга

Потрясающие факты о том, как мысли способны менять структуру и функции мозга

kiozk originals
История становления Instagram на основе книги “No Filter”: от создания до сделки с Facebook и ухода основателей История становления Instagram на основе книги “No Filter”: от создания до сделки с Facebook и ухода основателей

Выжимка книги журналистки Bloomber Сары Фрайер «No Filter. История Instagram»

VC.RU
Почему выпадают волосы и как это прекратить: советы врача Почему выпадают волосы и как это прекратить: советы врача

Почему мы начинаем терять волосы и как предотвратить неприятные последствия

Cosmopolitan
«Он тиран и диктатор или герой-либертарианец, которым так хочет быть?» «Он тиран и диктатор или герой-либертарианец, которым так хочет быть?»

Родион Чепель о своем байопике Павла Дурова и его герое

Weekend
Как осы-паразиты должны спасти сочинские каштаны Как осы-паразиты должны спасти сочинские каштаны

Для борьбы с осами-паразитами в Сочи были завезены энтомофаги

National Geographic
«Тонкая линия атмосферы защищает нас всех»: как астронавт Николь Скотт помогает детям с онкозаболеваниями «Тонкая линия атмосферы защищает нас всех»: как астронавт Николь Скотт помогает детям с онкозаболеваниями

Николь Стотт — американская астронавтка и художница

Forbes
Почему мы не испытываем оргазм и как это исправить Почему мы не испытываем оргазм и как это исправить

Как выяснить, не страдаем ли мы аноргазмией

Psychologies
Запрет на поцелуи и кража еды: шокирующие методы воспитания детей в семьях звезд Запрет на поцелуи и кража еды: шокирующие методы воспитания детей в семьях звезд

Звезды удивят тебя своими принципами воспитания детей

Cosmopolitan
Обзор Oppo Reno5: Достойный бюджетный камерофон, но далеко не лучший Обзор Oppo Reno5: Достойный бюджетный камерофон, но далеко не лучший

Плюсы и минусы перспективного смартфона Oppo Reno5

Популярная механика
Снимите это немедленно Снимите это немедленно

Союз больших модных Домов и артхаусных режиссеров как win-win-стратегия

Vogue
Машины Юрия Гагарина: что с ними стало и где они теперь? Машины Юрия Гагарина: что с ними стало и где они теперь?

Ищем следы автомобилей главного космонавта в истории

РБК
Ученые обнаружили прогресс в металлургии медных сплавов у ранних викингов Дании Ученые обнаружили прогресс в металлургии медных сплавов у ранних викингов Дании

Как развивалась цветная металлургия в начальный период эпохи викингов

N+1
Памперсы, мочегонные, пилинги и шлифовка: как звезды готовятся к «Оскару» Памперсы, мочегонные, пилинги и шлифовка: как звезды готовятся к «Оскару»

Кинопремия «Оскар» — самое важное событие для всех обитателей Голливуда

Cosmopolitan
10 самых красивых актрис российских сериалов 10 самых красивых актрис российских сериалов

10 актрис отечественных сериалов, которые завоевали сердца всех телезрителей

Cosmopolitan
Совладелец Совкомбанка — РБК: «Мы купили банк, из которого ЦБ не вылезал» Совладелец Совкомбанка — РБК: «Мы купили банк, из которого ЦБ не вылезал»

Сергей Хотимский рассказал, как Совкомбанк решился купить «Восточный»

РБК
Из рыбных отходов планируют делать экологически чистый пластик Из рыбных отходов планируют делать экологически чистый пластик

Ученые работают над созданием материала из рыбных отходов

National Geographic
Дела на аутсорс: как индустрия «помощников» поможет развить бизнес и карьеру Дела на аутсорс: как индустрия «помощников» поможет развить бизнес и карьеру

Как делегирование задач помогает развивать компании и карьеры

Forbes
Модель Кадырова. Почему вечным губернатором способен быть только глава Чечни Модель Кадырова. Почему вечным губернатором способен быть только глава Чечни

Старейшим губернатором России оказался Рамзан Кадыров

СНОБ
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
5 неожиданных способов перезагрузить свою нервную систему (она не железная) 5 неожиданных способов перезагрузить свою нервную систему (она не железная)

Как перезагрузить нервную систему, чтобы вконец себя не измотать

Playboy
«Я весила 100 кг»: читательница рассказала, как похудела после резекции желудка «Я весила 100 кг»: читательница рассказала, как похудела после резекции желудка

Честная история о своей борьбе с лишним весо

Cosmopolitan
«Я плакал в 10 раз больше, чем за всю свою жизнь. Мачизм как-то поубавился»: Олег Тиньков рассказал о борьбе с лейкемией «Я плакал в 10 раз больше, чем за всю свою жизнь. Мачизм как-то поубавился»: Олег Тиньков рассказал о борьбе с лейкемией

Олег Тиньков — как едва не отказался от лечения, и о планах развивать донорство

Esquire
Бесполезные анализы Бесполезные анализы

Какие анализы нет смысла сдавать

Лиза
Ученые нашли доказательства масштабной добычи изумрудов в римском Египте Ученые нашли доказательства масштабной добычи изумрудов в римском Египте

В позднеримскую эпоху на территории Египта располагались изумрудные копи

N+1
Астрономы предложили использовать изопрен в качестве биомаркера Астрономы предложили использовать изопрен в качестве биомаркера

Он может существовать в атмосферах экзопланет

N+1
Мария Порошина. Быть мамой непросто Мария Порошина. Быть мамой непросто

Мария Порошина: У меня нет права, да и времени на уныние или отчаяние

Караван историй
Открыть в приложении