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

Стремечко назвали идеальной костью для палеогеномного исследования Стремечко назвали идеальной костью для палеогеномного исследования

Почему при анализе древней ДНК нужно отдавать предпочтение стремечку

N+1
Антон Криворотов и и группа «582» Антон Криворотов и и группа «582»

Доктор/музыкант Антон Криворотов — почему нужно быть мультифункциональным

ЖАРА Magazine
Силиконовая трубка с лекарством помогла бороться с раком мочевого пузыря изнутри Силиконовая трубка с лекарством помогла бороться с раком мочевого пузыря изнутри

Ка работает система доставки препарата для лечения рака мочевого пузыря

N+1
Традиционные роли: как женщины основали театр кабуки, а теперь отвоевывают право играть в нем Традиционные роли: как женщины основали театр кабуки, а теперь отвоевывают право играть в нем

Первая труппа японского театра кабуки состояла из женщин

Forbes
Из мужского гардероба — в одежду для Барби: как розовый стал женским цветом Из мужского гардероба — в одежду для Барби: как розовый стал женским цветом

Как розовый стал воплощением гендерных стереотипов

Forbes
«Эй, красивая! Поехали с нами!»: что делать, если к вам пристают на улице «Эй, красивая! Поехали с нами!»: что делать, если к вам пристают на улице

Почему мужчины пристают на улицах и как мы можем противостоять такому поведению?

Psychologies
Как на Востоке понимают счастье Как на Востоке понимают счастье

В даосской традиции считается, что секрет в достаточном количестве энергии

Psychologies
«Корея — это не Ким Чен Ын»: как северокорейская беженка Джихён Пак стала британским политиком «Корея — это не Ким Чен Ын»: как северокорейская беженка Джихён Пак стала британским политиком

Джихён Пак бежала из Северной Кореи. Сейчас она начинающий британский политик

Forbes
Режиссер и актер Евгений Сангаджиев — о надеждах, страхах и веб-каме Режиссер и актер Евгений Сангаджиев — о надеждах, страхах и веб-каме

Евгений Сангаджиев о ценности слова, уроках Серебренникова и сериале Happy End

РБК
Диета для планирующих беременность: рекомендации с Востока Диета для планирующих беременность: рекомендации с Востока

Как передать будущему малышу максимум сил и здоровья?

Psychologies
Что, если не Марс? Что, если не Марс?

Куда можно «переехать» в пределах Солнечной системы

РБК
8 лучших экранизаций «Собаки Баскервилей» 8 лучших экранизаций «Собаки Баскервилей»

Бедный светящийся песик — настоящий рекордсмен по количеству киноадаптаций

Maxim
Квантовая коррекция ошибок научилась переваривать вдвое больший шум Квантовая коррекция ошибок научилась переваривать вдвое больший шум

Физики разработали код коррекции ошибок в квантовых вычислениях

N+1
Майская Ида Майская Ида

Какой смысл в популярности и в чем счастье, Ида Галич?

Glamour
Самые сомнительные сделки IT-гигантов Самые сомнительные сделки IT-гигантов

Сделки IT гигантов, которые и казались сомнительными, и являлись таковыми

Maxim
Для чего в советской Москве построили дома-бублики? Для чего в советской Москве построили дома-бублики?

История архитектурного эксперимента в советском спальном районе.

Maxim
Византийские купцы уже в IV веке наладили доставку консервированных моллюсков Византийские купцы уже в IV веке наладили доставку консервированных моллюсков

Археологи обнаружили необычные находки на стоянках в южном Леванте

N+1
«Нобели. История моей семьи: династия ученых, инженеров, предпринимателей» «Нобели. История моей семьи: династия ученых, инженеров, предпринимателей»

Роль Людвига Нобеля в развитии транспортировки нефти в России

N+1
Опасные вещи, которых боялись в Советском Союзе Опасные вещи, которых боялись в Советском Союзе

Советские городские легенды

Maxim
Жить и есть в удовольствие! Жить и есть в удовольствие!

Как стать энергичнее и научиться правильному питанию без диет

Домашний Очаг
Ешь, толстей, люби: звезды, которые набрали вес и обрели счастье Ешь, толстей, люби: звезды, которые набрали вес и обрели счастье

Звезды, которые изменились до неузнаваемости, но стали намного счастливее

Cosmopolitan
Чем эмоции отличаются от чувств? Чем эмоции отличаются от чувств?

Почему слова «эмоция» и «чувство» — не синонимы

Psychologies
7 неудачников, которые ничего не получили за свои великие изобретения 7 неудачников, которые ничего не получили за свои великие изобретения

Обидно изобрести что-то великое и ничего за это не получить

Maxim
6 техник, которые помогут расшифровать сигналы бессознательного 6 техник, которые помогут расшифровать сигналы бессознательного

Обязательно ли идти к психоаналитику, чтобы расшифровать свое бессознательное?

Psychologies
Топ-10 причин, почему религия полезна для здоровья Топ-10 причин, почему религия полезна для здоровья

Заповеди религий чем-то похожи на советы из стенгазет в поликлиниках

Maxim
Опять метель: каким получился «Доктор Гарин» Владимира Сорокина Опять метель: каким получился «Доктор Гарин» Владимира Сорокина

Игорь Кириенков — о «нормальной» книге «нормального» писателя

РБК
У мшанок обнаружили уникальный тип строения плаценты У мшанок обнаружили уникальный тип строения плаценты

Ученые описали у мшанок плаценту, состоящую из ценоцитов

N+1
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
«Борьба добра против растлевающей власти денег». Как читали Толкина в Советском Союзе «Борьба добра против растлевающей власти денег». Как читали Толкина в Советском Союзе

Что предшествовало изданию Толкина в СССР и как автор стал советским классиком

Esquire
Храброе сердце: как «самая страшная женщина мира» стала кумиром миллионов Храброе сердце: как «самая страшная женщина мира» стала кумиром миллионов

Как Элизабет Веласкес стала кумиром и примером для миллионов людей

Cosmopolitan
Открыть в приложении