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

Древнейшую синагогу назвали частью еврейского квартала Фанагории Древнейшую синагогу назвали частью еврейского квартала Фанагории

Российские археологи продолжили раскопки района Фанагории

N+1
Люди чувствуют себя счастливее после 30, показало новое исследование Люди чувствуют себя счастливее после 30, показало новое исследование

Оправдана ли идеализация молодости?

Inc.
Пятнистую гиену встретили в Египте впервые за 5000 лет Пятнистую гиену встретили в Египте впервые за 5000 лет

В Гебель-Эльба, Египет, впервые за 5000 лет встретили пятнистую гиену

N+1
«Мне здесь комфортно»: как разработчик из Тамбова создал глобальную adtech-компанию и никуда не уехал «Мне здесь комфортно»: как разработчик из Тамбова создал глобальную adtech-компанию и никуда не уехал

Hybrid вырос в условиях сжимающегося рынка автоматизированной закупки рекламы

Forbes
10 ситуаций, когда человеку нужен не психолог, а психиатр 10 ситуаций, когда человеку нужен не психолог, а психиатр

Как распознать, когда именно пора обратиться к психиатру?

Psychologies
Голая грудь и постельные сцены: самые чувственные видео с Альбиной Джанабаевой Голая грудь и постельные сцены: самые чувственные видео с Альбиной Джанабаевой

С годами Альбина Джанабаева стала еще красивее и женственнее

Cosmopolitan
Один простой вопрос, чтобы перестать бояться и начать действовать Один простой вопрос, чтобы перестать бояться и начать действовать

Как освободиться от оков?

Psychologies
Целевая модель государственных закупок Целевая модель государственных закупок

Почти половина торгов по государственным закупкам признается несостоявшимися

Эксперт
Тогда и сейчас: как в юности выглядели Боня, Малиновская и другие телезвезды Тогда и сейчас: как в юности выглядели Боня, Малиновская и другие телезвезды

Артистки показали, как они выглядели до того, как стали знаменитыми

Cosmopolitan
Длинные локоны или стильная стрижка: в каком образе эти звезды выглядят лучше? Длинные локоны или стильная стрижка: в каком образе эти звезды выглядят лучше?

Многие знаменитости поспешили расстаться с длинными волосами

Cosmopolitan
Свинотворение Свинотворение

Ксения Рождественская о «Гунде», документальном блокбастере о свинье

Weekend
«Родители заботились обо мне. Почему я чувствую себя нежеланным ребенком?» «Родители заботились обо мне. Почему я чувствую себя нежеланным ребенком?»

Чувствовать себя ребенком, которого отвергли — тяжелое испытание

Psychologies
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
6 лучших образов Жан-Поля Бельмондо 6 лучших образов Жан-Поля Бельмондо

Лучшие образы Жан-Поля Бельмондо в честь 88-летия актера

GQ
Инструкция для отечественной торговли: есть ли кодекс профессиональной этики у современного искусства Инструкция для отечественной торговли: есть ли кодекс профессиональной этики у современного искусства

Зачем российскому рынку современного искусства профессиональная этика?

Forbes
Олег Трофим Олег Трофим

Режиссер Олег Трофим жжет огнем улицы Петербурга и срывает овации фанатов

Собака.ru
Как психотерапия меняет нашу культуру Как психотерапия меняет нашу культуру

Как наша культура реагирует на наш интерес к психотерапии?

Psychologies
Тратят карманные деньги на благотворительность: как тинейджеры и студенты становятся филантропами Тратят карманные деньги на благотворительность: как тинейджеры и студенты становятся филантропами

Почему молодежь увлекается филантропией и как вовлечь ее в свои проекты

Forbes
Современная красота: 10 шагов к тому, чтобы стать такой же, как все Современная красота: 10 шагов к тому, чтобы стать такой же, как все

Хочешь стать такой же, как все?

Cosmopolitan
Почему пересаливать вредно, но и недосаливать нельзя Почему пересаливать вредно, но и недосаливать нельзя

Стоит ли ограничивать потребление соли

Популярная механика
9 лучших корейских фильмов. История любви девочки к свинобегемоту, корейская погоня за американской мечтой и экранизация Мураками 9 лучших корейских фильмов. История любви девочки к свинобегемоту, корейская погоня за американской мечтой и экранизация Мураками

«Паразиты», «Горничная», «Пылающий», «Олдбой» и многих других азиатских шедевров

Esquire
Cмузи для бодрости и красоты: 7 рецептов Оли Малышевой Cмузи для бодрости и красоты: 7 рецептов Оли Малышевой

Смузи, которые позволят чувствовать себя просто потрясающе

Cosmopolitan
«Денег не дам»: как влияет экономическое насилие на женщин «Денег не дам»: как влияет экономическое насилие на женщин

Домашнее насилие обычно ассоциируется с побоями. Но есть и другие его проявления

Cosmopolitan
Горячая красотка в белье: 24-летняя дочь Мадонны снялась для глянца Горячая красотка в белье: 24-летняя дочь Мадонны снялась для глянца

Лурдес Леон (Lourdes Leon) приняла участие в сексуальной фотосессии

Cosmopolitan
Пентаграмма «дружелюбия»: WSJ составила карту взаимоотношений Amazon, Google, Microsoft, Apple и Facebook Пентаграмма «дружелюбия»: WSJ составила карту взаимоотношений Amazon, Google, Microsoft, Apple и Facebook

Как пять крупнейших ИТ-компаний в целом конкурируют между собой

VC.RU
Жертва по жизни Жертва по жизни

Почему некоторые люди годами живут в позиции жертвы

Лиза
Все по-взрослому Все по-взрослому

Психолог: как узнать, что ребенок уже занимается сексом и нужно ли это делать

Лиза
«Бедность наследуется»: правда ли это? «Бедность наследуется»: правда ли это?

Обречены ли вы на наследственную бедность и можно ли сломать этот сценарий?

Psychologies
Вячеслав Дусалеев: «Можно автоматизировать все, кроме принятия решения» Вячеслав Дусалеев: «Можно автоматизировать все, кроме принятия решения»

Как развивается цифровой рынок недвижимости

Forbes
В каких странах любят русских мужчин, а где недолюбливают: большой рейтинг приятия В каких странах любят русских мужчин, а где недолюбливают: большой рейтинг приятия

Не стоит думать, что везде нас боятся и презирают

Playboy
Открыть в приложении