Квантовая механика и мозг: разбор самой неоднозначной теории сознания

Изучая многочисленные концепции сознания, вы рано или поздно наткнетесь на теорию выдающегося физика из Оксфордского университета Роджера Пенроуза, согласно которой человеческий разум имеет квантовое природу. Об основных положениях этой смелой (или безумной?) гипотезы на сайте журнала Nautilus рассказывает научный журналист Стив Полсон.

Никто точно не знает, как относиться к этой теории, разработанной Пенроузом совместно с анестезиологом Стюартом Хамероффом, но большинство специалистов рассуждают примерно так: теория почти наверняка ошибочна, но поскольку Пенроуз — гений («Один из очень немногих людей, которых я без оговорок могу назвать гениальными», — сказал физик Ли Смолин), с выводами лучше не спешить.

Пенроуз несколько десятилетий назад прославился тем, что:

  • внес вклад в общую теорию относительности;
  • совместно со Стивеном Хокингом развивал теорию черных дыр и гравитационной сингулярности, обладающей бесконечной плотностью точкой в пространстве-времени, из которой, возможно, образовалась Вселенная;
  • разработал теорию твисторов, предлагающую новый взгляд на связь квантовой механики с пространством-временем;
  • создал асимметричную «мозаику Пенроуза», которая положила начало новым направлениям в математике и кристаллографии.

Круг интересов Пенроуза невероятно широк. В этом можно убедиться, прочитав его книгу «Мода, вера, фантазия и новая физика Вселенной». Это объемный, 500-страничный труд, в котором Пенроуз критикует некоторые из самых популярных теорий в физике — от дополнительных измерений в теории струн до инфляции Вселенной на ранней стадии Большого взрыва.

Пенроуз в целом не возражает против репутации «диссидента», но не согласен с такой оценкой своей работы в области физики. Его критики придерживаются иного мнения и не понимают, почему он продолжает заниматься теорией, не подкрепленной достаточными доказательствами.

Квантовая механика и мозг — какая связь?

Большинство ученых считают, что квантовая механика не имеет никакого отношения к тому, как работает наш мозг. Именно поэтому теория Пенроуза привлекла всеобщее внимание.

Эксперты в области ИИ уже несколько десятилетий говорят о компьютерном мозге, но, несмотря на прогресс в нейробиологии, мы так и не продвинулись в решении психофизиологической проблемы. Даже если бы нам удалось составить детальную карту нейронов, синапсов и нейромедиаторов в человеческом мозге — что было бы одним из величайших достижений в истории науки, — мы вряд ли смогли бы понять, каким образом в этом полуторакилограммовом органе возникают мысли и чувства.

Все современные теории сознания кажутся незавершенными. Философ Дэвид Чалмерс считает, что сознание — это свойство природы и оно существует вне известных нам законов физики. Другие — так называемые мистики — утверждают, что наука никогда не сможет объяснить субъективный опыт.

Пенроуз идет дальше. Его теория гласит, что, поскольку сознание лежит за пределами понимания современной нейробиологии и физики, «нам нужно в корне поменять свое представление о физическом мире, чтобы в нем нашлось место сознанию». «Здесь на помощь приходит квантовая механика», — сказал Пенроуз в одном из интервью.

В квантовом компьютере кубиты информации могут одновременно иметь значения и 0, и 1. Существование частицы в двух взаимоисключающих состояниях называется квантовой когерентностью (суперпозицией).

Хамерофф выдвинул гипотезу о том, что квантовая когерентность имеет место в микротрубочках — белковых внутриклеточных структурах, входящих в состав цитоскелета. Микротрубочки представляют собой полые цилиндры и обусловливают форму и движение клетки, а также ее деление. По мнению Хамероффа, микротрубочки с их симметрией и решетчатым строением — это именно тот носитель квантового сознания, в котором нуждается теория Пенроуза.

Однако для возникновения сознания нужно нечто большее, чем просто череда случайных моментов квантовой когерентности. Этот процесс должен быть структурированным, или «оркестрованным». Согласно теории оркестрованной объектной редукции (Orch-OR) Хамероффа — Пенроуза, микротрубочки обусловливают сознание благодаря своей способности хранить и обрабатывать информацию и воспоминания.

Кто критикует Пенроуза

Большинство ученых считают, что мозг слишком теплый и влажный, а квантовая когерентность возможна лишь в изолированной холодной среде.

Самый известный критик теории Пенроуза — Макс Тегмарк, профессор физики Массачусетского технологического института, который подсчитал, что квантовые эффекты внутри микротрубочек могли бы продлиться не более 100 квадриллионных долей секунды.

«Если представить, что мои мысли — результат квантовых процессов, они должны возникать до того, как наступит квантовая декогорентность, то есть я должен думать со скоростью 10 000 000 000 000 мыслей в секунду. Возможно, Роджер Пенроуз способен мыслить так быстро, но не я», — пишет Тегмарк в книге «Наша математическая Вселенная. В поисках фундаментальной природы реальности» (2014).

Даже бывший коллега Пенроуза Стивен Хокинг скептически относился к его теории: «Мне не по себе, когда физики-теоретики начинают рассуждать о сознании. Кажется, что вся теория Пенроуза основана на том, что раз нам почти ничего не известно ни о сознании, ни о квантовой гравитации, то эти два явления должны быть взаимосвязаны».

Источники вдохновения Пенроуза

В 2016 году Пенроуз выступил на однодневной конференции в Люцерне, посвященной науке о сознании. Среди приглашенных также были нейробиолог Кристоф Кох, буддийский монах Матьё Рикар, автор «Дао физики» Фритьоф Капра и даже эксперт по аяуаске.

Пенроуз установил на сцене два проектора и беспрестанно метался между ними, демонстрируя слайды со своими записями вперемешку с изображениями нейронов и микротрубочек, Пизанской башни, астронавта в открытом космосе и Русалочки — и всё это для того, чтобы объяснить свою теорию сознания.

Был на конференции и Хамерофф, который обычно играет роль верного пса Пенроуза: не только превозносит гений сэра Роджера, но и помогает ему в решении практических вопросов. Иногда Хамерофф становится свирепым бульдогом (в разгар дискуссии он терзал Коха вопросами о функционировании мозга).

В марте 2017-го Пенроуз рассказал, что интерес к проблеме сознания возник у него во время учебы в Кембридже, когда он открыл для себя теорему Гёделя о неполноте, согласно которой некоторые утверждения в математике верны, хоть и недоказуемы.

Еще одним источником вдохновения для него были лекции по квантовой механике известного физика Поля Дирака. Как и многим ученым, Пенроузу не давала покоя необычность квантовой теории:

«Как наглядно показал Шредингер на примере своего бедного кота, который был жив и мертв одновременно, его собственное уравнение не было истиной в последней инстанции».

Пенроуз пришел к выводу, что в квантовой механике что-то не сходится.

Но какое отношение всё это имеет к сознанию?

«Многие люди просто не в состоянии уследить за ходом моей мысли, — говорит Пенроуз и заводит речь о том, почему компьютеры со всей своей грубой вычислительной мощью, не понимают, что делают. — Я утверждаю, что функционирование мозга описывается не только законами квантовой механики, но и исключениями из них. Мы должны преодолеть квантовую механику и создать совершенно новую науку».

По словам Пенроуза, он сел за написание своей первой книги о сознании «Новый ум короля» (1989), услышав на радио BBC интервью с Марвином Минским, одним из пионеров в области искусственного интеллекта, известного своим утверждением, что человеческий мозг — это «компьютер из мяса». Убежденный, что машине не под силу имитировать мышление человека, Пенроуз посчитал необходимым отреагировать на это заявление.

Минский, который умер четыре года назад, был полной противоположностью Пенроуза.

«Я хорошо понимаю, как работает компьютер, хоть и не очень хорошо представляю себе, как работает транзистор», — сказал он однажды.

Почему сознание — это проблема?

Минский считал сознание «словом-чемоданом», которому недостает точности, необходимой научному термину.

«Слово „сознание“ необходимо заменить словами „мышление“, „принятие решений“ и другими, — говорил он. — Вместо того, чтобы рассуждать о тайне сознания, давайте лучше изучим 20 или 30 основных умственных процессов. Когда это будет сделано, кто-то скажет: „Сознание? Это чушь, в которую верили в ХХ веке“».

Но изучение сознания пошло не по тому сценарию, который предсказывал Минский. Теперь это любимый предмет исследования нейробиологов и постоянная тема для обсуждения на конференциях во всём мире.

Хамерофф — один из тех, кто создал ажиотаж вокруг этой темы. Они с Дэвидом Чалмерсом на протяжении многих лет проводили конференцию «На пути к науке о сознании», на которой выступали гости самых разных мастей — от настоящих ученых до гуру нью-эйджа вроде Дипака Чопры и экспертов по осознанным сновидениям вроде Стивена Лабержа.

Хамерофф и Пенроуз знают друг друга уже не одно десятилетие. Поводом для их знакомства послужила книга «Новый ум короля», после прочтения которой Хамерофф связался с Пенроузом и сообщил, что, он, возможно, нашел ключ к разгадке сознания.

«Стюарт написал мне письмо, в котором рассказал о микротрубочках», — вспоминает Пенроуз. Когда они встретились в Оксфорде, Пенроуз понял, что микротрубочки — наиболее подходящая среда для обеспечения квантовой когерентности. Так началось сотрудничество Пенроуза и Хамероффа. А когда в 2013 году японские исследователи объявили о том, что зафиксировали вибрации внутри микротрубочек, двое ученых сразу же ухватились за это открытие и преподнесли его как подтверждение того, что в мозге могут протекать квантовые процессы.

Тонкая грань между наукой и философией

Пенроуз и Хамерофф — странная пара. Хамерофф открыто заявляет о своей вере в бессмертие души. Пенроуз — атеист, возмущенный тем, что нью-эйджисты используют теории квантовой нелокальности и запутанности для подтверждения своих абсурдных верований.

На вопрос о том, что он думает об идеях Хамероффа о бестелесном сознании, Пенроуз отвечает:

«Он свободный человек. Хотя меня его взгляды немного беспокоят. Он идет намного дальше, чем я готов пойти».

Однако и в идеях самого Пенроуза не всегда можно провести грань между научным и философским измерением.

«Протосознание возникает каждый раз, когда во Вселенной принимается решение, — говорит он. — Взять, к примеру, пылинку, которая находится в состоянии суперпозиции одновременно в двух местах. Всего через долю секунды суперпозиция разрушится, и пылинка окажется только в одном из двух мест. Кто выбирает в каком? Вселенная? Или пылинка? Быть может, существует свобода выбора».

Предлагает ли теория Пенроуза решение философской проблемы свободы воли и детерминизма? Многие нейробиологи считают, что наши решения продиктованы происходящими в нейронах процессами, которые не управляются сознанием. Иначе говоря, свободы воли не существует. Но, согласно квантовой теории, причинных связей в мозге не существует. Высказывается ли Пенроуз в пользу свободы воли?

«Не совсем, хоть всё выглядит именно так, — отвечает он. — Наши решения кажутся произвольными. Но произвольна ли свобода воли?»

Пенроуз часто делает провокационные заявления, а потом меняет свое мнение. Его идеи о свободе воли — не исключение.

«Поначалу я верил в детерминированную Вселенную. Позже я осознал, что она, возможно, и детерминирована, но не вычислима. Если Вселенная связана с сознанием, то тотальный детерминизм от полной свободы воли должна отделять очень тонкая грань».


Как бы скептически мы ни относились к идеям Пенроуза, невольно хочется, чтобы он оказался на верном пути. Наука о сознании зашла в тупик, а теория Пенроуза — какой бы спекулятивной она ни была — предлагает выход из него.

В то же время нелегко поверить в существование квантовой когерентности в микротрубочках и согласиться с утверждением, что сознание можно объяснить лишь с помощью еще не открытых законов физики.

Есть и еще одна проблема. Предположим, что через 20 или 200 лет общие положения теории Пенроуза — Хамероффа подтвердятся. Будет ли это означать, что загадка сознания разгадана? Или что психофизиологическая проблема превратилась в квантовую психофизиологическую проблему, то есть еще большую загадку? Удастся ли нам когда-нибудь найти связь между физическим и психическим мирами?

На вопрос о том, имеет ли Вселенная смысл, Пенроуз дает неожиданный ответ:

«Сознание — это причина существования Вселенной».

Значит ли это, что он верит в существование разумной жизни где-то еще во Вселенной?

«Да, но ее наверняка очень мало».

Но если Вселенная возникла из сознания, почему нам до сих пор не удалось найти следов разумной жизни за пределами Земли?

«Мне кажется, в нашей Вселенной неоптимальные условия для существования сознания, — отвечает Пенроуз. — Нетрудно представить себе Вселенную, в которой сознание было бы повсюду. Почему мы не живем в такой Вселенной?»