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

Тихоходкам набили татуировки электронным пучком Тихоходкам набили татуировки электронным пучком

Китайские материаловеды нанесли татуировки живым тихоходкам

N+1
Включите свет! Включите свет!

Освещение в квартире: что выбрать и какие нюансы следует учесть

Домашний Очаг
Астрономы заметили в космосе таинственную идеальную сферу Астрономы заметили в космосе таинственную идеальную сферу

Объект Телиос: совершенная сфера неизвестного происхождения

ТехИнсайдер
IPO с нулевой суммой: кто платит за праздник доходностей на рынке первичных размещений IPO с нулевой суммой: кто платит за праздник доходностей на рынке первичных размещений

Откуда берутся эти двузначные показатели доходности за один день

Forbes
Индивидуалистка из СССР: как Айн Рэнд боролась с коммунизмом и создавала бестселлеры Индивидуалистка из СССР: как Айн Рэнд боролась с коммунизмом и создавала бестселлеры

Как Айн Рэнд, дочь аптекаря из Петербурга, смогла покорить США

Forbes
«Возьми и сделай»: что не так с выходом из зоны комфорта? «Возьми и сделай»: что не так с выходом из зоны комфорта?

Зона комфорта: кто в ней находится и кому стоит ее покинуть?

Psychologies
Звезды 90-х в бикини: пикантные фото Ирины Салтыковой, Алены Апиной и других Звезды 90-х в бикини: пикантные фото Ирины Салтыковой, Алены Апиной и других

Эти артистки и в возрасте 40+ радуют поклонников стройными телами

Cosmopolitan
Кризис монархии: почему принц Чарльз может не стать королем Кризис монархии: почему принц Чарльз может не стать королем

Возможно, принц Чарльз на трон так и не взойдет. Почему?

Cosmopolitan
Самки амазонских богомолов привлекли самцов пахучими выростами на спине Самки амазонских богомолов привлекли самцов пахучими выростами на спине

Это необычно крупная для богомолов феромонная железа.

N+1
Им не стыдно? Анти-бьюти или звезды, чей идеальный образ под вопросом Им не стыдно? Анти-бьюти или звезды, чей идеальный образ под вопросом

Конфузы с внешностью, которые подмечают за этими красавицами порой удивляют

Cosmopolitan
Лучшие русские криминальные фильмы: подборка культовых бандитских картин от Playboy Лучшие русские криминальные фильмы: подборка культовых бандитских картин от Playboy

Топ-9 российских картин в жанре «криминал» для плохих мальчиков

Playboy
Приставка для инвалидного кресла, архитектура будущего и другие крутые инновации резидентов креативного кластера Приставка для инвалидного кресла, архитектура будущего и другие крутые инновации резидентов креативного кластера

Какие инновационные проекты реализуют резиденты кластера Artplay

Популярная механика
Секрет фермы Секрет фермы

Список из самых интересных экоферм (и одного этнопарка)

Cosmopolitan
iPhone на колесиках: городской транспорт по-русски iPhone на колесиках: городской транспорт по-русски

Как российские бизнесмены и ученые придумали новое транспортное средство

Популярная механика
Можно ли выспаться впрок, умереть от недосыпа и заработать «паралич субботней ночи»? Ответы сомнолога Можно ли выспаться впрок, умереть от недосыпа и заработать «паралич субботней ночи»? Ответы сомнолога

Отмечаем Всемирный день сна в компании авторитетного российского ученого

Maxim
«Зарплаты хватает на еду и жизнь без изысков». Монологи предпринимателей, которые зарабатывают меньше, чем когда работали по найму «Зарплаты хватает на еду и жизнь без изысков». Монологи предпринимателей, которые зарабатывают меньше, чем когда работали по найму

Есть миф, что свой бизнес — это больше денег и меньше работы

Inc.
На условиях анонимности На условиях анонимности

Райнер Хольцемер – о фильме, посвященном Мартину Маржеле

Grazia
Жидкая вода на Марсе могла существовать благодаря ледяным облакам Жидкая вода на Марсе могла существовать благодаря ледяным облакам

Огромные облака могли создавать на Марсе парниковый эффект

Популярная механика
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
По спецзаказу По спецзаказу

Пример персонализированного городского пространства

SALON-Interior
7 звезд российского Инстаграма, поклонники которых умоляют их больше не худеть 7 звезд российского Инстаграма, поклонники которых умоляют их больше не худеть

Одни ими восхищаются, а другие упрекают в излишней худобе

Cosmopolitan
«Для народа свобода не стала ценностью» «Для народа свобода не стала ценностью»

Валентин Юмашев рассказывает о своей работе с Борисом Ельциным

Forbes
«Фотография берется, по сути, из ниоткуда» «Фотография берется, по сути, из ниоткуда»

Оператор Ксения Середа — зачем снимать кино на пленку, сколько денег в индустрии

Esquire
Янина Жеймо: несказочная судьба советской Золушки Янина Жеймо: несказочная судьба советской Золушки

Жизнь Янины Жеймо — с войной, блокадой, депрессией и предательством мужа

Cosmopolitan
«Я работал, я писал стихи»: почему суд над Бродским нельзя забывать «Я работал, я писал стихи»: почему суд над Бродским нельзя забывать

Актеры озвучили записи двух судебных заседаний по делу поэта Иосифа Бродского

Forbes
10 заблуждений о похмелье 10 заблуждений о похмелье

Смело и по-мужски расстаться и с заблуждениями о похмелье, и с этим состоянием

Maxim
Радикальные способы похудения голливудских звезд: Кардашьян, Лопес и другие Радикальные способы похудения голливудских звезд: Кардашьян, Лопес и другие

Ради достижения результата красотки прибегают к весьма нестандартным методам

Cosmopolitan
11 секретов Джеффа Безоса 11 секретов Джеффа Безоса

11 вещей, которым каждому предпринимателю стоит поучиться у Джеффа Безоса

Inc.
Инвестировать в Альпы: почему швейцарские бизнесмены вкладываются в недвижимость Инвестировать в Альпы: почему швейцарские бизнесмены вкладываются в недвижимость

Тенденции инвестирования в Швейцарии и потенциал кантона Аппенцель

Forbes
«За Зину»: как медсестра, потерявшая в бою руки и ноги, вдохновляла тысячи людей «За Зину»: как медсестра, потерявшая в бою руки и ноги, вдохновляла тысячи людей

Медсестра Зинаида Туснолобова спасла 123 раненых, вытащив их из-под пуль

Cosmopolitan
Открыть в приложении