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

Потепление обрекло гренландских китов на отравление водорослевыми токсинами Потепление обрекло гренландских китов на отравление водорослевыми токсинами

Во время аномального тепла динофлагелляты массово прорастают из цист китов

N+1
Военные внедорожники стран мира: выпуск 2 Военные внедорожники стран мира: выпуск 2

Пятёрка конкурентов HMMVW.

Популярная механика
Длительное ожирение вызвало экспрессию биомаркеров старения в молодом возрасте Длительное ожирение вызвало экспрессию биомаркеров старения в молодом возрасте

Как ожирение снижает ожидаемую продолжительность жизни

N+1
Возвращение аватара: как новая социальная сеть Itsme привлекла $15,2 млн инвестиций Возвращение аватара: как новая социальная сеть Itsme привлекла $15,2 млн инвестиций

Соцсеть для тех, кто готов подружиться в интернете без знакомства вживую

Forbes
Мозг, исцеляющий себя Мозг, исцеляющий себя

Реальные истории людей, которые победили болезни и преобразили свой мозг

kiozk originals

Режиссёр Андрей Кончаловский о творчестве и работе в Голливуде

Esquire
От мамы к дочери: 7 важных тем для разговора От мамы к дочери: 7 важных тем для разговора

На эти темы с девочкой должна говорить не только мама, но и папа

Домашний Очаг
Что такое безуглеводная диета и чем она опасна Что такое безуглеводная диета и чем она опасна

Стоит ли придерживаться безуглеводной диеты для улучшения здоровья?

РБК
«Сестра встречается с моим биологическим отцом»: история одной семьи «Сестра встречается с моим биологическим отцом»: история одной семьи

Если дело касается семейной тайны, страсти могут накалиться до предела

Psychologies
Истребление крыс на островах Индийского океана отразилось на рифах в 300 метрах от их берегов Истребление крыс на островах Индийского океана отразилось на рифах в 300 метрах от их берегов

После истребления крыс биомасса морских птиц заметно выросла

N+1
Как высыпаться и всё успевать. 4 проблемы со сном и способы их преодоления Как высыпаться и всё успевать. 4 проблемы со сном и способы их преодоления

Качество сна серьезно влияет на эффективность работы

Inc.
До свидания, мальчики: Тимати, Мистер Малой — выросшие кумиры тинейджеров До свидания, мальчики: Тимати, Мистер Малой — выросшие кумиры тинейджеров

Эти парни стартовали рано: многие "словили" свою звезду еще до окончания школы

Cosmopolitan
Чистый со льдом: как прошел тест-драйв кроссовера Genesis GV80 на Байкале Чистый со льдом: как прошел тест-драйв кроссовера Genesis GV80 на Байкале

Бренд Genesis наконец показал российским журналистам свой первый SUV – GV80

Forbes
Это повторится: 9 научных фактов об изменах Это повторится: 9 научных фактов об изменах

Как часто изменяют люди и почему?

Cosmopolitan
«Я больше не боюсь ошибаться» «Я больше не боюсь ошибаться»

Ошибки — необходимая часть жизни

Psychologies
Воспоминание о будущем. О «Новой Москве», которую запретили Воспоминание о будущем. О «Новой Москве», которую запретили

Воображаемая столица будущего

СНОБ
Биологи застали губок за передвижением по дну океана Биологи застали губок за передвижением по дну океана

Первый случай, когда перемещение губок задокументировали в их среде обитания

N+1
Стартап Валерия Мифтахова ZeroAvia привлек $24,3 млн от Билла Гейтса, Ли Ка-шина и других инвесторов Стартап Валерия Мифтахова ZeroAvia привлек $24,3 млн от Билла Гейтса, Ли Ка-шина и других инвесторов

Американский стартап ZeroAvia привлек $24,3 млн от Horizons Ventures

Inc.
Макс Барских: «Лучший психолог и собеседник – книга» Макс Барских: «Лучший психолог и собеседник – книга»

Макс Барских – о том, как важно любить себя, много читать и смотреть мультфильмы

Cosmopolitan
Фотоловушка сделала первый снимок скрытной африканской антилопы Фотоловушка сделала первый снимок скрытной африканской антилопы

Исследователи впервые получили фотографию дукера Уолтера

N+1
Ураганный экшен о приключениях советских военных мотоциклистов в виртуальной реальности Ураганный экшен о приключениях советских военных мотоциклистов в виртуальной реальности

Российские разработчики создали игру в виртуальной реальности

Популярная механика
Григорий Добрыгин — о долготерпении, молчании и телефонных звонках Григорий Добрыгин — о долготерпении, молчании и телефонных звонках

Режиссер Григорий Добрыгин о фильме Sheena667

РБК
«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
Момент истины: можно ли есть яйца каждый день Момент истины: можно ли есть яйца каждый день

Сколько яиц можно есть в неделю без вреда для здоровья?

Cosmopolitan
История Zasport: как создается олимпийская экипировка для сборной России История Zasport: как создается олимпийская экипировка для сборной России

Каково это — одевать атлетов

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

Обязательно ли идти к психоаналитику, чтобы расшифровать свое бессознательное?

Psychologies
Не только рак: 7 неочевидных причин резкой потери веса Не только рак: 7 неочевидных причин резкой потери веса

Вес уменьшился без каких-либо усилий. Повод для радости?

Cosmopolitan
Влюбчивая натура Влюбчивая натура

Некоторые замужние женщины увлекаются другими мужчинами. Надо ли с этим бороться

Лиза
Прокачать лицо: 5 мифов о модном фейсбилдинге - ты удивишься! Прокачать лицо: 5 мифов о модном фейсбилдинге - ты удивишься!

Разбираемся в популярных ошибках, которые совершают фанаты фейсбилдинга

Cosmopolitan
Иисус против Сатаны: как дизайнеры из Бруклина продают подделки за тысячи долларов и судятся с Nike Иисус против Сатаны: как дизайнеры из Бруклина продают подделки за тысячи долларов и судятся с Nike

Зачем стартап из Нью-Йорка выпускает очевидные подделки?

Forbes
Открыть в приложении