Пааво Пюлканен. Квантовая теория и проблема разума

КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ, АКТИВНАЯ ИНФОРМАЦИЯ И ПРОБЛЕМА РАЗУМА
Пааво Пюлканен

1.Введение

Квантовые явления демонстрируют любопытную комбинацию свойств волны и частицы. Например, в знаменитом двухщелевом эксперименте электроны прибывают один за другим на экран обнаружения в локализованных точках, показывая, что они являются частицами. Тем не менее, по мере того как мы продолжаем наблюдать, отдельные места создают интерференционную картину, предполагая, что каждый отдельный электрон также имеет волновые свойства. Обычная интерпретация квантовой теории описывает электрон с волновой функцией. В минималистском стиле версии Бора волновая функция позволяет нам только рассчитать вероятности для того, чтобы  найти электрон (как локализованную частицу) в данном месте. Иными словами, волновая функция рассматривается как часть математического алгоритма, и ей не дается онтологическая интерпретация. Однако вслед за фон Нейманом многие физики предположили, что волновая функция обеспечивает полное описание индивидуальной системы. Это порождает много печально известных загадок квантовой теории, таких, как утверждение, что электроны находятся в двух местах одновременно; что кот Шредингера жив и мертв в одно и то же время; что мир на макроскопическом уровне постоянно разветвляется на копии (теория множественности миров); что для решения этих проблем сознание наблюдателя должно играть активную роль. Кажется, что квантовая теория заставляет нас выбирать между антиреализмом или некоторыми очень противоречивыми реалистическими интерпретациями.
 Очевидно более трезвая реалистическая версия квантовой теории была обнаружена де Бройлем в 1927 году и вновь открыта и доработана Бомом в 1952 году и в его последующей работе (Bohm, Hiley,1993). В этой теории электрон рассматривается как и частица и волна. В двухщелевом эксперименте частица проходит через одну из щелей. Волна проходит через обе щели, вмешивается и направляет частицу таким образом, что образуется интерференционная картина, так как много электронов проходят через щелевую систему. Таким образом, кажется, что мы можем иметь реалистическую интерпретацию квантовой теории, без обычных головоломок, таких, как кот Шредингера, много миров или сознание наблюдателя, производящее физическую реальность.
Тем не менее, теория Бома тоже имеет некоторые экзотические черты. Любая единичная вещь, которая подразумевает нелокальное взаимодействие между частицами на квантовом уровне, создает напряжение с относительностью. Кроме того, волновая функция для системы многих тел живет в многомерном пространстве конфигурации, затрудняя предположение, что она описывает обычное физическое поле в трехмерном пространстве. Чтобы облегчить решение таких проблем, Бом и Хейли (1984, 1987, 1993) предложил принципиально новое представление о том, что волновая функция описывает не обычное физическое поле, а поле информации, которая буквально сообщает энергию частицам. Такое добавление «активной информации» в нашу онтологию на фундаментальном физическом уровне открывает ряд интересных возможности для научной метафизики (например, в отношении природы естественных законов, причинно-следственной связи и даже отношения разума и материи (см.Pylkk;nen 2007, Pylkk;nen, Hiley and P;ttiniemi, forthcoming; Pylkk;nen 2007, Pylkk;nen, Hiley and P;ttiniemi, готовится к публикации; к обсуждению последствий различных вопросов см. Чустова 2007; Haven 2005; Filk 2012; Khrennikov 2004; Maleeh and Amani 2012; 2012; Maroney 2002; Smith 2003).
В этой статье мы опишем, как понятие активной информации на квантовом уровне может помочь нам понять отношение ума и материи. Но прежде чем обсуждать это понятие, я сначала, в следующем разделе, кратко опишу ранние работы Бома над отношением разум-материя с точки зрения понятия имплицитного порядка.

2. Скрытый порядок

Бом пытался понять отношения разума и материи и характер осознанного опыта на протяжении всей его обширной работы по физике. Важной частью этой работы было понятие скрытого или имплицитного порядка, которое он разработал как попытку понять квантовую теорию и теорию относительности на общих основаниях (Bohm 1980). Наш традиционный механистический взгляд, вытекающий из классической физики, предполагает, что вселенная создана из основных элементов, которые не зависят друг от друга и могут взаимодействовать лишь механически - порядок классической проявленной вселенной. Однако, согласно квантовой теории Бома и теории относительности, эту точку зрения можно оспорить в корне. Эти системы подразумевают, что "во всей вселенной каким-то образом все пребывает во всем и в каждой вещи содержится целое" (1990:271). Таким образом, порядок квантово-релятивистской вселенной является «имплицитным» - строго говоря, все сущее активно охватывает или подразумевает все. Однако законы квантовой теории и теории относительности имеют классический предел, который означает, что в области повседневного опыта вещи относительно независимы и, следовательно, обычный механистический взгляд, который видит реальность как явный порядок, работает как полезное приближение.
В духе Уайтхеда Бом увидел квантово-релятивистскую реальность как динамическое движение, в котором преобладает скрытый порядок - «движение», которое находится в постоянном процессе изменений и развития. Вещи существуют как потенциальные возможности в движении, которые они разворачивают в явном порядке и к которым они в конечном итоге возвращаются. Вещи остаются в явном порядке, но только на некоторое время. И даже когда они остаются, они не сохраняются как наборы непрерывно существующих частиц. Скорее их непрерывность поддерживается через постоянный процесс раскрытия и повторного развертывания (1990:271).
Бом стремился указать, что Скрытый порядок также распространяется на сознание. В нашем потоке сознания мы находим постоянную непрерывность, охватывающую мысли, чувства, желания и побуждения, которые активно вовлекают все остальные - например, мысль может развернуться в желание, которое в свою очередь может породить новые мысли, импульсы и так далее. В частности, скрытый порядок преобладает среди содержания наших мыслей, когда мы обычно говорим, что одна мысль подразумевается в другой. Цепь мыслей может быть описана как процесс раскрытия последовательных следствий (Bohm Peat 2000:185).
В то время как традиция картезианского дуализма в западной философии подчеркивала разницу между разумом и материей, Бом чувствовал, что у них есть общий  скрытый порядок и, таким образом, они по крайней мере аналогичны в важном отношении. Однако он также признал, что Скрытый порядок есть общая схема, а не конкретная теория. Как следствие, он оставил открытыми много вопросов, в том числе более подробное описание того, как разум и материя связаны между собой. Таким образом, он чувствовал, что понятие скрытого порядка должно быть расширено и разработано для достижения более точной теории материи, разума и их соотношения. Он предложил пойти значительно дальше к такому расширению смысла путем введения онтологической интерпретации квантовой теории, которую он первоначально предложил уже в 1952 году и разработал вместе с Бэзилом Хейли и их учениками-исследователями с середины 1970-х годов.

3. Онтологическая интерпретация и активная информация

 Есть много разных интерпретаций квантовой теории, и они способны открыть разные возможности для решения проблем, связанных с умом и сознанием. Бом опубликовал в 1952 году интерпретацию, которая постулирует, что электрон всегда является и частицей и полем (а не тем или другим, как в большинстве других интерпретаций). Поле направляет движение частицы. Не удивительно, что эта теория была также названа теория «пилот-волны» в более ранней версии, созданной Луи де Бройлем. Это также было названо "нелокальной интерпретацией скрытой переменной", "причинной", или просто "теорией Бома", или "онтологической интерпретацией",. Мы готовы принять последнее название, так как оно прекрасно описывает последнюю версию Бома и Хейли, которая особенно важна для понимания ума и сознания (Bohn, Hiley 1993).
 Онтологическая интерпретация обеспечивает элегантное гипотетическое объяснение многих таинственных квантовых экспериментов, таких, как эксперимент со щелью, парадокс кота Шредингера и опыт Уилера. Тем не менее, в более позднем развитии теории Бом понял, что в ней есть что-то очень странное и радикальное. Предположим, волна воздействует на частицу согласно математическому описанию. Квантовая волна или поле не толкает и не тянет частицу механически, как в классическом подходе. Вместо этого только форма поля имеет значение; математически поле порождает потенциал, но это зависит только от второй пространственной производной (формы) поля, а не от его амплитуды (размера). Бом предположил, что форма квантового поля несет информацию о среде частицы и эта информация буквально формирует поле или придает   форму энергии частицы. Это информация для электрона, а не информация для нас, ибо мы используем понятие информации в более объективном смысле, чем обычно. Если открыта вторая щель в эксперименте с двумя щелями, то форма поля изменяется радикально (из-за помех), и, соответственно, идет влияние на траектории частиц (так что они создают интерференционную картину). Ситуация с электроном Бома и его квантовым полем несколько аналогична кораблю на автопилоте, управляемом радиолокационными волнами. Сигналы радара не толкают и не тянут корабль, но их форма несет информация об окружающей среде корабля и эта форма затем сообщает кораблю энергию и направляет его движение. Бом назвал такую информацию активной.
 Основная идея активной информации заключается в том, что форма, имеющая очень мало энергии,  направляет гораздо большую энергию, так что активность большей энергии тогда получает форму, подобную меньшей энергии. Хотя идея, что что-то вроде активной информации применимо на квантовом уровне может звучать радикально и неправдоподобно, Бом подчеркнул, что другие случаи активной информации знакомы нам из разных контекстов. Мы уже упомянули радиоуправляемые устройства, и можем добавить компьютеры и другие соответствующие артефакты. Бом также предположил, что молекула ДНК может рассматриваться как содержащая активную информацию, которая управляет различными биологическими процессами, происходящими в клетке. И даже в субъективном опыте человека легко усмотреть ситуации, в которых применяется понятие активной информации. Например, предположим, что вы идете темной ночью и только что услышали, что опасный противник оказывается по соседству, и, таким образом, вы должны быть крайне бдительны. Затем вы видите подозрительно выглядящую тень. Если ваш мозг-разум интерпретирует это как «нападающего», то есть дает сигнал «Опасность!», в вашем мозгу и теле начинается мощная физико-химическая активность.
Бом назвал такую деятельность, где значение или смысл активируется и начинает направлять более явные физические явления, «сигнально-соматическим» процессом. Он предложил описывать человека с точки зрения иерархия уровней, начиная от «явного» до «тонкого». Предполагается, что каждый уровень имеет как физическую, так и интеллектуальную сторону, но на проявленном уровне физический аспект является более доминирующим, в то время как на тонких уровнях значение имеет более интеллектуальный характер. Значения, которые достигают субъективного опыта человека, как правило, несут лежащие в основе «тонкие», высокие уровни физических процессов, в то время как их влияние достигает всей иерархии уровней и может быть обнаружено на более «явных» физических уровнях, включая видимое движение человеческого тела.
Предположение, что принцип активной информации распространяется на все уровни от квантового уровня до уровня субъективных переживаний человека, открывает новый способ мышления об отношениях разум и материя, который Бом набросал в ряде статей (например Bohm 1989, 1990). Он обратил внимание на иерархическую структуру ум, в том смысле, что, учитывая, что мы находимся в определенном психическом состоянии, всегда возможно осознать это состояние с более высокого уровня умственной деятельности. Как только деятельность высшего порядка придает смысл состоянию более низкого порядка, существует вероятность того, что появляется деятельность из еще более высокого порядка, которая организует информацию более низкого порядка в большее целое. Это несколько похоже на то, как восприятие«опасность» может организовать нижние уровни, в том числе соматические уровни гормональной и физиологической активности. Но обратите внимание, что здесь мы можем говорить о более тонкой организации, оформляющей информационный контент, который будет организован ею. С этой точки зрения можно будет сказать, что разные уровни объемлют и разворачивают друг друга. Более высокий уровень охватывает информацию о более низких; и как только смысл этой информации воспринимается на более высоком уровне, значение разворачивается на более низкие уровни, и это проявляется в том, как организуется информация более низкого уровня. Или, как сказал бы Бом, значение (смысл) - это деятельность информации.

4. Появление сознательного опыта в схеме Бома

 Как возникновение сознательного опыта понимается в схеме ума-материи у Бома? Он говорит об этом немногое, что можно рассматривать как одну из слабостей его притязаний. Однако, учитывая, что его взгляд на ум подчеркивает иерархию уровней умственной деятельности, естественная возможность состоит в том, чтобы применить некоторую версию теории явлений более высокого порядка именно к сознанию (Rosenthal 1997). По его собственным замечаниям кажется, что он мог бы предпочесть теорию восприятия высшего порядка. Действительно, он писал: "Наши мысли могут содержать целый спектр информации с содержанием разных видов. Это в свою очередь может быть рассмотрено как более высокий уровень умственной деятельности, как если бы это был материальный объект, который мы созерцаем".
Таким образом, он говорит о более высоком уровне умственной деятельности там, где мы воспринимаем информационный контент более низкого порядка. Нам кажется естественным предположить, что именно такой обзор и поиск делает доступным нижний порядок как содержание информации в сознании. Обзор и поиск могут быть поняты здесь как аналог внимания. Но также кажется, что Бом не объясняет, почему существует сознание, которое присутствует в таком наблюдении. Скорее кажется, что он просто предполагает, что мы можем осознавать информационное содержание данного уровня мышления, так же, как мы можем осознавать материальные объекты, когда мы смотрим на них. Он также отмечает, что мы также можем осознать само наблюдение на более высоком порядке этой деятельности. Так что, возможно, осознание данного содержания или действие требует, чтобы кто-то предпринял «шаг более высокого порядка», чтобы содержание или рассматриваемая деятельность стали объектом или целью умственного взгляда. Таким образом, кажется, что сознание в схеме Бома обычно включает в себя структуру более высокого порядка, но нам не дано объяснение происхождения самого сознания.
 Итак, как мы можем использовать теории сознания более высокого порядка для того, чтобы объяснить сознание более полно в схеме Бома? Можно было бы постулировать , что делает данное психическое состояние (или уровень информации или умственной деятельности в терминах Боми) сознательным или как существует более высокий уровень бессознательной информации, что имеет содержание, которое является изначальным психическим состоянием или деятельностью высшего порядка. Но почему бы существование такой информации высшего порядка не объясняло первый порядок психического состояния в сознании? Сам постулат действительно просто постулат - он не объясняет и не делает понятным, почему высший порядок информация способна сделать информацию первого порядка сознательной. Попытка применить теорию сознания высшего порядка в контексте подхода Пенроуза-Хамероффа, см. Hameroff, Gennaro и Pylkk;nen 2014).

5. Сома-значимость

В утверждениях Бома у нас есть более тонкий аспект (информация в квантовом поле), который руководит поведением более явного аспекта (частиц). Мы можем обобщить это на принцип, который применяется всякий раз, когда значение влияет на материю в других контекстах. Как уже упоминалось, Бом предложил такой принцип и назвал его «сома-значимость». В этой терминология процесс, в котором смысл действует соматически, чтобы организовать более явные уровни материи называются «сигнально-соматическим» процессом. Термин «сома-значимость» относится к обратному процессу, где физическая картина важна для более высокого или более тонкого уровня. Например, когда  кто-то читает текст, информация переносится разными физическими процессами (чернила, световые волны, нервные процессы) на более высокие уровни физической организация, где понимается ее значение. Бом (2003) характеризует наше существование как «двустороннее движение» следующим образом: "Мы подчеркиваем здесь, что ничего не существует в этом процессе сома-значения, иначе как двустороннее движение между аспекты сомы и значимости, а также между уровнями очень тонкими и теми, которые относительно манифестированы. Эта общая структура постигается в каждом опыте". Он далее иллюстрирует ту же мысль: "С каждого уровня соматического развития смысла, есть ... дальнейшее движение, которое ведет к активности на еще более явно соматическом уровне, вплоть до действия,которое, наконец, появляется как физическое движение тела, которое влияет на окружающую среду. Так что можно сказать, что есть двустороннее  движение энергии, в котором каждый уровень по значимости действует на следующий более явно соматический уровень и так далее, пока восприятие несет в себе значение и действует в обратном направлении".
Такое двустороннее движение между ментальным и физическим - это то, что объясняет наше сознание психической причинности. Бом предполагает, что каждый уровень имеет. физический и психический аспект, и надеется, что таким образом можно избежать основной проблемы дуализма (то есть проблемы объяснения того, как нефизический уровень может взаимодействовать с физическим).

6. Расширение онтологической интерпретации, чтобы включить разум

Идея Бома заключается в том, что психические процессы несут тонкие физические процессы - возможно, поля, которые аналогичны, но более сложны, чем квантовое поле. Но как могло бы такое «очень тонкое» поле, несущее информацию, действовать, скажем, на процессы в мозговой коре? Есть   вероятность того, что оно будет действовать через квантовое поле. Действительно, Бом (1990) пишет: "То, что мы воспринимаем как ум в его движении через различные уровни, естественным образом двигает тело, достигая определенного уровня квантового потенциала в "танце" частиц. Здесь нет непреодолимой пропасти или барьера между любыми из этих уровней, скорее на каждом для информации есть мост.  Это подразумевает, что квантовый потенциал, действующий на атомные частицы, например, представляет только одну стадию в этом процессе".
Мне кажется, что Бом предполагает, что более тонкие аспекты ума и сознательного опыта включают в себя  тонкие уровни информации, которые еще не охвачены методами когнитивной неврологии (хотя мы можем знать, по крайней мере, некоторые из них просто через наше самонаблюдение). Открытие квантового потенциала очень важно как прототип того, как природа таких более тонких уровней  может влиять на физическую сторону вещей. Действительно, Бом предположил, что, расширяя онтологическую интерпретацию естественным образом, мы могли бы включить в теорию тонкие аспекты психики. Но как такое расширение будет сделано? "Можно начать с предположения, например, что как квантовый потенциал представляет собой активную информацию, которая может придать форму движениям частицы, так что есть суперквантовый потенциал, который может придать форму и развитие квантовому потенциалу первого порядка. Этот последний не будет больше соответствовать законам текущей квантовой теории, которые будут только приближенными, работая только тогда, когда действием суперквантового потенциала можно будет пренебречь. Конечно, нет причины остановиться на этом. Можно перейти к предположению, что есть целый ряд порядков суперквантовых потенциалов, каждый из которых активирует следующий более низкий порядок" (Bohm 1990).
 Радикальное предположение Бома, таким образом, заключается в том, что естественное продолжение его онтологической интерпретации квантовой теории может включить психическое  процессы и даже сознательный опыт в единый связный взгляд. С точки зрения вопроса о причинах теория сознания Бома особенно перспективно, поскольку она хотя бы в принципе дает понять, насколько сознателен опыт, через его влияние на информацию, может иметь значение для физического процесса. Если мы можем предоставить понятную теорию о том, как сознательный опыт может иметь значение для информации, схема Бома дает представление о как такие информационные различия могут повлиять на проявление физических процессов (предварительные попытки набросать такую модель есть в моих работах, которые готовятся к печати).
 
Bohm, D., (1952) A Suggested Interpretation of the Quantum Theory in Terms of
“Hidden Variables” I and II, Phys. Rev., 85 (2): 166-179 and 180-193.
Bohm, D. (1980) Wholeness and the Implicate Order. London: Routledge.
Bohm, D. (1989) Meaning and Information. In P.Pylkk;nen ed. The Search for Meaning.Wellingborough: Crucible.
Bohm, D. (1990) A new theory of the relationship of mind and matter. Philosophical Psychology 3, 271-286.
Bohm, D. (2003) Soma-significance and the Activity of Meaning. In The Essential David
Bohm; L. Nichol Ed., London: Routledge; pp. 158-182.
Bohm, D.; Hiley, B.J., (1984) Measurement understood through the quantum potential
approach. Foundations of Physics 14, 3, 255-274.
Bohm, David and Hiley, Basil J. (1987) An Ontological Basis for Quantum Theory: I.
Non-relativistic Particle Systems. Phys. Rep. 144 (6): 323-348.
Bohm, D. and Hiley, B. J. (1993) The Undivided Universe: An Ontological Interpretation
of Quantum Theory. London: Routledge.
Bohm, D. and Peat, F.D. (2002) Science, Order and Creativity. 2nd ed. London:Routledge.
Choustova, O. (2007) Toward quantum-like modeling of financial processes, J. Phys.:Conf. Ser. 70, 012006.
Filk, T. (2012) Quantum-Like Behavior of Classical Systems, in Quantum Interaction:
Lecture Notes in Computer Science Vol. 7620, pp. 196-206.
D;rr, D., Goldstein, S. and Zanghi, N. (2013) Quantum Physics Without Quantum
Philosophy. Berlin: Springer.
Goldstein, Sheldon, (2013) "Bohmian Mechanics", The Stanford Encyclopedia of
Philosophy (Spring 2013 Edition), Edward N. Zalta (ed.), URL =
http://plato.stanford.edu/archives/spr2013/entries/qm-bohm/
Hameroff, S., Gennaro, R. and Pylkk;nen, P., (2014) HOT to DOT: A ‘Deeper-Order
Thought’ Theory of Consciousness. In Brain, Mind and Cosmos [e-book], Trident.
Haven, E. (2005) Pilot-wave theory and financial option pricing. International J. of
Theoretical Physics 44, 1957-1962.
Hiley, B.J.; Pylkk;nen, P. (2005) Can mind affect matter via active information? Mind
and Matter, 3, 2, 7-26. URL = <http://www.mindmatter.de/mmpdf/hileywww.pdf>.
Khrennikov, A. (2004) Information Dynamics in Cognitive, Psychological and
Anomalous Phenomena. Series Fundamental Theories of Physics. V. 138. Kluwer,13Dordrecht.
Maleeh, R. and Amani, P., (2012) Bohm’s theory of the relationship of mind and matter
revisited. Neuroquantology 10, 150–163.
Maroney, O. (2002) Information and Entropy in Quantum theory. Ph D thesis, Birkbeck
College, University of London.
http://www.bbk.ac.uk/tpru/OwenMaroney/thesis/thesis.html.
Maroney, O. and Hiley, B.J., (1999) Quantum State Teleportation Understood Through
the Bohm Interpretation, Foundations of Physics, Vol . 29, No. 9, pp. 1403-1415.
Ney, A. and Albert, D. ed. (2013) The Wave Function: Essays on the Metaphysics of
Quantum Mechanics. Oxford University Press.
Pylkk;nen, P. (2007) Mind, Matter and the Implicate Order. Berlin and New York:
Springer Frontiers Collection.
Pylkk;nen, P. (forthcoming) Is there room in quantum ontology for a genuine causal role
of consciousness? Forthcoming in A. Khrennikov & Emmanuel Haven Eds., The
Palgrave Handbook of Quantum Models in Social Science. Palgrave Macmillan.
Pylkk;nen, P., Hiley, B.J. and P;ttiniemi, I., (forthcoming) Bohm’s approach and
individuality. To appear in Guay, A. and Pradeu, T. eds. Individuals Across Sciences: A
Revisionary Metaphysics?, Oxford University Press. http://arxiv.org/abs/1405.4772
Riggs, P. (2009) Quantum Causality: Conceptual Issues in the Causal Theory of
Quantum Mechanics. Heidelberg and New York: Springer.
Rosenthal, D. M., (1997) A theory of consciousness. In The Nature of Consciousness; N.
Block, O. Flanagan, G. Gu;zeldere, Eds.; MIT Press: Cambridge, MA..
Saunders, S. et al. ed. (2010) Many Worlds? Everett, Quantum Theory, & Reality.
Oxford University Press.
14 P. Pylkk;nen
Smith, Q., (2003) Why cognitive scientists cannot ignore quantum mechanics? In
Consciousness: New Philosophical Perspectives; Smith, Q., A. Jokic Eds.; Oxford
University Press: Oxford.
Towler, M. (2009) Pilot-wave theory, Bohmian metaphysics, and the foundations of
quantum mechanics, a graduate course at the Cavendish Laboratory, University of
Cambridge
http://www.tcm.phy.cam.ac.uk/~mdt26/pilot_waves.html
Weber, R. (1987) Meaning as being in the implicate order philosophy of David Bohm: a
conversation, in B.J. Hiley and F.D. Peat Eds. Quantum Implications: Essays in honour
of David Bohm. London, Routledge.

Перевод (С) Inquisitor Eisenhorn