Файл: Пеноуз Роджер. Тени разума. В поисках науки о сознании.doc

Обращение к математике - это атака на позиции искусственного интеллекта на его собственной почве. Согласно этой позиции, субъект мышления, ощущений нуждается в деятельности вычислительного типа. Первая часть книги посвящена обоснованию невычислимости мышления, сознания, т.е. вопросу о том, чем не является человеческое мышление.

“Математическое доказательство на каждом своем шаге требует чего-то “очевидного “, но результат может оказаться отнюдь не очевидным. Можно было бы предположить, что возможно раз и навсегда перечислить все эти очевидности и тем самым формализовать процедуру”, но в том то и состоит результат Геделя, что это невозможно: нет способа устранить необходимость новых “очевидных” предположений. Таким образом, математическое мышление не может быть сведено к слепому вычислению» (c.56).

В качестве конкретных примеров невычислительной деятельности сознания приводятся восприятие красного цвета, вкуса, боли, красоты. Феномен боли играет решающую роль в возможности приписать свойство сознания не только высшим животным и человеку, но и одноклеточным.

Две главы первой части книги посвящены техническим деталям применения теоремы Гёделя к машине Тьюринга. Ключевую роль играет проблема остановки машины Тьюринга, т.е. проблемы построения такого алгоритма, который мог бы определить закончится или нет вычисление по некоторой задаче. Оказывается, что в общем случае такой алгоритм нельзя построить в принципе. Доказательство ведется на игре между двумя уровнями: собственно вычислениями и процедурой второго уровня, определяющей остановится или нет некоторое вычисление первого уровня. Здесь возникает опасность возникновения парадоксов самореференции: например, предложение это утверждение ложно” является самореферентным и парадоксальным. Утверждается, что при доказательстве эти трудности, которые делают его внутренне противоречивым, можно избежать.

Вторая часть книги называется “Какая новая физика нам нужна для того, чтобы понять сознание?”. Если первая часть книги посвящена вопросу о том, чем мышление не является, то вторая часть книги посвящена обсуждению тех предполагаемых физических процессов, которые вызывают сознание.

Сама возможность описания сознания на языке физики, т.е. отказ от мистической точки зрения на соотношение физики и сознания Д” в пользу позиции В”, обосновывается указанием на связь между состоянием мозга и мышления: «Если ментальность - это нечто отдельное от физического, то почему наши ментальные самости вообще нуждаются в физических мозгах? Совершенно ясно, что изменения в ментальных состояниях могут быть вызваны изменениями в физических состояниях мозга. Действие, например, некоторых наркотиков вполне определенно сказывается на ментальном состоянии и поведении. Аналогично травма, болезнь или хирургическое вмешательство в определенные зоны головного мозга могут иметь хорошо определяемые и предсказуемые последствия в ментальных состояниях человека... А если ментальность действительно связана с определенными формами физического, то тогда законы науки, которые точно описывают поведение физических объектов, наверняка должны многое сказать также и о мире ментального» (c.202-203).

Многие могут согласиться с тем, что в нашем мышлении есть что-то невычислимое, но далеко не все полагают, что для описания нашего мышления нужны революционные сдвиги в физике, ссылаясь при этом на сложность мозга и происходящих в нем процессов. Утверждение состоит в том, что если наше мышление невычислимо, то и связанные с ним физические процессы также должны обладать тем же свойством. Однако вся современная физика, все известные физические процессы являются вычислимыми, моделируемыми на компьютере.

Специально обсуждаются случаи детерминированного хаоса и стохастического поведения систем. Эти процессы являются вычислимыми, моделируемыми на компьютере, но моделируется при этом не индивидуальное, а типичное поведение системы.

Подчеркивается, что искомый невычислимый физический процесс не является исключительным атрибутом деятельности мозга: «Необходимо допустить, однако, что этот (предполагаемый) невычислимый процесс также присущ и неживой материи, поскольку живой человеческий мозг в конечном счете состоит из того же материала, что и неодушевленная природа. В этой связи мы должны задать два вопроса. Во-первых, почему феномен сознания проявляется, насколько мы это знаем, только в мозге (или в связи с ним) - хотя мы не должны исключать возможность наличия сознания у других физических систем. Во-вторых, мы должны спросить о том, как могло случиться, что такой по-видимому очень важный ингредиент, как невычислимый процесс, характерный (по крайней мере потенциально) для всех материальных процессов, до сих пор не попадал в поле зрения физиков?”(с. 216).

Теоретический поиск места проявления невычислимого процесса в современной физике приводит к фундаментальным проблемам квантовой теории. Точка зрения по поводу перспектив развития квантовой теории формулируется на основе различения Х- и Z-чудес квантовой теории. Х-чудеса, от английского paradox, это не укладывающиеся в рамки здравого смысла следствия квантовой теории, которые возникают в связи с переходом от квантового уровня на макроскопический. Наиболее известным примером Х-чуда является парадокс кошки Шрёдингера, обусловленный противоречием между линейностью уравнения Шрёдингера, допускающим в силу свойства линейности линейную суперпозицию исключающих друг друга с макроскопической точки зрения альтернатив (кошка жива и кошка мертва), и макроскопическим описанием, не допускающим совмещения взаимоисключающих альтернатив: кошка либо жива, либо мертва, но никак не жива и мертва одновременно.

В более общей постановке это проблема редукции волновой функции, проблема квантовых измерений, которая является ключевой для обнаружения невычислимого физического процесса.

Примером Z-чуда (от англ. pazzle - головоломка) квантовой теории является известный эксперимент Эйнштейна - Подольского - Розена. Х- и Z-чудеса квантовой теории различаются еще тем, что Х-чудеса являются следствием формализма и неподтверждены экспериментально, а Z-чудеса либо уже экспериментально подтверждены, либо очень правдоподобны. Существуют две точки зрения на перспективу существования чудес квантовой теории. Одна точка зрения состоит в том, что несмотря на всю их парадоксальность и противоречие здравому смыслу рано или поздно придется их принять, поскольку такова природа квантового мира. Другая точка зрения, разделяемая автором книги, состоит в том, что Х-чудеса квантовой теории обусловлены ее неразработанностью. Это означает, что с течением времени Х-чудеса “будут вычеркнуты из списка” чудес квантовой теории, так как они неприемлемы с философской точки зрения. Допустимы только Z-чудеса, ибо в их присутствии “мы можем спокойно лодырничать”(с.236).

Вопрос о том, является ли редукция волновой функции реальным физическим процессом или некоторой иллюзией детально обсуждается.

Означает ли наличие противоречий между квантовым и классическим описаниями, описаниями микро- и макроуровня, что существует два вида законов, каждый из которых действует на своем уровне? “Моя точка зрения, разделяемая немногими физиками, состоит в том, что такое состояние физического описания (существование двух видов законов. - Прим. реф.). не может быть ни чем иным, как приостановкой в развитии физики и мы можем ожидать, что открытие квантово-классических законов, которые однородно действуют на всех масштабах, может означать научное открытие, сравнимое с теми, которые инициировали Галилей и Ньютон”(с. 307-308).

Поляризация мнений по поводу соотношения квантового описания(“процедура U”, в основе которой лежит уравнение Шредингера) и редукции волной функции (“R-процедура”) такова: «Есть рассматривающие U-процедуру, как все то, что существует в эволюции квантового состояния. Соответственно R-процедура рассматривается как некоторый вид иллюзии, соглашения или аппроксимации и не считается частью эволюции реальности. В этом случае оказывается предпочтительной интерпретация многих миров Эверетта... С другой стороны, есть те, кто рассматривает квантовый формализм серьезно и в то же время верит, что не только U-, но и R-процедура являются реальными физическими процессами в квантово-классическом мире. Но если квантовый формализм рассматривается серьезно, то тогда очень трудно верить в то, что эта теория может быть полностью точна на всех уровнях. Поскольку R-процедура противоречит многим свойствам U, в особенности ее линейности» (с. 309-310).

Приводятся такие возражения против интерпретации многих миров Эверетта: а) она неэкономична; б) она не объясняет, как из множества миров происходит выбор одного мира, т.е. как измерение дает конкретный результат; в) «без теории того, как “воспринимающее существо” делит мир на ортогональные альтернативы, у нас нет оснований полагать, что такое существо не могло бы осознавать линейную суперпозицию мячей для гольфа или атомов, находящихся в совершенно различных точках пространства» (с. 312). Кроме этого, интерпретация многих миров не объясняет, как именно квадрат модуля комплекснозначной функции (волновой функции) приобретает смысл вероятности.

Обсуждаются также трудности интерпретации R-процедуры в рамках подхода «для всех практических целей» и в качестве следствия акта осознавания. В последнем случае трудность связана с вопросом о том, какова природа законов, управляющих поведением макроскопических систем, в отсутствии наблюдателя: погода на отдаленной планете - это конкретный макроскопический процесс или линейная суперпозиция комплексных альтернативных состояний?

Вывод автора состоит в том, что необходима новая теория редукции волновой функции. Эта теория должна строиться в рамках физики без привлечения феномена сознания. Проблема сознания - это гораздо более сложная проблема, чем проблема квантовых измерений (с. 330-331).

В книге рассматриваются две гипотезы о механизмах редукции волновой функции: обусловленный гравитацией и обусловленный взаимодействием с внешней средой.

Существование противоречий между описаниями мегамира (ОТО) и микромира (КТ) является одной из фундаментальных проблем современной теоретической физики. Примерно с середины 60-х годов делаются попытки построения согласованных теорий, связанные с пересмотром основ квантовой теории. В 1986 г. Гирарди, Римини и Вебер выдвинули гипотезу спонтанной редукции волновой функции свободной частицы, которую поддержал Дж. Белл.

В главах, посвященных квантовой теории, уделяется много внимания доступному широкой публике изложению ее формализма, описывается парадокс Эйнштейна - Подольского - Розена (квантовая нелокальность), состояние его экспериментальной проверки. В качестве наглядного занимательного примера квантовой нелокальности приводится головоломка о магических додекаэдрах.

Какое же все это имеет отношение к мышлению, сознанию? Ответу на этот вопрос посвящена глава “Квантовая теория и мозг”.

Широко распространено мнение о том, что мозг можно моделировать как классическую систему, в описание которой квантовые эффекты по существу дела не входят. (Хотя, разумеется, в основе всех химических и электрических явлений, протекающих в мозге, лежат квантовые закономерности, но это квантовые явления микроскопического, а не макроскопического уровня). Мозг - это макроскопическая система, перенос нервных импульсов осуществляется по схеме “включено/выключено” без каких-либо чудес квантовой суперпозиции, допускающих одновременность “включено” и “выключено”.

Утверждается, что классического описания функционирования головного мозга по существу дела недостаточно для описания феномена сознания. Функционирование мозга как классической системы - это алгоритмизируемый, вычислимый процесс, а в силу аргументов, приведенных в первой части книги, мышление - это неалгоритмизируемый, невычислимый процесс. Приводятся следующие аргументы в пользу необходимости привлечения квантовых представлений для описания функционирования мозга: а) чувствительность ретины к нескольким, а в определенных условиях и к одному фотону, показывает, что некоторые нейроны работают не как классические устройства, а как квантовые, их порог чувствительности простирается вплоть до квантового уровня; б) гипотеза Экклза о том, что для описания функционирования некоторых структур мозга (паракристаллическая гексагональная решетка в пирамидальных клетках мозга) необходимо привлечение квантовых представлений; в) фундаментальное открытие резонансов в биологических мембранах в миллиметровом диапазоне электромагнитных волн, сделанное Фрелихом в 30-х годах, для объяснения которых он полагал необходимым привлечение представлений о квантовой когерентности.

Где именно в мозге проявляются квантовые явления, существенные для мышления? Мозг как система нейронов с фиксированными связями - это система, которая не может может быть моделирована на компьютере. Невычислимость мышления связана со свойством пластичности мозга (изменениями синоптических связей), обусловливающим его способность к обучению. Поиск структурных элементов мозга на клеточном уровне, для функционирования которых могут быть существенны эффекты квантовой когерентности, выводит за пределы собственных норм системы в нанобиологии. Приводятся экспериментальные данные о наличии сложных поведенческих реакций у одноклеточных организмов вплоть до способности к обучению. На этой основе делается вывод о наличии у этих организмов некоторой формы сознания. Ключевую роль для существования этой формы сознания играет не ядерная структура клетки, где содержится вся генетическая информация, а скелет клетки, выполняющий кроме функции поддержания ее формы также функции передвижения и питания. Собственно переход от нервной системы к одноклеточным осуществляется следующим образом.