Файл: деп_тукс_10_11.doc

С.И. Доронин следующим образом трактует феномен сознания в терминах квантовой теории информации.

«Определение 1. Сознание — внутреннее свойство системы (открытой или замкнутой), которое заключается в ее способности различать и реализовывать отдельные допустимые для нее состояния.

С одной стороны это определение способно охватить все другие определения, которые только могут быть сформулированы в самых различных науках (философии, психологии и т. д.), а с другой стороны — оно вполне физично и допускает количественное описание.

Набор различных допустимых состояний системы и их реализация (переходы между состояниями) не выходят за рамки квантовомеханического описания. Мне кажется, что этих двух основных характеристик может оказаться вполне достаточно, чтобы ответить на вопрос, есть ли сознание у того или иного объекта. Поскольку, например, в окружающем мире они сразу показывают качественное отличие объектов неживой природы, которые не имеют возможности выбрать допустимое состояние по своему усмотрению, от живых существ, имеющих перед собой некий набор возможных решений.

Согласно определению 1, будет справедливо следующее утверждение.

Утверждение 1. Необходимым и достаточным условием для наличия сознания в произвольной системе является ее способность различать и реализовывать свои допустимые состояния.

Определение 2. Элементарным сознанием называется сознание односоставной двухуровневой системы, способное различать два основных своих состояния и реализовать любое из них.

То есть элементарное сознание — это «сознательный» кубит, способность системы «изнутри» нарушить суперпозицию состояний и перейти в одно из двух основных своих состояний: |Ψñ = |0ñ или |Ψñ = |1ñ. Элементарное сознание — способность системы управлять амплитудами и в векторе состояния |0ñ+|1ñ.

Термин «различать» можно трактовать таким образом: сознание имеет в своем распоряжении набор потенциально возможных состояний, отличающихся, например, по энергии. Система «видит» набор состояний, в которые она может перейти, и эти состояния не вырождены, не равноценны, различны по какой-либо характеристике. Сознание как бы имеет «свободу выбора» между этими состояниями. Самый простой пример можно привести для «элементарного сознания» — кубита. В суперпозиционном состоянии для кубита одновременно существуют два потенциально возможных состояния, в которые он может перейти: 0 и 1.

Реализация состояния — это переход системы в то или иное состояние.

Допустимые состояния — те, которые удовлетворяют наложенным на систему ограничениям. Наиболее очевидное ограничение — по энергии системы, поскольку энергия состояния должна лежать в пределах возможного изменения энергии системы. Можно различать внутренние и внешние ограничения. Внутренние ограничения — когда сознание «видит» свои потенциально возможные состояния, но некоторые из них не будет реализовывать из-за своих внутренних убеждений. Это своего рода квантовомеханическое определение нравственности. А внешние ограничения — те, что налагаются на систему внешним окружением.

Согласно первому определению, сознание — это и есть то внутреннее свойство системы, которое может осуществить «редукцию волновой функции». Нет сознания — окружение будет диктовать свою волю, и состояние будет редуцировано в какое-либо одно из набора других допустимых состояний. Но сознание способно «подкорректировать» этот процесс и перейти в то состояние, которое ему (сознанию) представляется наиболее «выгодным».

В определении предполагается, с одной стороны, возможность сознания осуществить «коллапс волновой функции», поскольку реализация допустимого состояния — это и есть редукция (полная или частичная) вектора состояния. С другой стороны, возможность обратного процесса — перехода от редуцированного состояния к полной суперпозиции состояний, так как последнее тоже является одним из допустимых состояний системы. Можно сказать, что это преобразование квантовой информации в классическую и обратно. Квантовая информация — это то, чем оперирует, манипулирует сознание.

Нужно различать, за счет чего происходит редукция состояния. Обычно в квантовой механике предполагается, что декогеренция (редукция) осуществляется за счет взаимодействия с окружением. Феномен же сознания необходимо связать с редукцией, осуществляемой самой системой «изнутри». Сознание должно отражать «внутреннее свойство системы». В случае открытой системы окружение накладывает ограничение на число допустимых состояний, но если есть сознание в открытой системе, то все равно остается огромное число вариантов различных состояний и «свобода воли» в рамках допустимых состояний.

Сознание — это нематериальная часть системы. Например, любая наша мысль — это уже реализация одного из наших допустимых состояний. Что касается человека, то к ним относятся не только различные состояния нашего физического тела, но и любые эмоциональные, ментальные состояния.

Определение 3. Мера сознания определяется числом допустимых состояний системы, которые она способна различить.

Эта характеристика должна количественно описывать первую особенность сознания — способность различать состояния.

Поскольку мера сознания связана с числом состояний, она может быть выражена в терминах количества информации, которой способна оперировать система. Элементарное сознание, например, оперирует одним битом классической информации или одним кубитом квантовой информации (и способно перевести квантовую информацию в классическую и обратно).

Для количественной характеристики второй особенности сознания — способности реализовывать, то есть переходить в одно из допустимых состояний, которые система сумела различить, можно ввести другое определение.

Определение 4. Волей называется количественная характеристика сознания, равная числу состояний, которые могут быть реализованы самой системой.

Предполагается, что самостоятельно система способна реализовать только те состояния, какие она сумела различить. Максимальная (абсолютная) воля при этом равна мере сознания, когда система может самостоятельно перейти в любое из состояний, которое смогла различить. Нулевое значение воли соответствует такой системе, которая, несмотря на то, что сумела выделить некоторое число допустимых для нее состояний, не способна изменить свое текущее состояние и перейти в новое состояние.

Иметь потенциальную возможность реализации какого-либо состояния мало. Необходимо еще уметь перейти в него. Поскольку при квантовомеханическом описании энергия является функцией состояния, то переход из одного состояния в другое связан с умением системы манипулировать и управлять потоками энергии на различных уровнях. И «воля» — это не просто инструмент поиска и выбора оптимального состояния системы, а характеристика «личной силы» системы, то есть ее способности перераспределить энергетические потоки таким образом, чтобы достигнуть определенного допустимого состояния. Свои ограничения здесь накладывает окружение, и понятие «воля» имеет отношение к внешним воздействиям. Реализация определенного состояния в случае открытой системы и есть управляемое взаимодействие с окружением. Но этот термин справедлив и в случае замкнутой системы.

Определение 5. Вниманием называется способность сознания выделять из общего числа различимых состояний системы отдельные классы состояний, качественно различные по своим характеристикам.

Определение 6. Классом состояний называются состояния, принадлежащие гильбертову пространству в некотором заданном диапазоне размерностей. В наиболее простом случае минимально узкого диапазона класс состояний принадлежит гильбертову пространству одной размерности.

В последнем случае, например, для системы А состояния типа (АВ), (АС), (АD)... принадлежат одному классу, состояния (АВС), (АСD), (АВD)... — другому классу и т. д.

Определение 7а. Степень развития сознания определяется количеством различных классов состояний, которые система способна выделить своим вниманием.

Определение 7б. Уровень сознания характеризуется тем классом состояний, на который сознание направляет свое текущее внимание.

Определение 8. Самосознание — способность системы различать и реализовывать отдельные, допустимые для нее состояния на верхнем уровне сознания совокупной замкнутой системы.

Сознание самой замкнутой системы, таким образом, совпадает с самосознанием, поскольку оно способно непосредственно оперировать состояниями на верхнем уровне. В случае открытой системы эти два понятия различаются. Подсистема должна еще «дорасти» до возможности «произносить слова» (хотя бы мысленно), вносящие свои (порой самые незначительные) изменения на верхнем уровне сознания.

Комплекс определений может быть расширен, но все они будут являться следствием основного определения. Например, эмоции, мышление, самосознание, наличие памяти можно связать с различными классами допустимых состояний и взаимными переходами между ними (мысль способна породить эмоцию или привести в действие физическое тело, и наоборот).

Если говорить о возможности развития сознания, то уместно предположить, что для этого достаточно возникновения в замкнутой системе одного элементарного сознания, чтобы запустился лавинообразный процесс развития сознания. Представим это следующим образом. Возьмем линейный гармонический осциллятор с вектором состояния |0ñ+|1ñ, амплитуды которого изменяются по гармоническому закону (одна — как синус, другая — как косинус, сумма их квадратов равна единице). При наличии сознания он может заметить разницу в своем внутреннем состоянии, когда будет находиться в своих крайних положениях. Эта «ощутимая» разница между двумя основными состояниями будет существовать, поскольку каждое из них по-своему нарушает их исходную суперпозицию и получит свой «отклик» со стороны окружения. Осциллятору достаточно будет выбрать и зафиксировать одно из понравившихся ему состояний, чтобы нарушить исходное несепарабельное состояние и на некоторое время «продлить себе удовольствие» — пока возникающие потоки энергии вновь не выправят ситуацию и не заставят его снова производить гармонические колебания. При этом все остальные подсистемы будут «ощущать» незнакомые для себя «переживания». Память об этой маленькой «радости» у нашего осциллятора может остаться, и он будет пытаться воспроизвести это состояние снова, постепенно объединяясь в своем стремлении с другими подсистемами, то есть сознание будет «разрастаться», увеличивая число степеней свободы. Два различных состояния осциллятора обладают различной энергией, поскольку при отклонении от равновесия он будет находиться во внешнем поле, создаваемом окружением, и станет стремиться к состоянию с наименьшим значением энергии.

Расширение набора допустимых состояний происходит в результате эволюции системы. Для открытой системы — это эволюция во внешней среде, в определенном пространственно-временном континууме (например, когда человек взрослеет, у него увеличивается набор допустимых состояний), для замкнутой системы — это эволюция в собственном субъективном времени (она может являться следствием локальной эволюции ее подсистем).

Если сознание развивается, то увеличивается и число допустимых состояний системы, и размерность пространства состояний (гильбертова пространства), в котором функционирует сознание. Моделировать этот процесс можно увеличением числа взаимодействующих кубитов.

Человек способен различать огромное, практически бесконечное, число состояний. Можно взять логарифм от числа таких состояний, как это делается, например, для энтропии. В этом случае мера элементарного сознания (два состояния) как раз будет равна единице.

Теоретический анализ проще всего начать с самых простых квантово-теоретических моделей сознания. Возьмем за основу известный метод, обобщающий понятие квантового измерения, который базируется на технике супероператоров ПОМ (положительной операторной меры, POVM — positive operator-valued measure). Он исходит из разложения единицы в гильбертовом пространстве системы, которая взаимодействует со своим окружением. В качестве собственных состояний, по которым проводится разложение единицы на сумму неотрицательных операторов (супероператор), можно выбирать различные наборы парных альтернативных состояний. Например, в простейшем случае это может быть пара состояний хорошо/плохо: человек «наделяется» элементарным сознанием, позволяющим ему различать два этих состояния. Уже в этом базисе квантовая механика позволяет описать бесконечно большое число всех промежуточных состояний — от состояния «совсем плохо» (при смерти) до «абсолютной благодати». Пару состояний хорошо/плохо можно рассматривать как аналог двух классических состояний |0ñ и |1ñ. В рамках квантовой теории начинает работать суперпозиция этих состояний, и возможно, например, максимально запутанное состояние — «ни хорошо ни плохо», то есть «никак». В зависимости от значения амплитуд суперпозиции доступен весь диапазон состояний в этом базисе. Наглядное представление об этом дает сфера Блоха.

Далее можно увеличивать точность описания, наращивая размерность гильбертова пространства, то есть добавляя другие пары альтернативных состояний — здоровье/болезнь, веселье/грусть, безопасно/страшно, добрый/злой и т. д. При этом набор таких состояний мы можем разделить на несколько частей, характеризующих качественно различные классы состояний сознания и соответствующие