Квантовая запутанность и ее последствия для современной науки [закрыто]

Это распространенное заблуждение, что наука должна осуществляться с использованием наиболее общей доступной модели. Вы все еще можете использовать ньютоновские определения гравитации, чтобы объяснить, почему мячи катятся вниз, а не вверх, даже несмотря на то, что ньютоновская физика прочно вытеснена теорией относительности. Все, что вам нужно сделать, чтобы сделать обоснованный научный вывод, — это продемонстрировать, что ваши предположения разумны для исследования. В случае нейронауки обычно соглашаются, что макроскопическая классическая механика является достаточной моделью для построения.

Одна из основных причин, по которой наукам это сойдет с рук, заключается в том, что каждый из их выводов имеет некоторую статистическую достоверность. Когда они объявляют, что «мы нашли бозон Хиггса», на самом деле они говорят: «Лучшие модели, в которых отсутствует бозон Хиггса, могут давать данные, которые мы наблюдали, только в 0,000001% случаев». Хотя вы не услышите эту дополнительную информацию на большинстве публичных форумов, реальные журнальные статьи, описывающие открытие бозона Хиггса, очень тщательно выражают свою уверенность в результате.

Вероятность того, что запутанность повлияет на макроскопическую систему, астрономически мала. Для «макроскопических» систем эти вероятности обычно описываются вероятностью появления 10 ^-x, где x легко находится в старших двузначных числах и быстро достигает 3 и 4 цифр. На самом деле определение «макроскопический» часто означает «точку, в которой можно игнорировать квантовые эффекты». Физика элементарных частиц часто требует 6-сигма-результатов, что означает 99,9999% уверенности в результате — один шанс на миллион из-за глупого статистического везения. Медицинские исследования, такие как неврология, обычно более снисходительны и требуют еще меньшей уверенности. Добавление 0,0000000000000000001% вероятности того, что запутанное поведение было реальной причиной, незначительно по сравнению со статистическими вероятностями, уже присутствующими в измерении. И я выбрал только 10 ^ -18 для этой произвольной вероятности выше. В реальных сценариях вероятность еще ниже и, следовательно, даже меньше статистической неопределенности измерений.

Есть _ученые, изучающие возможность того, что результаты, наблюдаемые в неврологии, связаны с квантовыми эффектами, особенно те, кто изучает сознание. Однако таких ученых немного, потому что они борются со сложной задачей. Никто не воспримет их заявления как действительный научный экспериментальный вывод без эксперимента. Чтобы провести эксперимент, им сначала нужно продемонстрировать, что потенциал квантовых эффектов для значимого воздействия на мозг намного выше, чем кто-либо еще считает. У них не может быть вероятности 10^-100, что это происходит. Им нужно продемонстрировать, что в нейронах есть структуры, ключевое поведение которых плохо моделируется без квантовой физики. Затем, как только они определят такую ​​потенциальную структуру,

Работа в этом направлении ведется . В мозгу есть несколько микротрубочек, которые, по-видимому, проявляют резонанс на квантовом уровне. Однако этому не уделялось большого внимания, потому что другие ученые не убеждены, что эти эффекты играют достаточно большую роль в неврологической активности, чтобы требовать дальнейшего изучения. Тем, кто его изучает, приходится бороться за то, чтобы найти финансирование для продолжения своей работы. Является ли это пародией или естественной частью реальности науки — вопрос мнения. В любом случае, без какой-либо четкой связи с квантовой сферой, статистические отклонения от квантового поведения просто недостаточны, чтобы поставить под сомнение совокупность существующих работ, основанных на классических результатах.

Я дам общий ответ об отношениях между КМ и сознанием и пока проигнорирую двусмысленное использование ОП терминов недвойственность и нелокальность.

Квантовая механика (КМ) действительно изначально представляла серьезную проблему как для изучения сознания (и, в более широком смысле, нейробиологии), с одной стороны, так и для эпистемологии, с другой стороны (теории познания). Эта проблема возникает не напрямую из-за запутанности, из проблемы измерения .

Обычно связь между КМ и сознанием не обсуждается с точки зрения запутанности как таковой. Однако запутанность является следствием квантовых суперпозиций и измерений и, таким образом, связана с вопросом через связь с проблемой измерения в целом. Есть некоторые исключения, см. статью в Nature , упомянутую в конце ответа.

Проблема заключалась в следующем: КМ, кажется, указывает на то, что природа следует двум различным наборам правил, в зависимости от того, измеряет ли сознательный наблюдатель непосредственно эксперимент или нет. Суперпозиции состояний (двойственность волны и частицы) сохранялись только до тех пор, пока никто не смотрел прямо на изучаемые объекты. В тот момент, когда сознательный наблюдатель вошел в картину, волновая функция схлопнулась, и частица потеряла свою «квантовую» природу. Говоря более формально, эволюция квантовых систем была линейной (гамильтоновой эволюцией), когда никто не смотрел, и нелинейной, когда вмешивался наблюдатель.

Это, казалось, давало наблюдателю привилегированный статус по сравнению с другими физическими системами. Наблюдение требует сознания, и в сознании должно быть что-то особенное, чтобы иметь свой собственный набор правил, отдельный от всех других физических систем. Для многих это было странно похоже на субстанциональный, или картезианский, дуализм и более раннее заявление Декарта о том, что разум обладает свойствами, радикально отличными от свойств физических субстанций. Декарт пришел к выводу, что разум должен быть отдельным типом субстанции, отсюда и термин дуализм (материя субстанции против субстанции разума).

КМ, казалось, подтверждала эту общую концепцию фундаментального различия между разумом и материей (даже если детали несколько отличались от первоначальной формулировки Декарта): физические объекты следовали линейным правилам , но ментальные процессы приводили к нелинейному коллапсу, поэтому они должны быть различные типы сущностей.

Вторая причина, по которой КМ представляла интерес для философов разума, заключалась в том, что она предлагала выход из дилеммы свободы воли : Успех современной науки и особенно ньютоновской механики заставил многих ученых поверить в то, что, поскольку мир управляется законами физики , у нас нет свободы воли, как наиболее известно выразил Лаплас . КМ был очень соблазнителен с этой точки зрения, поскольку предлагал выход, при котором вселенная все еще может быть физической, но оставляет место для недетерминизма и, в конечном счете, свободы воли.

Есть несколько человек, которые обсуждали взаимосвязь между КМ и сознанием , но, вероятно, самым известным примером является Роджер Пенроуз, который вместе с Хамерхоффом предложил свою модель Orch-Or , объясняющую, как квантовые эффекты внутри нейронов ответственны за сознание.

Пенроуза не приняли хорошо: физики отклонили его заявления на том основании, что мозг слишком горячий, а нейроны слишком большие, чтобы они могли работать по квантовым принципам. Квантовые компьютеры обычно работают в гораздо меньших масштабах, чем нейроны человека, и при очень-очень низких температурах (близких к абсолютному нулю). Философы разума отвергли его, потому что сейчас в моде функционалистский материализм, а Пенроуз — платоник/дуалист. Ученые-компьютерщики, работавшие над машинным интеллектом, ненавидели его, потому что он считал, что сильный ИИ невозможен (хотя его причины были связаны не только с КМ).

Многие физики теперь считают, что проблема измерения КМ решена и что она не требует, чтобы сознательный наблюдатель имел волновую функцию, благодаря теории декогеренции , которая утверждает, что именно взаимодействие с окружающей средой и измерительным прибором, а не наблюдатель, вызывает коллапс. Если это так, то между КТ, сознанием и нейронаукой нет никакой связи, кроме, возможно, косвенной через проблему свободы воли. Однако эта точка зрения принимается не всеми.

На самом деле , недавняя статья в Nature обеспечивает прямую связь между запутанностью теорий разума и сознания. В нем авторы утверждают, что результаты QM бросают вызов не только локальности, но и реализму. Реализм — это позиция, согласно которой реальность существует независимо от наблюдателя, в отличие от идеализма, утверждающего, что ментальное является наиболее фундаментальным уровнем реальности. Авторы не используют слово идеализм, но подходят довольно близко. Цитирую авторов:

Большинство работающих ученых придерживаются концепции «реализма» — точки зрения, согласно которой внешняя реальность существует независимо от наблюдения. Но квантовая физика разрушила некоторые из наших краеугольных убеждений. Согласно теореме Белла, любая теория, основанная на совместном допущении реализма и локальности (что означает, что локальные события не могут быть затронуты действиями в пространственно-подобных разделенных областях), расходится с некоторыми квантовыми предсказаниями. Эксперименты с запутанными парами частиц убедительно подтвердили эти квантовые предсказания, тем самым сделав локальные реалистические теории несостоятельными. [...] Наш результат предполагает, что отказ от концепции локальности недостаточен для согласования с квантовыми экспериментами, если не считать определенных интуитивных особенностей. от реализма отказались.

(Вы слышите смех Беркли и Канта из потустороннего мира?)

К сожалению, изучение взаимосвязи между сознанием и КМ приобрело плохую репутацию из-за таких, как Дипак Чопра, и его псевдонаучной чепухи , так что даже признанные физики, такие как Пенроуз, отвергаются, когда они поднимают вопрос о связи.

Это интересная статья о том, почему все еще может быть некоторая ценность в изучении QM и разума.

Квантовая запутанность заключается в том, что при определенных обстоятельствах микрофизические объекты (например, фотоны, электроны), происходящие из общего источника, не могут рассматриваться как отдельные частицы.

Вместо этого все частицы из источника сохраняют свои системные свойства в течение определенного времени. Следовательно, взаимодействие с одной частицей непосредственно влияет на систему, а тем самым и на все остальные частицы системы (нелокальность).

В целом эффекты требуют тщательной подготовки экспериментальной ситуации.

Квантовая запутанность является активной областью исследований. Следовательно, не все вопросы уже нашли свой ответ. В частности, все еще необходимо исследовать, насколько повсеместен эффект, ограничен ли он квантовым уровнем и т. д.?

Я не знаю об эксперименте, который показывает, что квантовая запутанность важна для нейронауки.

При проведении расплывчатой ​​аналогии: квантово-механическое соотношение неопределенностей не показало никакого отношения к нейробиологии. Потому что рассматриваемые нейронные сборки действуют в гораздо большем масштабе, чем масштаб микрофизики. Возможно, то же самое верно и для квантовой запутанности.

Кроме того, квантовая запутанность обычно называется нелокальной . Вы также нашли заголовок недвойственным ? Потому что термины дуалистический и недуалистический имеют разное значение в философском контексте.