Применима ли квантовая физика к живым системам?
Квантовую теорию подтвердили бесчисленные эксперименты, и ни один из них ее не опроверг. Она стала ключевой частью описания окружающего нас мира, но по-прежнему сохраняется вопрос: применима ли квантовая теория также к живым системам? Специалисты по квантовой физике расходятся во мнениях на этот счет. Шрёдингер считал квантовую физику неполной, эти взгляды разделяли Эйнштейн и де Бройль. Шрёдингер был убежден, что должно существовать исчерпывающее научное объяснение жизни и что квантовая физика должна предоставить полную биологическую основу для изучения химических и физических аспектов жизни. Нынешняя квантовая механика этого не позволяет, отсюда и мнение, что ей недостает полноты.
В отличие от Шрёдингера, Бор рассматривал жизнь как дополнение к тому, что можно подтвердить или доказать с помощью квантовой физики, описывающей только процессы в «неживой» материи. Таков его вариант «Копенгагенской интерпретации» квантовой физики. По мнению Бора, жизнь «непознаваема» и квантовая физика никогда не сможет представить научное объяснение для жизненных процессов, поскольку они включают нестатистические процессы «высшего» порядка (то есть не поддаются статистическим вычислениям). Бом тоже придерживался мнения, что реальность в ее глубочайшем смысле непознаваема [31]. В живой материи переход от нелокального пространства в физический мир, то есть пространственно-временной континуум, относится к нестатистическим (хаотическим) и непериодическим (непредсказуемым) процессам, так как этот переход на самом деле возможен только с малым количеством атомов или даже с одним атомом. Современная квантовая физика описывает только статистические процессы в «неживой» материи, потому что переход из нелокального пространства в наш физический и измеримый мир – по сути дела, статистический процесс низшего порядка. Опираясь на все прочитанное, я интуитивно склоняюсь к интерпретации Бора.
Еще одну проблему для квантовой физики живые системы представляют тем, что она применима только к когерентным и замкнутым системам. Живая система с ее потерями тепла и дыханием обменивается информацией со своим окружением и тем самым провоцирует декогерентность (утечку информации), то есть потерю когерентных и гармоничных процессов. Согласно некоторым интерпретациям, это исключает возможность квантовых физических процессов. Однако интерференция, а значит, и когерентность, была продемонстрирована на примере огромных, как футбольный мяч, молекул при 650 °C, а в 2000 году в Nature опубликовали две статьи о квантовой суперпозиции при макроскопических состояниях в сверхпроводящем квантовом интерферометре (СКВИД), содержащем миллиарды спаренных электронов в когерентном состоянии. Эти результаты имеют как практическое, так и философское значение [32].
Квантовая теория, самоорганизация и сознание
Несмотря на приведенные выше возражения, некоторые ученые, в том числе квантовые физики, убеждены в квантовой когерентности во всех живых системах на клеточном и субклеточном уровнях. Это явление можно объяснить самоорганизующей способностью живой материи, при которой бесструктурная, инертная, хаотичная материя из непосредственного окружения поглощается динамической структурой с упорядоченной когерентностью, как описывал нобелевский лауреат, физикохимик Илья Пригожин. Физик Герберт Фрёлих высказал убедительные предположения для таких процессов в живой материи даже при температуре тела. Он описал, как молекулы и клетки начинают вибрировать и образовывать когерентное целое с идентичными частотами, так что в упорядоченном состоянии их можно сравнить с конденсатом Бозе-Эйнштейна – системой, множество составляющих частей которой не просто ведут себя как одно целое, а в самом деле становятся целым. Таким образом, составляющие части теряют свою индивидуальность. Это происходит только в том случае, когда все свойства и вся информация сливаются в когерентное целое. Можно сравнить это явление с хором, в котором много голосов превращаются в одно гармоничное целое, один голос, или со слаженно звучащим оркестром. На протяжении многих лет ученые вели споры о том, применимы ли принципы таких конденсатов на макроскопическом уровне и к живым системам [33].
Живые системы состоят из различных субсистем, которые активно когерентны, но вместе с тем демонстрируют разные уровни порядка и неупорядоченности и могут быть регулярными и нерегулярными, стабильными и нестабильными одновременно. Конечный результат – организованный хаос, составляющий так называемую самоорганизующуюся систему с паттернами или структурами, возникающими из взаимодействия с внешним миром без непосредственного воздействия этих внешних факторов. Наглядный пример самоорганизации – водоворот в потоке воды, на форму воронки которого влияет скорость потока и объем воды, но сам по себе водоворот – спонтанное и саморегулирующееся явление. Опираясь на теоретическую возможность наличия способности к самоорганизации у живой материи, ряд ученых занимался поисками квантово-механического объяснения для взаимосвязи сознания и мозга.
Обратившись к принципу когерентных систем, созданных в процессе самоорганизации, нейробиолог Хермс Ромейн предположил, что постоянно меняющиеся электрические и магнитные поля нейронных сетей (фотоны и, возможно, виртуальные фотоны), которые можно считать феноменом биологической квантовой когерентности благодаря их свойству самоорганизации, могут быть «носителями» или «продуктом» сознания и его памяти. Модель Ромейна сопоставима с идеей нейрохирурга Карла Прибрама о том, что воспоминания не могут храниться в маленьких группах нейронов – только в когерентных паттернах, образованных электромагнитными полями нейронных сетей. С точки зрения Прибрама, мозг функционирует как голограмма. Эта голограмма способна хранить обширное количество информации человеческой памяти. Прибрам выдвинул эту идею в ответ на поразительные эксперименты Карла Лешли, который уже в 1920 году доказал, что воспоминания хранятся не в какой-то одной части мозга, а по всему мозгу в целом. Эксперименты на крысах показали: неважно, какие части мозга крыс и в каком количестве были удалены, – животные все равно оказывались способными выполнять сложные задачи, которым их обучали перед операцией на мозге. Проблема заключалась в том, что в то время никто так и не смог найти способ объяснения для хранения воспоминаний по принципу «целое в каждой части». Обилие свидетельств предполагает, что наш мозг пользуется голографическим принципом, выполняя свои задачи, потому что Прибрам также продемонстрировал это, удалив 90 % зрительной коры головного мозга или 98 % зрительного нерва у кошки, и она по-прежнему сохранила способность выполнять сложные зрительные задачи. Эти эксперименты позволяют предположить, что и память, и зрительное восприятие можно объяснить только исходя из голографического принципа. То же самое недавно было продемонстрировано для акустических явлений (нашего слуха) [34].
С учетом современных достижений квантовой физики и теории, согласно которой сознание и воспоминания хранятся в нелокальном пространстве в виде волновых функций, нам следует говорить уже не о голографической организации, а скорее, по примеру Ромейна, о нелокальном хранилище информации, в котором воспоминания нелокально и мгновенно досягаемы. Если это действительно так, тогда обработка зрительной и слуховой информации также происходит в соответствии скорее с нелокальными, нежели с голографическими принципами. Этим могут объясняться возможность восприятия во время внетелесного опыта, а также панорама жизни с подробными воспоминаниями и образами во время ОСО, в измерении без времени и расстояния.
