Чтобы понять, из-за чего сыр-бор, нужно на минуту остановиться на том, что квантовая механика вообще утверждает. В классической физике - той, которую придумал Ньютон и которая прекрасно описывает падение яблок и движение планет - объекты имеют определённые свойства. Мяч находится вот здесь, летит вот с такой скоростью, имеет вот такую массу. Всё измеримо, всё предсказуемо, всё существует независимо от того, смотришь ты на мяч или нет.

Квантовая механика говорит: на уровне элементарных частиц это не так. Электрон до измерения не имеет определённого положения. Он находится в суперпозиции - одновременно во всех возможных состояниях сразу, каждое с определённой вероятностью. Когда вы его измеряете, волновая функция «коллапсирует» - электрон выбирает одно состояние. Но до измерения выбора нет.

Эйнштейн считал это абсурдом. Луна существует, даже когда на неё никто не смотрит. Должна существовать. Значит, квантовая механика чего-то не учитывает - какие-то «скрытые переменные», которые на самом деле определяют поведение частицы, просто мы их не видим.

В 1935 году Эйнштейн вместе с Подольским и Розеном опубликовал статью, которая вошла в историю под аббревиатурой ЭПР. Мысленный эксперимент, который должен был показать: квантовая механика неполна.

Мысленный эксперимент выглядел примерно так. Представьте, что у вас есть два электрона, которые «запутались» - провзаимодействовали таким образом, что их квантовые состояния стали связаны. Теперь разнесите их на огромное расстояние - скажем, один на Земле, другой на Марсе. Измерьте спин первого электрона. Вы мгновенно узнаете спин второго - он будет противоположным.

Эйнштейн говорил: это доказывает, что спины были определены с самого начала, просто мы не знали. Как пара перчаток: если вы открыли коробку и увидели правую перчатку, то вторая - левая, и это не потому что коробки «связаны», а потому что перчатки были разложены заранее.

Бор возражал: нет, спины не определены до измерения. Измерение первого электрона мгновенно влияет на второй, где бы он ни находился.

Именно эту «мгновенную связь на расстоянии» Эйнштейн назвал «жутким действием на расстоянии» - spukhafte Fernwirkung. По его мнению, такого быть не может: ничто не распространяется быстрее света, это фундамент специальной теории относительности. Значит, Бор неправ.

Проблема была в том, что оба варианта давали одинаковые предсказания для реальных экспериментов. Спор казался неразрешимым. До 1964 года.

Джон Стюарт Белл был ирландским физиком, работавшим в ЦЕРНе. Тихий, скромный человек, который в свободное от работы ускорительщика время думал о фундаментальных проблемах квантовой механики - занятие, которое коллеги тогда считали немного чудаковатым. В 1964 году он опубликовал статью, которая изменила всё.

Белл показал: если Эйнштейн прав и существуют «скрытые переменные», которые определяют поведение частиц заранее, то корреляции между измерениями запутанных частиц должны подчиняться определённым математическим ограничениям. Он вывел неравенства - конкретные числовые границы, за которые результаты не могут выйти, если реальность «локальна» и «реалистична» в эйнштейновском смысле. Квантовая механика предсказывала нарушение этих неравенств. Причём предсказывала конкретные числа. Теперь можно было проверить экспериментально: кто прав.

Первые серьёзные эксперименты по проверке неравенств Белла провёл в начале 1980-х французский физик Ален Аспе с коллегами в Париже. Технически это было очень сложно: нужно было создавать пары запутанных фотонов, разносить их, измерять быстро и независимо, не допуская никаких «лазеек», через которые классическое объяснение могло бы проскочить.

Результаты: неравенства Белла нарушаются. Квантовая механика права. Корреляции между запутанными частицами сильнее, чем может объяснить любая теория со скрытыми переменными.

С тех пор эти эксперименты повторяли десятки раз, каждый раз закрывая очередную «лазейку». В 2015 году группа в Делфте провела «лазейко-свободный» эксперимент, закрыв сразу все основные возражения. В 2022 году Аспе, Клаузер и Зайлингер получили Нобелевскую премию именно за эти работы. Вывод: квантовая запутанность реальна. Измерение одной частицы мгновенно коррелирует с состоянием другой, где бы та ни находилась.

Это не значит, что информация передаётся быстрее света - её нельзя использовать для связи, потому что результаты измерений случайны, и договориться о передаче смысла через них не получится. Но корреляция существует. «Жуткое действие» - реально.

Физики потратили десятилетия, пытаясь осмыслить, что именно говорят нам эти результаты о природе реальности. И пришли к нескольким вариантам интерпретации - ни один из которых не является общепринятым.

Копенгагенская интерпретация (Бор и компания): реальность до измерения просто не существует в определённом состоянии. Квантовая механика описывает вероятности, и этого достаточно. Не спрашивайте, что происходит «на самом деле» - этот вопрос бессмысленен. Большинство физиков-практиков придерживаются примерно этой позиции, потому что она позволяет не думать о философии и просто считать.

Многомировая интерпретация (Эверетт, 1957): при каждом измерении Вселенная расщепляется. В одной ветви электрон оказался «вверх», в другой - «вниз». Обе ветви реальны. Наблюдатель просто оказывается в одной из них. Никакого коллапса нет, уравнение Шрёдингера работает всегда и везде. Звучит как научная фантастика, но математически это одна из самых последовательных интерпретаций.

Пилотно-волновая теория (де Бройль, Бом): частицы реальны и имеют определённые положения всегда, но их ведёт «пилотная волна», которая нелокальна. Скрытые переменные есть, но они нелокальны - что было бы неприятной новостью для Эйнштейна. Эта интерпретация даёт те же предсказания, что и стандартная квантовая механика.

Реляционная интерпретация (Ровелли): свойства частиц существуют только относительно других систем. Нет абсолютного состояния - есть только состояния в отношениях. Это звучит почти буддистски, и Ровелли этого не скрывает.

Что объединяет все эти интерпретации? Ни одна из них не сохраняет интуитивную «классическую» реальность, которую отстаивал Эйнштейн. Во всех вариантах что-то фундаментально странное происходит с нашими представлениями об объектах, существующих независимо и локально.

Сознание здесь при чём. И вот мы добираемся до самого скользкого места. В стандартной квантовой механике есть понятие «наблюдателя». Волновая функция коллапсирует при измерении. Что считать измерением? Когда именно происходит коллапс?

Некоторые физики в середине XX века - в том числе фон Нейман и Вигнер - предположили, что коллапс происходит при взаимодействии с сознанием. Что именно акт сознательного наблюдения делает реальность определённой.

Это была провокационная идея, и большинство физиков её отвергло - или постаралось отвергнуть. Проблема в том, что «наблюдатель» в квантовой механике - это любая физическая система, взаимодействующая с другой. Детектор. Фотон. Молекула. Сознание для коллапса не нужно в большинстве интерпретаций.

Но вопрос о том, что именно является «наблюдателем», никуда не делся. Он просто переехал из физики в философию - и там живёт по сей день.

Связь между квантовой механикой и сознанием пытались выстраивать разные люди с разной степенью серьёзности. На одном конце спектра - Пенроуз и Хамерофф с гипотезой об оркестрованной объективной редукции: сознание возникает из квантовых процессов в микротрубочках нейронов, а сам коллапс волновой функции связан с квантовой гравитацией. Гипотеза красивая и почти наверняка неправильная - по крайней мере, в деталях. Тепловые шумы в мозге слишком велики для устойчивых квантовых состояний, и экспериментального подтверждения нет.

На другом конце - такие физики, как Скотт Аронсон, которые говорят примерно следующее: квантовая механика - это теория о вероятностях, у неё нет ничего особенного, что бы выделяло сознание. Не надо искать мистику там, где её нет.

Посередине - большинство серьёзных исследователей сознания, которые относятся к квантовым объяснениям осторожно, но не закрывают дверь полностью.

Есть ещё один аспект, который в популярных текстах обычно либо раздувают до космических масштабов, либо игнорируют. Квантовая запутанность показывает: мир устроен нелокально. Части системы, однажды провзаимодействовавшие, остаются связанными вне зависимости от расстояния. В этом смысле Вселенная - не набор независимых объектов, а нечто более похожее на единую систему с внутренними корреляциями.

Физик Дэвид Бом назвал это «неявным порядком» - implicate order. Идея в том, что видимый нам мир - «явный порядок» - это своего рода проекция более глубокой реальности, в которой всё уже связано. Разделённость объектов - удобная абстракция, а не фундаментальная черта реальности.

Бома часто цитируют в контекстах, которые далеко выходят за пределы физики. Иногда слишком далеко. Но сама идея нелокальной связанности как фундаментального свойства физического мира - это не метафора и не мистика. Это вывод из экспериментально подтверждённой физики.

Что это меняет в понимании сознания? Пока - скорее на уровне рамки, чем конкретных механизмов. Если мир устроен нелокально, то сознание, возникающее в таком мире, не обязано быть строго локальным явлением. Это не доказательство чего-либо. Но это снимает одно из интуитивных возражений против идей о более широкой «связанности» опыта.

В последние двадцать лет возникла новая область - квантовая биология. И она обнаружила кое-что неожиданное. Оказалось, что квантовые эффекты работают в живых системах - там, где классическая физика не предсказывала ничего подобного.

Фотосинтез. В 2007 году группа Флеминга показала, что перенос энергии в фотосинтетических комплексах использует квантовую когерентность - что-то похожее на суперпозицию, позволяющую «прощупать» несколько путей одновременно. Эффективность фотосинтеза близка к теоретическому пределу - и, возможно, именно квантовые эффекты в этом участвуют.

Навигация птиц. Европейские малиновки ориентируются по магнитному полю Земли. Предположительно - через криптохромы в сетчатке, где квантовые радикальные пары чувствительны к магнитному полю. Квантовый компас в птичьем глазу.

Обоняние. Лука Турин предложил гипотезу, что нос распознаёт молекулы не только по форме, но и по вибрационному спектру - через квантовое туннелирование электронов. Гипотеза спорная, но экспериментальные данные накапливаются.

Ферменты. Туннелирование протонов и электронов в ферментативных реакциях - уже достаточно хорошо задокументированный эффект.

Всё это не значит, что мозг - квантовый компьютер. Но это означает, что живые системы умеют использовать квантовые эффекты гораздо искуснее, чем казалось. И вопрос о том, задействованы ли квантовые эффекты в нейронных процессах, стал чуть менее безумным.

Итак, что мы знаем наверняка, что подозреваем, а что пока остаётся в тумане. Наверняка: квантовая запутанность реальна. Нелокальные корреляции между частицами существуют и экспериментально подтверждены. Мир на фундаментальном уровне устроен иначе, чем нам казалось со времён Ньютона.

Подозреваем: живые системы эксплуатируют квантовые эффекты там, где мы этого не ожидали. Квантовая биология - молодая область с реальными открытиями, которые продолжают накапливаться.

В тумане: роль квантовых эффектов в работе мозга. Связь между квантовой механикой и сознанием. Природа «наблюдателя». Что именно означает нелокальность для нашего понимания разума.

Для человека, который не занимается физикой профессионально, всё это имеет несколько практических следствий - не в смысле «применяйте квантовое мышление в бизнесе», а в более скромном смысле.

Первое. Интуиция об отдельности - о том, что объекты независимы и изолированы - это удобная модель, но не окончательная истина о реальности. Мир связан глубже, чем кажется.

Второе. Вопрос о сознании остаётся открытым. Физика не закрыла его, как надеялись материалисты XIX века, и не подтвердила мистику, как хотели бы романтики. Она сделала его сложнее и интереснее.

Третье. Эйнштейн был неправ в конкретном споре - но его дискомфорт от «жуткого действия на расстоянии» оказался продуктивным. Именно он заставил физиков сформулировать вопрос достаточно чётко, чтобы его можно было проверить. Иногда самые важные открытия начинаются с того, что кто-то очень умный говорит: это неправильно, так не должно быть. И потом оказывается, что должно.

Продолжение следует.