Взгляд со стороны. Естествознание и религия

Третье: квантовая механика играет важную роль во всех генетических процессах, делая эти процессы в высокой степени управляемыми. Мотивация использования квантовой механики для моделирования эволюции основана на том, что все операции с генетическим материалом (ДНК, РНК, белки) не могут быть объяснены на основе классической механики.

Одна из основных проблем молекулярной биологии – парадокс Левинталя. Суть его в том, что белок, который первоначально возникает в виде линейной молекулы, должен каким-то образом найти свою естественную (нативную) конформацию (пространственную конфигурацию). Только в этой конформации он способен выполнять свои функции. Однако для достаточно длинных белков число возможных конформаций экспоненциально велико и не может быть перебрано за время жизни Вселенной[24 - Мелких А. В. Теория направленной эволюции, 04.2019. https://www.researchgate.net/publication/332555630_Teoria_napravlennoj_evolucii.].

По теории учёного есть невидимая сила, направляющая изменение видов по определённому пути, или, проще говоря, эволюция изначально запрограммирована. Взаимоотношения между видами также априорно запрограммированы, и только таким образом можно объяснить эволюцию сложной биосферы. Учёный из УрФУ говорит о программировании Вселенной и утверждает, что эволюционный Код априорно заложен в физических объектах. Но откуда он взялся, учёный объяснить не может.

Основные положения теории направленной эволюции опубликованы в журналах Origin of Life and Evolution of Biospheres, Biosystems, Progress in Biophysics and Molecular Biology.

Другой участник конференции, профессор Токийского университета Кунихико Канеко в результате наблюдений над многоклеточными организмами пришёл к следующему выводу: «Если мы говорим не о простом воспроизводстве, а о развитии, то путь один – это сотрудничество. <…> Клетки начинают сообщаться друг с другом, разделять свои функции, свою деятельность. Тогда появляются сложные организмы, с большим разнообразием клеток»[25 - Sputnik Armenian: Учёный из Токио представит японскую модель развития жизни на форуме в Ереване, 2019. https://ru.armeniasputnik.am/society/20190329/17861135/mezhdunarodnyj-forum-v-yerevan-uchenyj-iz-tokio-predstavit-yaponskuyu-modtl-razvitiya-zhizni.html.].

По убеждению Хазена и Базалука, природа не имеет цели, эволюционной программе взяться неоткуда, поэтому информация возникает самопроизвольно из окружающего хаоса. Вопреки их мнению, доктор химических наук действительный член Российской академии естественных наук Л. А. Блюменфельд утверждает: «…живая материя, её компоненты и объекты, ею изготовленные, имеют смысл. Нельзя спросить: для чего кристалл NaCl имеет кубическую симметрию? Однако можно спросить: для чего молекула гамма-глобулина построена так, а не иначе? И получить ответ: для того, чтобы осуществлять функции иммунной защиты и предотвращать гибель организма, уменьшая вероятность гибели вида»[26 - Блюменфельд Л. А. Информация, термодинамика и конструкция биологических систем. – Соросовский образовательный журнал, 1996, № 7. https://www.evolbiol.ru/docs/docs/blumenfeld1996.pdf.].

В основу своего закона Хазен положил запоминание случайного выбора в данных условиях. Как известно, для выполнения этого закона динамическая система должна иметь не менее двух устойчивых состояний, из которых осуществляется выбор. При этом для запоминания выбранное состояние должно быть абсолютно устойчивым.

Доктор физико-математических наук И. Л. Розенталь показал, что даже небольшое изменение фундаментальных постоянных приводит к качественному изменению структуры Вселенной и делает невозможным образование атомов, звёзд и галактик. Соответственно этому реализованный в нашей Метагалактике набор фундаментальных постоянных – весьма резкая флуктуация[27 - Розенталь И. Л. Элементарные частицы и структура Вселенной. – М.: Наука, 1984.].

Мы живём в мире с редчайшим сочетанием значений фундаментальных постоянных, принципы формирования которых науке неизвестны. И утверждать, что при образовании Вселенной был выбран один из многих вариантов, нет никаких оснований.

Крайне трудно поверить, что у природы нет цели, и она развивается самопроизвольно. Все объекты во Вселенной запрограммированы на стремление к состоянию с минимальной энергией. В соответствии с принципом экономии энергии (принципом наименьшего действия) происходит образование любого устойчивого связанного состояния, которое всегда сопровождается выделением энергии. И наоборот, чтобы разрушить составное тело, нужно затратить энергию.

По мере углубления в микромир увеличивается порог энергии и стабильность объектов повышается. Для их разрушения нужно затрачивать всё больше и больше энергии. Молекулу проще разрушить, чем атом; атом проще разрушить, чем ядро атома. При энергиях ниже порога разрушения все объекты данного уровня становятся неделимыми, то есть неразрушаемыми.

Принцип наименьшего действия совместно с фундаментальными физическими константами не допускает в природе ни бесконтрольного хаоса, ни вариантов спонтанного выбора при образовании сложных объектов. Этот принцип, впервые сформулированный французским учёным Пьером Мопертюи в средине XVIII в. и обобщённый ирландским математиком Уильямом Гамильтоном в начале XIX в., играет ключевую роль в теоретической физике. На этом принципе построена ОТО и впервые выведены законы движения, которые не получались из анализа результатов экспериментов. Как оказалось, движение тел в пространстве происходит таким образом, чтобы действие, которое зависит от траектории движения, было минимальным. Тела при отсутствии действующих на них сил двигаются по прямым линиям, то есть по кратчайшему пути.

Реализация принципа наименьшего действия возможна только при условии информационной связи между движущимся объектом и средой, в которой происходит движение. Не зная заранее свойств среды, невозможно выбрать кратчайший путь движения в этой среде. Из этого следует, что пространство-время, в котором происходит движение тел, указывает телам, как им двигаться.

Согласно ОТО, гравитационное поле есть искривление четырёхмерного пространства-времени. И то, что мы принимаем за силу притяжения, нужно рассматривать как особенность геометрических свойств пространства-времени. По выражению американского физика-теоретика Джона Уилера, «пространство-время руководит движением материи, а материя указывает пространству-времени, как искривляться». В искривлённом пространстве-времени энергия и импульс эволюционируют в ответ на поведение пространства.

Геометрия пространства отличает прямую линию от искривлённого пути и, следовательно, может осуществить принцип наименьшего действия. В купе со временем пространство отличает ускоренно движущиеся частицы от частиц, движущихся с постоянной скоростью и, по-видимому, управляет движением с учётом внешних сил, вызывающих это движение.

Эффекты ОТО до недавнего времени были достоверно проверены исключительно в масштабах Солнечной системы. В 2018 г. Томас Коллетт из Института космологии и гравитации Портсмутского университета в Великобритании и его коллеги опубликовали результаты исследования, которые подтвердили искривление пространства в галактических масштабах[28 - Collett T., Oldham L. et al. A precise extragalactic test of General Relativity. http://www.spacetelescope.org/static/archives/releases/science_papers/heic1812/heic1812a.pdf.].

Предполагаемая запрограммированность Вселенной неминуемо порождает вопрос о носителе информации. По гипотезе Алексея Мелких это могут быть квантовые поля. Свойства Вселенной были закодированы до Большого отскока, когда Вселенная находилась в чисто квантовом состоянии[29 - Мелких А. В. Теория направленной эволюции, 04.2019. https://www.researchgate.net/publication/332555630_Teoria_napravlennoj_evolucii.].

Квантовая теория Большого отскока, вытекающая из циклической модели Вселенной, где циклы расширения и сжатия сменяют друг друга, не может объяснить, каким образом наблюдаемое в настоящее время расширение Вселенной может перейти в сжатие. Большой отскок не вписывается в общепринятую теорию Большого взрыва, предполагающую возникновение Вселенной из сингулярного состояния (см. «Генетический Код Вселенной»).

Невозможность избежать сингулярности в космологических моделях, предлагаемых ОТО, доказали выдающиеся физики современности Роджер Пенроуз и Стивен Хокинг. Согласно теореме Хокинга, если любой вариант решения уравнений ОТО повернуть назад во времени, мы обязательно придём к сингулярности[30 - Википедия: Теоремы Пенроуза – Хокинга о сингулярности. https://ru.wikipedia.org/wiki/Теоремы_Пенроуза_ – _Хокинга_о_сингулярности.].

По предположению учёных из Нижегородского университета, время имеет информационную природу, поскольку каждое изменение квантового состояния – это событие, а не только причинности. Квантовое состояние системы – это информация во времени и в пространстве. Информация о квантовом состоянии является дискретной, и квантовые системы генерируют информацию каждый раз, когда происходит процесс[31 - Кабалдин Ю. Г., Кретинин О. В. Время как информация, 28.04.2011. https://cyberleninka.ru/article/n/vremya-kak-informatsiya.].

Природа информации в квантовых процессах учёным неизвестна, и нет оснований утверждать, что квантовые системы генерируют информацию. По-видимому, не следует и очеловечивать информацию, наделяя квантовые системы источниками дискретной информации.

На дискретных носителях не всегда располагается дискретная информация. Нотная запись музыки – один из примеров этому. Дискретность нейронов не говорит о том, что нейронная сеть нашего мозга работает по принципу цифровой обработки сигналов. Генетический код живых организмов, помимо кодонов, которые можно сопоставить с дискретной информацией, одновременно несёт и аналоговую информацию.

Квантовая физика описывает элементарные частицы набором дискретных значений физических величин – квантовыми числами. К примеру, спин (собственный момент импульса элементарной частицы) в физических теориях наделён конкретными числовыми значениями и подходит для использования в качестве квантового бита информации. Но правильно ли считать предполагаемое вращение частицы вокруг своей оси дискретной информацией?

Частицы и их характеристики дискретны в теоретической физике, но не в природе. Информация, управляющая материальным миром, и информация, используемая человеком в информационных технологиях, также не похожи друг от друга, как человек на человекоподобного робота.

Мы полагаем, что и движение в пространстве, осуществляемое по кратчайшему пути с минимальными энергетическими затратами, и квантовую запутанность, позволяющую одновременно «следить» за состоянием связанных частиц вне зависимости от расстояния, можно объяснить исключительно обменом информацией между частицами и средой. Такое предположение наводит на мысль о существовании во Вселенной фундаментального информационного поля.

Идея информационного поля не нова, и по этой теме можно отыскать немало различного рода публикаций. К сожалению, достоверные экспериментальные данные, подтверждающие или опровергающие существование информационного поля, отсутствуют.

Доктор философии, профессор кафедры информатики и прикладной математики Тверского государственного технического университета (ТвГТУ) В. Б. Гухман в курсе лекций по философии информации отметил, что, по его мнению, гипотеза информационного поля обладает научной привлекательностью. Если человек творит информацию, «так почему же бессознательная (как мы считаем) мать-природа за "срок" своего бытия не могла сотворить и сохранить свою внутреннюю информацию на доступных ей и неизвестных нам носителях, если жалкий человек смог это сделать за космический "миг" своего существования?!»[32 - Гухман В. Б. Философия информации. 2-е изд.; исп. – М.: Интуит, 2016.]

За последнее время теоретическая физика достигла невероятных высот, гигантски продвинулся вперёд математический формализм, но проблема интерпретации квантовой механики практически не сдвинулась с места. Несмотря на огромный прогресс в науке, никто не знает, что стоит за формализмом, предсказания которого прекрасно подтверждают эксперименты.

Существующие теории скрытых параметров объясняют, как выглядит предполагаемая реальность, лежащая в основе формализма квантовой механики. Значения скрытых параметров нельзя определить экспериментально. Они не влияют на собственные величины энергии системы, но определяют результат измерения других параметров системы, описываемых в квантовой механике.

В 1964 г. физик-теоретик Джон Белл предложил эксперимент, в котором любая альтернативная теория, если она соблюдает принцип локальности, предсказывает отличный от квантовой теории результат. По теореме Белла, если исходить из положений квантовой теории, неравенства могут нарушаться. Вне зависимости от реального наличия в квантово-механической теории скрытых параметров, влияющих на любую физическую характеристику квантовой частицы, можно провести серийный эксперимент, статистические результаты которого подтвердят либо опровергнут наличие скрытых параметров в квантово-механической теории.

Проведённые эксперименты по проверке теоремы Белла показали: если верить квантовой механике, предположение о локальном реализме, свойственном классической механике, нужно отвергнуть.

С подобным утверждением согласны не все учёные.

Сотрудник Института проблем управления имени В. А. Трапезникова (ИПУ РАН) П. В. Куракин полагает, что исходные допущения теоремы Белла, вопреки распространённому мнению, рассматривают не общий случай, а только очень узкий класс теорий со скрытыми параметрами. По мнению учёного, «теории с параметрами, эволюционирующими во "внутреннем времени", не попадают под действие этой теоремы»[33 - Куракин П. В. Скрытые параметры и скрытое время в квантовой теории, 2004. https://www.keldysh.ru/papers/2004/prep33/prep2004_33.html.].

Категоричен в своих выводах доктор физико-математических наук А. Ю. Хренников. Широко известный в научном мире специалист в области информатики и информационных технологий уверен: «…неравенства Белла нет. Оно выведено для ложных предположений, когда данные, которые собрали в трёх разных экспериментах, пытаются "засунуть" в одно неравенство, которое вывели при условии, что эксперимент один»[34 - Хренников А. Ю. Неравенство Белла и возможные интерпретации его нарушения. https://mipt.ru/education/chair/theoretical_physics/upload/04b/2008–11–19-arpg9k4hktm.PDF.].

Достоверность теоремы Белла на основе возможности супердетерминизма поставил под сомнение и лауреат Нобелевской премии по физике Герард 'т Хоофт[35 - Stanford Encyclopedia of Philosophy: Bell’s Theorem, 13.03.2019. https://plato.stanford.edu/entries/bell-theorem/.].

По нашему глубокому убеждению, квантовая запутанность служит прямым доказательством скрытых параметров. Любое материальное явление должно иметь физический смысл. Отсутствие физического смысла указывает на то, что явление либо отсутствует в действительности, либо не нашло адекватного истолкования. Скрытые параметры, по-видимому, следует рассматривать как информационную составляющую физического процесса, присутствие которой невозможно установить опытным путём. Многочисленные эксперименты с элементарными частицами свидетельствуют, что пространство непосредственно участвует во всех происходящих событиях квантового мира и оказывает влияние на результаты экспериментов.

Для объяснения феномена квантовой телепортации учёные рассматривают телепортацию неотделимо от классического канала связи, который имеет конечную скорость передачи информации, и, таким образом, исключают мгновенную передачу информации о квантовом состоянии частицы. Введение в эксперимент классического канала связи позволило убрать скрытый параметр – информационный канал пространства. Следует подчеркнуть, что подобные приёмы в теоретической физике не редкость.

Появление чисто квантовых компьютеров, обладающих достаточной мощностью, а также изобретение математических приёмов, позволяющих моделировать природные информационные процессы, возможно, полностью разрешит вопрос о скрытых параметрах. При этом наука получит ответы на многие неразрешённые проблемы, накопившиеся в фундаментальной физике.

Квантовые компьютеры, в отличие от классических, созданных по классическим законам физики, могут с молниеносной быстротой решать задачи случайного порядка, практически недоступные обычному компьютеру.

В классических компьютерах единицей измерения информации является бит. Он может принимать только два значения (в двоичной системе счисления это «0» и «1»). Биты в конкретный момент времени находятся только в одном состоянии.

В квантовых компьютерах информация зашифрована в кубитах (приставка «ку» происходит от английского слова quantum – квант), и количество возможных состояний компьютера – число 2 в той степени, сколько заложено в нём кубитов. Если, например, кубитов 100, квантовый компьютер находится одновременно в 2

состояниях, а это больше, чем атомов во Вселенной. При этом он работает параллельно сразу на всех этих уровнях. Профессор Лю Чаоян, один из руководителей разработки квантовых компьютеров в Китае, заметил, что создание квантового компьютера – это гонка не между странами, а между человечеством и природой.

В 1919 г. Google объявила о том, что её квантовый компьютер (с 53-кубитовым процессором) за 3 минуты 20 секунд выполнил расчёт, на который самому мощному в мире суперкомпьютеру «Саммиту» от американской компании IBM понадобилось бы примерно 10 тысяч лет. Но здесь следует иметь в виду, что квантовый компьютер решал задачу не с практическим содержанием, а искусственно созданную на перебор случайных чисел[36 - Arute F., Arya K. et al. Quantum supremacy using a programmable superconducting processor. – Nature, 2019. https://www.nature.com/articles/s41586–019–1666–5.].

Неразрешимые проблемы, касающиеся понимания основ квантовой механики, на наш взгляд, связаны с игнорированием информационных свойств Вселенной. Принцип соответствия, впервые озвученный Нильсом Бором, в некоторой мере позволяет объяснить необычное поведение частиц в микромире. Он показывает, что в природе нет явных границ как между явлениями, так и между теоретическими описаниями природных явлений. Нам неизвестно, где прекращается действие квантового мира и начинается действие макроскопического мира, в котором все объекты имеют свойства. На этот вопрос ни квантовая механика, ни классическая физика ответа не даёт.

По-видимому, принцип соответствия указывает на то, что квантовый мир – это зона между информационным и материальным мирами. И в этой области, соприкасающейся одновременно с двумя разными мирами, мы наблюдаем проявление как материальных, так и информационных свойств Вселенной.

В теоретической физике квантовый мир представлен квантово-полевыми объектами. В современном представлении поле – безграничная и непрерывная динамическая физическая реальность, ответственная за взаимодействие объектов. С полями неразрывно связаны кванты. Они существуют только при наличии полей и представляют волны локального изменения напряжённости, распространяющиеся по соответствующим полям и состоящие из движения. Кванты полей переносят взаимодействия и обладают энергией. Гипотетически можно предположить, что благодаря такой особенности, поля могут выполнять роль посредников между информационным и материальным мирами.

Как известно, для хранения информации не требуется источник энергии. Такое отличительное свойство информации позволяет хранить её на любом, в том числе и нематериальном носителе. При этом на одном носителе могут быть расположены различные информационные программы.

Простейшим примером расположения двух программ на одном носителе служит всем известный радиоприёмник. В передающем устройстве на определённой несущей частоте записывается информация в виде звуковых частот и в таком виде распространяется по эфиру. Антенна радиоприёмника улавливает модулированные звуковой частотой высокочастотные сигналы, и после обработки радиоприёмником информация воспроизводится в заданной форме.

В настоящее время не существует ясного представления, что есть информация в широком смысле слова. Сущность информации наиболее точно охарактеризовал основоположник кибернетики Норберт Винер: «…информация есть информация, а не материя и не энергия. Тот материализм, который не признаёт этого, не может считаться жизнеспособным в настоящее время»[37 - Винер Н. Кибернетика. – М.: Советское радио, 1968.].

Одним из удивительных свойств информации является то, что, будучи нематериальной, она может влиять на энергетические процессы. Проиллюстрируем это примером.