Философские следствия квантовой теории информации К.Ф. Фон Вайцзеккера

Физика квантовой информация является весьма бурно развивающейся областью знаний. Она возникла на стыке квантовой механики и информатики. В разное время к этой тематики обращались А. Цайлингер, А. Экерт, М. Нильсен, И. Чанг, Дж. Прескилл, А. Холе-во, А.Ю. Хренников, исследовавшие как общие, так и частные вопрос квантовой информации. Даже несмотря на то, что за последние годы на русском языке было издано достаточное коли- чество книг по данной теме, существует дефицит философского обоснования и интерпретации этих концепций.

Предметом рассмотрения данной статьи стали философские следствия квантовой теории информации Карла Фридриха фон Вайцзеккера. Цель данной статьи состоит в том, чтобы систематизировать подход Вайцзеккера в рамках квантовой информации, и реализуется в следующих задачах: показать, как первичная альтер- натива соотносится с информацией и материей; проанализировать соотношение материи, формы и информации в подходе Вайцзеккера; отразить связь вероятности и информации.

Вайцзеккер вводит в научный оборот понятие первичной альтернативы или ур-альтернативы (Ur-Alternative). Если провести словообразовательный анализ префикса существительных ur – в немецком языке, то мы получим дополнительный смысл, который он вкладывал в эту теорию. Данный префикс придает значение древности, изначальности, первобытности: например, Urstoff – первичное вещество, первичная материя, Urwahrheit – извечная истина. На русский язык данная приставка, употребляемая в составе существительных, переводится как «пра-», «прото-». В данной статье понятия «первичная альтернатива», «первоальтернати-ва» и «ур-альтернатива» употребляются как синонимы.

Понятие первоальтернативы, введенное Вайцзеккером, напрямую связано с основными базовыми понятиями квантовой теории, такими как оператор состояния и суперпозиция состояний. Напомним, что в квантовой теории эволюция физической системы описывается при помощи т.н. «операторов состояния» данной системы. Неопределенные состояния оператора – это и есть бинарные альтернативы, которые интерпретируются как вероятностные. Бинарные альтернативы, или ур-альтернативы – это суперпозиция двух взаимно исключающих состояний системы – состояния |0> и |1>, в которых одновременно находится квантовая система. В связи с этим квантовая механика требует принципиально иной логики, отличающейся от классической. В такой логике не действует закон исключенного третьего, tertium non datur. Простейшая квантовая система находится до измерения именно в таком «размазанном», «су-перпонированом» состоянии.

Квантовая логика строится на основе формального аппарата квантовой механики, придавая операторам |0> или |1> логические значения «да» или «нет».

Наряду со своей теорией ур-альтернатив Вайцзеккер придавал ключевое значение информационной теории в квантовой механике при построении физики. Исходя из понятия ур-альтернативы он разрабатывает масштабную программу построения целостного здания единой физической теории. Базовой, фундаментальной теорией у Вайцзеккера является кван- товая механика. Если отталкиваться от понятия ур-альтернативы, то легко строится пространство состояний квантовой теории и вытекающие из него фундаментальные физические симметрии.

Заметим, что ур-альтернативы и соответствующие им квантовые объекты, которые еще не конкретизируются в абстрактной квантовой теории, в противоположность обычным, классически понимаемым частицам, не являются локализированными в пространстве объектами. В пространстве они реализуют те или иные свои характеристики. Более того, структура самого пространства-времени вытекает, как показывает Вайцзеккер, из концепции ур-альтернатив. Таким образом строится реляционная теория пространства-времени.

В квантовой теории информации ур-альтер-нативе Вайцзеккера точно соответствует понятие «кубит» (qubit), диада состояния, которая изначально является целостной и неделимой. Только при измерении кубит случайным образом переходит в одно из двух возможных состояний. Кубит – это квантовый разряд или наименьший элемент для хранения информации.

Вайцзеккер ищет и находит основания квантовой теории и из этих предпосылок выстраивает квантовую механику. Его ур-теория – это попытка реконструировать и понять строение мира, исходя из понятия бинарных альтернатив. Форма – это основание материи, первичные альтернативы являются строительными камнями для более сложных форм. На каждом последующем уровне происходит приращение информации. В ходе эволюции увеличивается количество форм, именно поэтому эволюция для Вайцзеккера – «мера множественности форм». Достойными внимания кажутся рассуждения ученика Вайцзеккера Хольгера Лире об эволюции космоса как эволюции информации: «Эволюция в целом может быть представлена в обобщенном виде как воспроизводство все более сложных структур – элементарные частицы, атомы, молекулы и т.д.» [3, p. 79].

Данные структуры могут быть рассмотрены как разные семантические уровни. Одна из целей теории первоначальных альтернатив – описать эволюцию как эволюцию информации, где информация более высокого семантического уровня может быть объяснена посредством информации нижних уровней. Ур-альтернативы находятся на самом нижнем семантическом уровне и представляют собой кубит. Однако в теории первоначальных альтернатив отсутствует метод описания перехода от одного семантического уровня к другому. Из-за высокой степени абстрактности и естественнонаучной «неканоничности» ур-теория Вайцзеккера довольно редко освещается учеными, например, в отличие от твисторной программы Р. Пенроуза.

Физики-теоретики скорее воздерживаются толковать квантовую механику в понятиях информационной теории. Весьма интересно замечание В. Гейзенберга, которое характеризует его отношение к ур-теории. Вайцзеккер цитирует слова своего учителя следующим образом: «Ты на правильном пути. Но я не смогу тебе помочь. Так абстрактно я не могу думать» [5, p. 15].

Напротив, подобная степень абстрактности ур-теории вызвала похвалу Клауса Майнцера, одного из крупнейших в мире специалистов в области нелинейной динамики, теории самоорганизации сложных систем и искусственного интеллекта. В своей работе он утверждает, что научная программа ур-теории стремится из фундаментальных предположений (гипотез) обосновать значимость основополагающих симметрий [4, p. 180]. Также данную теорию упоминают физик Альфред Гирер, специалист в области биофизики и истории естественных наук, и Бернд-Олаф Кюпперс, физик и философ, специалист в области естественных наук, который выдвинул утверждение, что ур-теория может давать нам массу и количество потенциальной информации об универсуме. Интересные философские выкладки по ур-теории содержатся в биографических книгах о Вайцзеккере таких авторов, как Томас Герниц и Михаэль Дришнер.

При дальнейшем развитии математического аппарата данная теория, возможно, могла бы дать значительные философские и физические результаты, однако до настоящего момента она недостаточно оснащена технически. Кроме того, отсутствуют убедительные, поддающиеся эмпирической проверке предсказания, которые могли бы быть подтверждены или проверены в рамках других программ или стандартной модели. Вот как об этом высказался Хольгер Лире: «И все же примечательно, что Вайцзеккер, связывая спинорную математику и физику пространства-времени, уже в пятидесятые годы выработал контекст, который сегодня оказался весьма значимым в целом ряде выдвинутых программ по квантовой гравитации. Возмож- но, сила этого подхода прежде всего в степени абстрактности его понятий, в рамках которых могут исследоваться соответствующим образом – а не просто за счет приспосабливания путем упрощения – принципиальные проблемы современной философии физики» [3, p. 220]. Абстрактность в данном контексте выступает как преимущество, возможность выйти за устоявшиеся границы, как попытка приблизиться к началу или реконструкции квантовой механики. Ученый создает свой абстрактный «информационный космос». Данное образное выражение во многом подчеркивает характерный для Вайцзеккера синтетический взгляд на физику и философию, который в статье «Гештальткруг и дополнительность» сформулирован следующим образом: «Открывается перспектива в отношении той возможности, что все законы физики представляют собой следствия простого основного логико-онтологического закона, до которого мы сами частично дошли в своих догадках, сначала лишь опираясь на эмпирические подсказки. Ответом на вопрос, почему физика удовлетворяется материей, было бы: потому что ею удовлетворяется логика. Можно было бы, наоборот, попытаться сказать: если существуют истинные высказывания о душе, которыми удовлетворяется логика, то можно было бы ожидать, что физика в такой же мере удовлетворится душой, которая, следовательно, обнаруживает свою телесность» [5, p. 303].

Философы часто обращали внимание на разрыв между формой и материей, и Вайцзеккер пытается преодолеть его, привлекая аппарат квантовой механики. Материя изначально противостоит форме (у Аристотеля), в XIX в. эта оппозиция осмыслялась как противостоянии материи и энергии. Размышления Вайцзеккера привели его к смелой идее, что физическое описание действительности возможно свести к квантовой информации: «Отныне информация для нас располагается на систематическом месте числовой меры субстанции. С другой стороны, мы объясняли информацию как меру множества форм. Развитие физики, по-види-мому, возвращает нас к пониманию формы как субстанции в потоке явлений. Не возвращаемся ли мы к философии эйдоса? Наш ответ: и да, и нет. Да: философия эйдоса означает ступень абстракции, позади которой была оставлена механическая модель физики, начиная с XVII в. Абстрактная квантовая теория вынуждает нас вернуться на эту ступень абстракции. Нет: раз- деление лежащего в основе и неизменного означает признание времени, потока в том виде, как их как раз стремилась избежать философия эйдоса. О форме мы можем говорить только тогда, когда мы вместе с этим признаем эволюцию форм» [6, p. 581].

Первичные альтернативы – это не конкретные объекты во времени и пространстве: напомним, что именно их взаимодействие и актуализация порождают реляционное пространство-время. Разумеется, здесь напрашиваются параллели с монадологией Лейбница. Можно обратиться к определению: «Монада (от греч. μονάς, родит. падеж μονάδος – единица, единое; лат. monas) – это неделимое несоставное единство, мера и прообраз числа. Монада – начало бытия, материей которому служит другое, “неопределенная двоица”, диада» [2, с. 604]. Таким образом, можно предположить, что научная программа Вайцзеккера ориентируется на монизм, который пытается уйти от декартовского дуализма души и тела, опираясь на квантовые принципы.

Применяя квантово-теоретические представления, заложенные в первичной альтернативе, Вайцзеккер пытался построить «ткань» пространства-времени, которое не является первичным, а носит реляционный характер. При этом Вайцзеккер, обсуждаяя фундаментальный характер квантовой механики, ставит вопрос о связи духовных процессов с квантовыми феноменами. Эта тема представляет наибольшую сложность, так как наше материальное тело имеет связь с сознанием и эта связь может носить квантовый характер, однако этот вопрос требует дальнейших исследований.

Таким образом, если мы обратимся к вопросу о связи формы, материи и информации, то для Вайцзеккера информация является числовой мерой субстанции или мерой множественности форм, форма служит основанием материи, а ур-альтернативы – исходным материалом для реконструкции объекта. На наш взгляд, информация у Вайцзеккера понятийно ближе к явленному, чем к эйдосу (форме) в трактовке Аристотеля. Это можно проследить на примере актуализации первоальтернатив, когда из двух решений воплощается только одно. В философском обосновании Вайцзеккера не хватает характеристики «становления» альтернатив, что было бы актуально в рамках его философии, так как он рассматривает переход от первоаль-тернативы к альтернативе определенной (феномену). Здесь было бы уместно говорить об

«актуализации» первоальтернативы, «становлении» явленного.

Вероятность – одно из ключевых понятий в философских построениях Вайцзеккера, и оно также напрямую связано с понятием информации: «Пока мы придерживаемся обычного определения информации через вероятность. Пусть дана К-вариантная альтернатива исхода эксперимента, т.е. К возможных друг друга исключающих событий хк (к = 1, 2 … К). Мы ожидаем наступления хк в случае решения этой альтернативы с вероятностью рк» [ 5, p. 170]. Чем выше вероятность события, тем больше потенциальной информации оно в себе содержит, и наоборот. Информация проявляется в бинарных альтернативах только тогда, когда квантовая альтернатива уже решена. Каждая бинарная альтернатива может принимать одно из взаимоисключающих состояний «да-нет». Подобный взгляд соотносится с определением информации, данным И.А. Акчуриным: «Всюду, где имеется налицо несколько различных возможностей, но реально осуществляется, переходит в действительность, приобретает бытие только одна, имеет смысл говорить об информации, которую несет эта реализовавшаяся возможность» [1, c. 56].

Итак, мы можем суммировать философские следствия квантовой теории информации у Вайцзеккера следующим образом. Во-первых, информация связана напрямую с формой, которая понимается не как эйдос, а как явленное, то есть разрешенная первоальтернатива. Во-вторых, первоальтернатива вбирает в себя явления не только физического, но и органического мира, включая человека с его психическими явлениями, которые могут быть описаны в рамках квантовой механики. На наш взгляд, последнее обобщение требует дополнительных обоснований.