Ситуация значительно усложняется при увеличении числа объектов, появляется новое качество, до сих пор до конца не понятое. Такая ситуация реализуется, когда мы рассматриваем простой объект (например, кубический сантиметр газа). В чем же проблема? Поведение малого числа точек обратимо во времени, то есть если мы заменим во всех ньютоновских уравнениях знак времени, то поведение объектов будет таким же – траектории движения не изменяются в зависимости от направления движения. Для газа это не так. Поведение сложного объекта уже не подчиняется основным принципам.
Даже при рассмотрении хорошо известных процессов (например, разбивания стакана, поглощения энергии колебаний газовым амортизатором, размешивания капли чернил в стакане воды) мы можем их рассчитать с той или иной степенью точности, но не можем до конца удовлетворительно объяснить. Действительно, для их объяснения мы должны вводить постулаты – нечто принимаемое на веру без доказательства с помощью так называемых правдоподобных рассуждений. Справедливость того или иного постулата (иногда в другой области человеческого идеального мира их называют догмами) здесь не рассматривается. Я более чем уверен, что второй постулат термодинамики справедлив (21). Однако само введение дополнительных постулатов указывает на выход за некоторые рамки теории или системы.
Здесь напрашивается аналогия с теоремой Гёделя (22) о наличии в рамках любой системы утверждения, не доказуемого в ее рамках. Однако эта аналогия неверна. Дело в том, что для объяснения некоторых феноменов мы должны вводить новые постулаты, ранее в этой системе не существовавшие. Поясним еще раз: классическая механика, разработанная Ньютоном, подразумевает однородность и изотропность пространства и однородность и изотропность времени. Второе начало уничтожает принцип изотропности времени. Принцип детерминированности, то есть принципиальной возможности точного расчета будущего поведения системы, теоретически остается. Однако возможно, что существуют какие-то ограничения; эта возможность не может быть реализована в рамках классической физики не только технически, но и принципиально.
Как ни странно, в квантовой механике многое выглядит существенно проще. Суть квантовой механики подчас трудно понять не из-за сложности науки, а из-за ее «ненаглядности», из-за того, что она описывает мир, к которому мы не привыкли и в котором действуют другие законы другой логики. Квантово-механический подход объясняет свойство объектов микромира, с которыми человек не имеет дела в обыденной жизни, точнее, имеет, но не осознает этого. Именно поэтому некоторые свойства квантовых объектов кажутся столь необычными, что вызвали к жизни целое научное направление – о проблеме наглядности в современной физике. Однако следует заметить, что при увеличении размеров объектов почти всегда квантовые закономерности плавно переходят в классические. Так, человеческое тело подчиняется тому же принципу неопределенности Гейзенберга (23), но эта неопределенность составляет относительно ничтожную величину и не принимается во внимание.
Тем не менее в течение многих десятилетий квантово-механический подход и идеология не принимались физиками. Можно сказать, что они во многом так и не были приняты. Как писал Макс Планк, старые физики, не верящие в квантовую физику, умерли, а новое поколение восприняло ее как данность, и в настоящее время она стала обычной дисциплиной четвертого курса физфака.
Почему же она не принималась? Да потому, что ее постулаты перечеркивали хорошо известные законы классической физики. Электрон вращается вокруг атома – и не излучает! Нонсенс. Это противоречит всей электродинамике. И нужен был научный героизм Бора и других великих, чтобы выстоять и остаться на позиции, что существуют явления, не подчиняющиеся законам классической физики. Для нас с вами важно, что на первых порах, когда были созданы начала квантовой механики, особенно катастрофических несогласований с классической механикой не было. Лорд Кельвин назвал проблему излучения абсолютно черного тела, из которой все и произошло, «легким облачком» на небосводе законченной классической физики. В то время легко (но не креативно) было бы считать, что все может быть решено в рамках классики и пока просто непонятно, как именно. Кстати, до сих пор появляются теории, пытающиеся построить концепцию микромира с классических позиций.
Таким образом, при переходе из макромира в микромир понадобился переход от одних представлений о пространстве – времени, о воспроизводимости и т. п. к другим, от одной методологии к другой. Были созданы фундаментальные представления, то есть новый научный подход, который мы теперь считаем (по причине смены поколений) обычным, но который формировался в течение полувека, то есть далеко не сразу. Аналогичная ситуация была в физике мегамира, в теории гравитации и в теории движения тел с большими скоростями. Оказалось, что наше пространство, в котором мы живем, неевклидово! До сих пор происходит процесс ломки старых представлений и формирования новых. До сих пор не создано законченного объединения квантового подхода и физики Эйнштейна. Кстати, надо сказать, что сам Эйнштейн, нарушив концепции Ньютона, не простил такого нарушения квантовой механике и до конца дней так и не принял ее полностью.
(Аналогия не есть доказательство, но если бы я знал доказательство, то и книгу писал бы по-другому.)
Похоже, что ситуация в науке о мозге приближается к необходимости выхода за рамки сложившихся научных подходов. Довольно просто было бы пытаться следовать по пути заимствования аппарата квантовой механики. Однако мне кажется, что такой путь неперспективен. Многие пытались его пройти, но мало что получилось. Этого, в общем, и следовало ожидать. Аппарат, подход были созданы очень умными людьми для максимально хорошего описания определенных процессов и явлений, и нет оснований думать, что он подойдет к другому комплексу явлений. Это как, увидев дверь с новым замком, пробовать, не подойдет ли к нему один из висящих на колечке ключей от дома. В принципе, может и подойти, но вероятность ничтожна.
Предыдущие рассуждения не отрицают важность применения квантово-механических подходов и идей в нейрофизиологии мозга. Квантовая механика, в отличие от классической, еще далеко не закончена, поэтому многие ее результаты еще не до конца осознаются в смежных и далеких науках. В современной квантовой механике «разрешено» гораздо больше, чем мы можем предположить, исходя из ее университетского курса. Даже применение уже установленных квантово-механических концепций может объяснить многое из пока непонятого в мозге, причем не на уровне объяснения какого-либо эксперимента, а на концептуальном.
Так, например, мы обычно предполагаем, что малое возмущение вызывает малые последствия, а в квантовой механике крайне малое действие может вызвать значительные последствия. Создана теория таких эффектов. Другой пример, довольно известный. В квантовой механике интересно сочетаются детерминированность и неопределенность. Волновая функция подчиняется уравнению Шрёдингера (24), и поведение частицы с точки зрения описания ее волновой функции детерминировано, но взаимодействие с прибором вносит неопределенность. Таким образом, абсолютно детерминированное поведение частицы становится статистическим при попытке проследить за ней. А значит, действия экспериментатора и даже его намерения(!) меняют свойства объекта. Вообще сейчас в среде физиков, занимающихся теорией поля, квантовой механикой, бытует уверенность, что хороший теоретик может объяснить любое наблюдение, каким бы необычным оно ни казалось. Однако никаких гарантий того, что при исследовании мозга мы не выйдем за рамки современных представлений, нет.
В трудах отечественных ученых довольно хорошо (хотя, конечно, далеко не полностью) изучен нейрон – своеобразная «материальная точка» мозга. Мозг же представляет собой совокупность миллиардов нейронов. Таким образом, мы имеем объект, поведение которого даже с точки зрения классической физики может коренным образом отличаться от поведения его составляющих. При этом необходимо учесть связи между нейронами. «Материальные точки» серьезно взаимодействуют, каждый элемент находится в определенном состоянии; поведение всего мозга в целом существенно зависит от каждого нейрона. Насколько я знаю, такие модели математически полно не исследованы.
То есть в случае с мозгом различие еще больше, чем при переходе от описания двух точек к описанию кубического сантиметра газа. Напомню, что в физике этот переход привел к появлению совершенно новых постулатов. Аналогично переход в микромир также привел к не менее драматическим изменениям. Вообще с развитием науки нарушается все большее количество законов сохранения и незыблемых истин. Уже нарушены законы сохранения четности, комбинированной четности, изотропности времени (25, 26, 27). Можно ожидать, что и исследование мозга как совокупности сложно взаимодействующих частиц приведет к введению каких-либо принципиальных изменений в наше понимание природы, и в том числе основных свойств пространства – времени.
Кроме того, не следует ждать, что разработанная для описания движения двух точек методология и математический аппарат будут адекватно применимы для описания результатов исследования мозга. Массовое применение в настоящее время статистических методов, вероятно, и вызвано таким несоответствием. Дело в том, что статистика – это универсальный прием для анализа и объяснения предмета, о котором мало что известно. Вероятностный подход и вообще вероятность являются показателем нашего незнания. Совершенно очевидно, что мозг в своей работе не использует многократное повторение и накопление для выделения сигнала из шума, что мы используем в методе вызванных потенциалов. Он воспринимает стимул с первого раза. Применение громоздких и оченьгромоздких статистических и вообще математических моделей и описаний указывает на то, что, скорее всего, используется неадекватный подход. Мы ищем там, «где светло», и как умеем.