Существует ли свобода воли на самом деле? Квантовая физика скоро даст ответ

29 май 2025, 10:52

Вопрос о свободе воли — один из тех «проклятых» вопросов философии, который веками будоражит умы мыслителей, теологов и, как ни странно, физиков. Действительно ли мы сами кузнецы своей судьбы, или наши решения — лишь иллюзия, хитросплетение предопределённых событий? Кажется, что эта дискуссия должна оставаться в сфере умозрительных построений. Но что, если я скажу вам, что ответ может прийти из самой неожиданной области — квантовой физики? Да-да, той самой, с её котами Шрёдингера и пугающей «жуткой дальнодейственностью».

Группа учёных под руководством Адана Кабельо из Университета Севильи (Испания) всерьёз взялась за эту проблему. Они считают, что хватит гадать на кофейной гуще — пора ставить эксперименты! «У каждого своё мнение о том, что скрывается за квантовой теорией, — заявляет Кабельо. — Но важно не то, что мы думаем, а то, что можем доказать математически и экспериментально». И в этом, согласитесь, есть своя железобетонная логика.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Призраки запутанности и выбор экспериментатора

Чтобы понять, как квантовая механика вообще оказалась замешана в споре о свободе воли, нам придётся коснуться одного из её самых контринтуитивных явлений — квантовой запутанности и связанной с ней нелокальности. Представьте себе две частицы, связанные невидимой нитью. Что бы ни случилось с одной, вторая мгновенно «узнает» об этом и отреагирует, даже если их разделяют световые годы. Эйнштейн, помнится, называл это «жутким дальнодействием», и не зря — выглядит как магия.

В 1964 году физик Джон Стюарт Белл придумал, как эту «магию» проверить. Он разработал математический аппарат, известный как неравенства Белла. Суть его, если очень упростить, в следующем: если мир устроен по классическим законам, где всё локально и предопределено (никакой «жути»), то результаты измерений характеристик запутанных частиц должны подчиняться этим неравенствам. Если же мир квантовый и нелокальный, неравенства будут нарушаться.

И что вы думаете? Десятилетия экспериментов, включая те, за которые в 2022 году присудили Нобелевскую премию по физике, раз за разом показывали: неравенства Белла нарушаются! Мир действительно ведёт себя так, как предсказывает квантовая механика, со всей её нелокальностью.

Но вот тут-то и начинается самое интересное. Любая теорема, включая теорему Белла, строится на определённых допущениях. Команда Кабельо, куда также входят Равишанкар Раманатан и Карлос Виейра из Гонконгского университета, сосредоточилась на трёх таких китах:

Независимость измерения (Measurement Independence): Это, пожалуй, ключевой момент для нашего разговора. Предполагается, что выбор настроек измерительных приборов одним экспериментатором (назовём её Алисой) никак не зависит от выбора другого экспериментатора (Боба) и от каких-либо скрытых переменных, которые могли бы предопределить исход. Проще говоря, Алиса и Боб свободны в своём выборе.
Независимость параметров (Parameter Independence): Настройки прибора Алисы не должны влиять на результат измерения Боба, и наоборот.
Независимость исхода (Outcome Independence): Результат измерения Алисы не должен зависеть от результата Боба, если только они не связаны через общие скрытые переменные.

Так вот, допущение о независимости измерения напрямую связано с идеей свободы воли экспериментатора. А что, если этой свободы нет? Если какой-то неведомый вселенский закон или скрытый механизм заставляет Алису выбирать определённые настройки именно тогда, когда Боб выбирает другие? Тогда наблюдаемые корреляции между частицами могут быть объяснены не квантовой нелокальностью, а этой предопределённостью. Странность квантового мира исчезает, но какой ценой! Ценой нашей свободы выбора.

А что, если свобода воли… частичная?

Именно эту лазейку и решили исследовать Кабельо и его коллеги. Они задались вопросом: а обязательно ли свобода воли должна быть абсолютной или отсутствовать вовсе? Может быть, возможен компромисс — частичная свобода воли?

Представьте, что большую часть времени вы вольны выбирать на завтрак яичницу или овсянку. Но иногда, в особо редких случаях, некие фундаментальные законы физики вмешиваются и неумолимо подсовывают вам тарелку с мюсли, как бы вы ни сопротивлялись. Звучит диковато, не правда ли? Однако исследователи разработали новые уравнения, похожие на неравенства Белла, которые как раз и позволяют проверить, возможен ли такой сценарий, где наши действия лишь иногда предопределены.

Николя Жизан из Женевского университета считает эту работу важным шагом. «Нарушение неравенств Белла — установленный факт, — говорит он. — Но у любой теоремы есть допущения». И проверка этих допущений, особенно такого фундаментального, как независимость измерения, может пролить свет на самые основы квантовой теории.

На всех диаграммах черные стрелки обозначают причинные влияния, общие для всех возможностей. a Полная зависимость от измерения. Она может возникать, по сути, двумя способами. Первый — с полным супердетерминизмом без ретрокаузальности. В этом случае Алиса и Боб не имеют свободы выбора настроек измерения, X и Y, соответственно. Вместо этого настройки определяются распределением HV в прошлых световых конусах X и Y, представленных нижним узлом Λ. Причинные влияния между нижним Λ и X и Y представлены фиолетовыми сплошными стрелками. Второй способ, которым может возникнуть полная MD, — это полная ретрокаузальность со свободой выбора. В этом случае Алиса и Боб имеют свободу выбора «номинальных» настроек измерения X и Y, но фактические измерения определяются распределением HV в будущих световых конусах X и Y, представленных верхним узлом Λ. Причинно-следственные связи между верхним Λ и X и Y представлены фиолетовыми пунктирными стрелками. b Полная зависимость от параметров. X определяется Алисой, а Y — Бобом. Однако X влияет не только на результат измерения Алисы, представленный A, но и на результат измерения Боба, представленный B, который находится за пределами светового конуса X. Это сверхсветовое влияние (или «действие на расстоянии») обозначено красной стрелкой. Аналогично, Y влияет не только на B, но и на A. c Полная зависимость от результата. X определяется Алисой, а Y — Бобом. Однако A и B причинно связаны, несмотря на то, что они пространственно разделены. Эти сверхсветовые влияния обозначены синими стрелками. d Отсутствие скрытых переменных. X свободно определяется Алисой, а Y — Бобом. A причинно связано только с квантовым состоянием, обозначенным Ψ, и X. Аналогично, B причинно связано только с Ψ и Y. Цитирование: Vieira, C., Ramanathan, R. & Cabello, A. Test of the physical significance of Bell non-locality. Nat Commun 16, 4390 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59247-7
Автор: Vieira, C., Ramanathan, R. & Cabello, A. Источник: www.nature.com

Зачем всё это? От теологии до супердетерминизма

Казалось бы, ну какая разница обычному человеку, полностью ли свободен выбор физика в лаборатории или лишь частично? Однако последствия могут быть далеко идущими.

Кабельо указывает на философию религии. «Многие религии разрешают конфликт между всеведущим Богом и заповедью «не греши», допуская, что люди обладают частичной свободой воли», — поясняет он. Если же эксперименты покажут, что даже такая частичная свобода невозможна в рамках законов природы, это может поставить под сомнение и такие теологические конструкции.

Более того, эти исследования могут повлиять на судьбу некоторых весьма радикальных интерпретаций квантовой механики, таких как супердетерминизм. Сторонники этой идеи полагают, что абсолютно всё во Вселенной, включая наш выбор и результаты квантовых экспериментов (в том числе и нарушение неравенств Белла), строго предопределено некими ещё не открытыми нами законами. С их точки зрения, тест Белла не доказывает нелокальность, а лишь отражает тотальную детерминированность мира. Тим Палмер из Оксфордского университета, сторонник супердетерминизма, считает, что новая работа как раз может помочь объяснить теорему Белла в рамках детерминированного мира, если отказаться от допущения о независимости измерения.

Эксперимент — всему голова

Сейчас команда Кабельо активно разрабатывает эксперименты, чтобы проверить свои новые уравнения на практике. Раманатан предполагает, что здесь могут пригодиться квантовые компьютеры, ведь в их компактной архитектуре вопрос о взаимном влиянии частей и ослаблении допущений о независимости встаёт особенно остро.

«Приоритет — провести эксперименты», — резюмирует Кабельо. И это, пожалуй, самый захватывающий аспект. Философский вопрос, которому тысячи лет, может получить экспериментальный ответ благодаря инструментам физики XXI века.

Конечно, даже если эксперименты покажут, что свобода воли (хотя бы в контексте настроек измерительных приборов) ограничена, это не обязательно означает, что вы не можете выбрать, какой фильм посмотреть сегодня вечером. Но это точно заставит нас всех — и учёных, и философов, и просто любознательных людей — по-новому взглянуть на природу реальности и наше место в ней. И кто знает, какие ещё тайны Вселенной откроются нам на этом пути? Одно ясно: скучно точно не будет.

Опубликовано: Мировое обозрение Источник