Кот Шредингера – 2
Проведем со злосчастным котом Шредингера еще один эксперимент, в обратном порядке и на этот раз без урана и кислоты. Мы не будем ждать момента, когда кот перейдет в смешанное состояние. Привлечем кота, который с самого начала эксперимента находится в неопределенном, «размытом» состоянии, «не жив и не мертв».
Возьмем прикрытую коробку, где находится спящий кот. Наблюдателю предстоит ответить на тот же сакраментальный вопрос: кот жив или мертв? При этом ему запрещено открывать коробку или производить какое-либо иное возмущение среды. Теперь сам наблюдатель оказывается в условиях квантовой неопределенности: он видит координату кота – коробку, но его сигнальная система (зрение, слух и др.) не имеет возможности замерить импульс кота – он не перемещается и из коробки не доносится ни звука. Пока кот безмятежно спит, для наблюдателя вероятность 50%, что там находится живой кот, и такая же вероятность, что там находится кот мертвый. Но как только от кота пошел какой-либо импульс, – он замяукал или высунул голову из коробки, – для наблюдателя становится очевидным, что кот жив, Иллюстрация 6.
Правда, при этом в состояние неопределенности приходит координата – проснувшись, кот получает возможность перемещаться в пространстве. Перед нами наглядная иллюстрация принципа неопределенности Гейзенберга. Пока спящий кот «привязан» к определенной точке пространства, нам известно его местоположение, но «заглушен» импульс. Если кот проснулся, то у него появляется импульс, но совсем не факт, что нам удастся быстро обнаружить его в какой-то конкретной точке открытого пространства.
Иллюстрация 6. Кот Шредингера-2
Наблюдатель в условиях квантовой неопределенности. Кот жив или мёртв?
Задача перед экспериментом стоит та же, что и в его оригинальной версии: попытаться обнаружить за квантовой механикой какой-то более глубокий скрытый физический фундамент, позволяющий перейти от состояния неопределенности к состоянию определенности и смоделировать нашу «кошачью» квантовую систему с помощью детерминированной физики. Но поле поиска в нашем эксперименте существенно меняется. Нам не нужно будет смешивать, а потом пытаться как-то разделить живого и мертвого кота. Мы будем вести поиски по границе, отделяющей спящего кота от проснувшегося.
Сон является естественным физиологическим состоянием человека и имеет четко выраженную суточную цикличность. Он обеспечивает организм отдыхом, играет важную роль в процессах метаболизма, способствует переработке и хранению информации, восстанавливает иммунитет и защитные силы организма.
Природа сна, на которую наброшен покров чего-то мистического, интересовала людей во все времена. Древние греки считали ночной сон и сон вечный близкими явлениями. Аристотель описывал сон как «пограничное состояние между жизнью и не жизнью». При этом люди всегда замечали и использовали целебную силу сна. Изучением его природы занимались выдающиеся русские ученые-физиологи И.М. Сеченов и И.П. Павлов, советско-израильский психофизиолог В.С. Ротенберг, основатель психоанализа З. Фрейд, Исследованию сна посвятил свою жизнь уроженец Российской империи американский нейрофизиолог Н. Клейтман, обнаруживший и описавший разные фазы сна, в том числе фазу быстрого сна (БДГ–фазу или REM–фазу).
Природа сна изучается, однако она по-прежнему ставит больше вопросов, чем дает ответов. Медицина исследовала человека вдоль и поперек, просеяла его до мельчайших молекул, научилась делать реинжиниринг генома – создавать младенцев с заранее заданными характеристиками. При всем том до сих пор не известно, для чего вообще нужен сон.
Когда-то считалось, что сон необходим для вывода токсинов, которые накапливаются за время бодрствования и начинают отравлять мозг, но никаких специфических «ядов сна» так и не было обнаружено. Сон необходим для отдыха уставшего тела? Но люди, у которых тело не работает, страдающие заболеваниями, связанными с атрофией мышц, точно также нуждаются в сне. Сон нужен для отдыха мозга, нагруженного полученной за день информацией? Но оказалось, что мозг во время сна не только не отдыхает, а наоборот, его нейроны работают даже более интенсивно, чем во время бодрствования.
Учеными прорабатываются различные теории, каждая из них открывает какие-то важные детали, но эти детали, как выпавшие кусочки мозаики, не дают представления об общей картине. Общепринятой точки зрения относительно природы и функции сна не существует.
Объективно сон сопровождается изменением физического состояния человека:
• Снижается мышечная активность.
• Снижается активность работы внутренних органов, замедляется обмен веществ.
• Понижается температура тела, снижается частота дыхания и пульса.
• Снижается порог восприятия, сознание отключается от реальности.
• Головной мозг во время сна работает не меньше, чем в состоянии бодрствования, но по-другому. По мере развития сна, низкоамплитудная и высокочастотная электрическая активность мозга начинает меняться и появляются низкочастотные и высокоамплитудные волны.
Объективно состояние сна характеризуется также необходимостью изменения пространственного положения тела человека – принятия горизонтального положения, ортогонального (перпендикулярного) по отношению к положению в состоянии бодрствования. Сон необходим для функционирования всех высших животных, однако ни к одному существу природа не предъявляет столь жестких требований по ориентации тела в пространстве во время сна, как к человеку. Лошади могут спать стоя, дельфины – активно перемещаясь в море, птицы – во время полета. У человека же мышцы во время сна расслабляются настолько, что становятся неспособными держать его вес. Спать стоя человек не в состоянии, сон в положение сидя не является полноценным.
Помимо характеристик, поддающихся объективному наблюдению и инструментальному контролю, у сна есть другая сторона, субъективная – сновидения. Во сне человеку снятся различные картины, в которых он может быть активным действующим лицом и переживать различные эмоции, как положительные, так и отрицательные. Он не только воспринимает зрительные, слуховые, тактильные образы, но и ощущает запах и вкус. Человек во сне может оказаться в любом месте, мгновенно перемещаться в пространстве, летать, даже проходить сквозь стены – здесь нет ничего невозможного. Сны могут быть обыденными, ничем не примечательными, и могут быть очень яркими, запоминающимися. Случаются «многосерийные» сны, где развивается одна сюжетная линия, но между отдельными «сериями» проходят месяцы и годы. Более того, изредка сны оказываются провидческими или озаряют научными открытиями, о чем повествуют, например, истории об открытии Д.И. Менделеевым периодической таблицы или о создании Н. Бором планетарной модели строения атомов. При этом стоит заметить, что внезапным озарениям ученых во сне предшествовала их многолетняя, целенаправленная, напряженная работа наяву.
Считается, что сновидения проецируются реальными переживаниями в состоянии бодрствования. При этом они не поддаются какому-либо контролю или управлению ни со стороны спящего, ни со стороны сторонних наблюдателей. Всё, что происходит с человеком внутри сновидения, является мнимым, не имеющим отношения к реальности.
Зачем снятся сны? Какова их природа? Каков механизм образования? У науки нет однозначных ответов на эти вопросы. Электроэнцефалограммы головного мозга – единственные средства объективного контроля сновидений, но они не могут дать полной картины.
Сны продуцирует мозг, но не выявлено какого-то специального «центра сна». Сегодня ученые приходят к выводу, что спящий мозг и бодрствующий мозг очень схожи между собой в плане активации – и в том, и в другом случае задействованы одни и те же области. Человек видит во сне лица тогда, когда активен участок мозга, который и наяву отвечает за распознавание лиц людей и формирование визуальных образов. Сны с пространственным восприятием, движениями и обдумыванием чего-либо появляются тогда, когда активированы участки мозга, которые и наяву отвечают за ощущение пространства, двигательную активность и мыслительный процесс, соответственно. Эффект БДГ (быстрого движения глаз) говорит о том, что зрительные органы задействованы во время сновидений. Большинство же органов в состоянии сна не активны, но при этом активен участок ЦНС, придающий им импульс.
Исследования сомнологов свидетельствуют, что центральная нервная система человека функционирует в двух разных режимах – бодрствования и сна:
ЦНС в режиме бодрствования:
–Получает сигналы реального мира.
–Обрабатывает полученные сигналы, формирует ответные импульсы.
–Посылает импульсы системам организма.
–Приводит в действие различные органы для ответной реакции.
ЦНС в режиме сна:
–Создает имитационные сигналы.
–Обрабатывает полученные сигналы, формирует ответные импульсы.
–Посылает импульсы системам организма.
–Блокирует ответные реакции организма.
В обеих режимах мозг одинаково работает с поставленной перед ним задачей. Но поступающие в него входные и исходящие сигналы принципиально отличаются. Получается, что мозг во время сна используется «втемную» – причинно-следственные связи для него оборваны. Возникает любопытный вопрос: а кто же и зачем во время сна посылает мозгу задачу и получает ответ на нее?
В режиме сна человек выключен из реальности, недееспособен. А его ЦНС в это время разворачивает симулятор реальности – создает виртуальные ситуации и требует от человека ответной реакции, принятия решений, совершения действий. При этом блокирует саму возможность ответной реакции, делает так, чтобы человек оказался «не в курсе» предъявляемых требований. Всё это напоминает работающего инкогнито независимого аудитора, которого интересует не столько красивый фасад, сколько то, что находится в глубине. ЦНС зачем-то тестирует неосознанные и неконтролируемые реакции человека, поставленного в непредсказуемые условия иллюзорного мира сновидений.
Исключительная биологическая роль процесса сна неоспорима. Вот только объяснить природу сна с позиций биологии никак не получается. Однако она удивительно легко ложится на платформу квантовой физики.