Рассматривается новая концепция трактовки понятий информации и энергии как безразмерных сущностей (т.е. единиц без измерения) в рамках квантовой механики и теории информации. Как правило, энергия количественно измеряется в особых единицах, таких как джоули или электрон-вольты, тогда как информация- в битах или байтах. Тем не менее, на квантовом уровне, когда границы физики становятся менее четкими, эти условные измерения не могут больше обеспечивать эффективные описания. Вводится математический оператор - оператор нормализации - в целях преобразования этих количественных величин в безразмерные сущности. Такой подход ставит своей целью упростить квантовые вычисления и теоретические модели, потенциально улучшающие эффективность, емкость и производительность квантовых технологий. С опорой на наше понимание энергии и информации, предпринимается попытка объединить разобщенные понятия в физике и выдвигаются новые пути технологических прорывов в квантовых вычислениях, коммуникациях, и за их пределами. Обсуждаются теоретические обоснования, практические последствия и возможные проблемы в продвижении этой парадигмы в рамках более широкого контекста актуальных научных исследований.
Рассматривается новая концепция трактовки понятий информации и энергии как безразмерных сущностей (т.е. единиц без измерения) в рамках квантовой механики и теории информации. Как правило, энергия количественно измеряется в особых единицах, таких как джоули или электрон-вольты, тогда как информация- в битах или байтах. Тем не менее, на квантовом уровне, когда границы физики становятся менее четкими, эти условные измерения не могут больше обеспечивать эффективные описания. Вводится математический оператор - оператор нормализации - в целях преобразования этих количественных величин в безразмерные сущности. Такой подход ставит своей целью упростить квантовые вычисления и теоретические модели, потенциально улучшающие эффективность, емкость и производительность квантовых технологий. С опорой на наше понимание энергии и информации, предпринимается попытка объединить разобщенные понятия в физике и выдвигаются новые пути технологических прорывов в квантовых вычислениях, коммуникациях, и за их пределами. Обсуждаются теоретические обоснования, практические последствия и возможные проблемы в продвижении этой парадигмы в рамках более широкого контекста актуальных научных исследований.
Актуальность: В статье предлагается новая междисциплинарная концепция — «Информационно-геометрическая структура реальности», преодолевающая разрыв между математическим формализмом фундаментальной физики и когнитивными аспектами человеческого восприятия. В рамках данной модели пространство-время рассматривается как эмерджентное свойство статической четырехмерной блочной вселенной (Эвереттовского Мультиверса), в то время как субъективное течение времени объясняется как информационный феномен, возникающий в результате динамики корреляции памяти и прогнозирования в когнитивной системе наблюдателя. Методология: Данное исследование развивает положение предыдущей работы автора, посвященной информационной и геометрической интерпретации радиоактивного распада (DOI 10.5281/zenodo.17137287). Путем синтеза концепций петлевой квантовой гравитации, теории суперструн и многомировой интерпретации автор вводит механизм квантового резонанса, при котором узлы пространственной спиновой сети взаимодействуют с вибрационными модами квантовых струн. Результаты: В работе рассматривается проблема свободы воли, которая определяется не как нарушение детерминизма, а как структурный селектор состояния сознания в гильбертовом конфигурационном пространстве. На основе подходов квантового дарвинизма и принципа свободной энергии показано, что состояние с более высокой когнитивной когерентностью естественным образом согласовывают траекторию наблюдателя с термодинамически стабильными, высокоорганизованными ветвями Мультиверса. Выводы: В исследовании делается вывод, что сознание функционирует как фундаментальный информационный паттерн, сохраняющийся независимо от его биологического субстрата, а его эволюция служит главным движущим фактором в космической структуре.
Интерпретации квантовой механики призваны решить проблему измерения, возникающую в этой теории. Из приведённых в статье аргументов следует, что проблема измерения может быть связана с тенденциями познания, в основании которых лежит движение познания в сторону теории всего, каковая теория недостижима не только на практике, но и в принципе. Возможной составляющей проблемы измерения и действительной составляющей новой интерпретации является наблюдатель, его сознание, относительно которого в статье также сделаны выводы. В статье обосновано, что сознание и элементарный уровень материи — это одно и то же. Иными словами, сознание, квалиа — это физическая реальность непосредственно, материя как таковая. При этом по мере приближения познания к описанию элементарного уровня материи предсказания фундаментальных теорий должны становиться всё точнее, математический аппарат теорий всё сложнее, а модели теорий всё менее адекватными реальному устройству природы. В результате процесс фундаментального познания будет идти всё сложнее, и в конечном итоге он остановится, утратив смысл вследствие нарастающих по всем направлениям трудностей. Показано, почему так происходит, как это возможно, и другие элементы утраты познанием смысла. Проблема измерения возникает вследствие необходимости совместить неадекватную модель реальности, представленную в квантово-механической теории, и реальность действительную, представленную в свойствах сознания. Показано, что этот процесс должен иметь все особенности коллапса волной функции. Таким образом, коллапс волновой функции, по-видимому, действительно связан с сознанием, но эта связь носит не прямой физический, а гносеологический характер. Перефразируя известные слова Эйнштейна, наличие такой связи не означает, что Луна исчезает, если на неё никто не смотрит. Но это не точно, так как модель квантовой механики природе однозначно неадекватна, однако «в какую сторону» неадекватна, неизвестно. В свою очередь, учитывая, что рассмотренные в статье тенденции познания носят глобальный и безальтернативный характер, появление проблемы измерения в ходе познания закономерно, в каком-либо теоретико-физическом смысле она нерешаема, объяснить можно лишь её гносеологический источник. В первой главе сделан краткий экскурс в квантовую механику, рассмотрена сама проблема измерения, сформулированы составляющие её парадоксы и вопросы. В других главах определены границы и тенденции познания, их связь с сознанием и приведены аргументы новой интерпретации. Примечание. У статьи есть расширенный вариант — «Гносеологическая интерпретация квантовой механики. Материя сознания. Пределы сложности искусственного интеллекта». Он содержит больше примеров, более подробное описание теорий, задач и проблем современной фундаментальной физики, а также дополнен главой о пределах сложности искусственного интеллекта, как косвенно тоже связанной с аргументами новой интерпретации.
Одним из самых удивительных аспектов сознания является способность человека к интуитивным прозрениям, то есть догадкам, для которых нет оснований в имеющейся информации. Такую способность трудно объяснить в рамках привычных научных подходов, и все более распространенной становится точка зрения, что для ее объяснения необходимо привлечь квантовую механику. Работа в этом направлении была начата в сотрудничестве Паули и Юнга еще в первой трети XX в., но только в наше время стала систематической. Большинство тех, кто разрабатывает эту тему, апеллируют к квантовым процессам, которые могут идти в некоторых структурах мозга. К ним относится известный математик Роджер Пенроуз, который, видимо, более всех сделал для популяризации самой темы теории сознания”. Автор настоящей статьи предложил другой подход. В нем используется лишь логическая структура квантовой механики в интерпретации Эверетта, и на этой основе сознание вводится не как функция мозга, а независимо, в рамках психофизического параллелизма. Это позволяет эффективно рассмотреть не только собственно сознание, но и роль бессознательного, которая, как хорошо известно, чрезвычайно важна. Это дает возможность объяснить феномен сверхинтуиции”, то есть прозрений (в том числе научных), которые заведомо не могут быть результатом рационального рассуждения, а появляются как своего рода прямое видение истины”.
Ряд задач оптимизации в квантовой теории информации: одношаговая классическая пропускная способность квантового канала; сцепленность формирования состояния; классическая пропускная способность квантовой наблюдаемой; достижимая информация ансамбля квантовых состояний - могут быть сформулированы как вычисление выпуклого замыкания выходной энтропии определенного квантового канала. Эту общую проблему можно рассматривать как задачу выпуклого программирования, для которой могут быть установлены необходимые и достаточные условия оптимальности наряду с двойственной задачей. Из этих условий оптимальности вытекает некоторая точная нижняя граница энтропии, квантовой либо классической, которая имеет связь со знаменитым логарифмическим соболевским неравенством.
Показано, что недавно установленная полунепрерывность снизу квантовой условной взаимной информации влечет за собой свойство (на самом деле эквивалентна свойству) полунепрерывности снизу потери квантовой (условной) взаимной информации под действием локальных каналов, рассматриваемой как функция на декартовом произведении множества всех состояний составной системы и множеств всех локальных каналов (наделенных топологией сильной сходимости). Рассмотрены некоторые приложения этого свойства. Получены новые условия непрерывности квантовой взаимной информации и сжатой сцепленности (squashed entanglement) как в двухчастичных, так и в многочастичных бесконечномерных системах. Доказано, в частности, что многочастичная сжатая сцепленность любого счетно неразложимого сепарабельного состояния с конечными маргинальными энтропиями равна нулю. Установлены специальные свойства непрерывности прироста информации квантового измерения с квантовой дополнительной (side) информацией и без нее, которые могут быть интерпретированы как устойчивость этих величин по отношению к возмущениям измерения и измеряемого состояния.
В статье подвергается критике необоснованное внедрение принципов квантовой механики в биологию и медицину, а именно принципа квантования, принципа неопределенности Гейзенберга и принципа корпускулярно-волнового дуализма. Рассмотрено значение этих принципов в современной физике, затем описаны представления некоторых исследователей о том, как эти принципы могут быть использованы в биологии и медицине. Показано, что квантово-механические представления не могут играть существенной роли в биологической науке, за исключением случаев рассмотрения строения живых систем на субмолекулярном уровне. В конце статьи даются собственные представления авторов о соответствии биологических явлений некоторым квантово-механическим принципам. Принципу квантования соответствует дискретность живых систем, однако на этом соответствие заканчивается, поскольку живая система не является в отличие от квантов неделимой, ее структура известна, поэтому живая система не может быть названа элементарной в отличие от элементарных частиц, структура которых в настоящее время еще неизвестна. Принцип неопределенности корректно трансформирован Рашмером в принцип биологической неопределенности, заключающийся в невозможности точно предсказать поведение конкретной живой системы при внешних воздействиях (например, при введении медикаментов), а также в том, что неопределенностью состояния обладает не одна живая система, а их большая совокупность, что делает медицину как науку статистической, а как профессию — искусством. Корпускулярно-волновому дуализму можно привести в соответствие невозможность измерения параметров живой системы без влияния на них, а также биологическое явление, известное как «волны жизни».