3.8. Двуединая природа мира. Духовная монада

 

Наша Матрица, о которой мы так много говорим в этой главе (матрица плотности), помогает найти ответ на еще один извечный вопрос, который занимал умы людей на протяжении всей истории человечества. Представление о двуединой природе человека широко распространено в религиозных и эзотерических учениях. Человек дуален и, помимо тварного, тленного тела, имеет также и вечный бессмертный дух. Часто также приходится сталкиваться с мнением, что двойственна природа всех окружающих тел, что все объекты имеют некий «шаблон» — наряду с их плотной составляющей существуют «идеальные формы», или «идеи», «образы» тех или иных тел. Можно ли эту двойственную природу всех систем увидеть в квантовомеханическом описании? Оказывается, можно, и довольно просто.

В терминах квантовой теории эта задача формулируется следующим образом: можно ли произвольную матрицу плотности разложить на две составляющие, одна из которых постоянна и не зависима ни от каких параметров (вечная и неизменная), а вторая — динамическая составляющая, зависящая от параметров.

И, действительно, такое разложение хорошо известно в квантовой теории. Я напомню, что в терминах матрицы плотности описываются любые системы, как замкнутые (чистые состояния), так и открытые, взаимодействующие со своим окружением (смешанные состояния). Так вот, математически доказано, что любая матрица плотности всегда может быть представлена в виде суммы двух матриц: одна соответствует максимально-смешанному состоянию, а вторая — имеет нулевой след (подробности см. в конце раздела).

Матрица максимально-смешанного состояния — это диагональная матрица с одинаковыми диагональными элементами. Такие матрицы называются скалярными. В начале главы мы уже говорили о них [см. выражения (3.4) и (3.5)]. С физической точки зрения, матрица максимально смешанного состояния — это набор потенциальных состояний, которые система может реализовать, «проявить» в виде объективных элементов реальности, в виде наблюдаемых, «тварных» величин. Эта составляющая любой матрицы плотности всегда постоянна, она не зависит от времени и любых других параметров.

А если взять вторую матрицу из разложения (с нулевым следом), то это динамическая часть матрицы плотности. Она может зависеть от времени, то есть это она отвечает за сам процесс «проявления» локальных форм и вообще за все изменения, которые могут происходить с системой.

Первая часть матрицы плотности (максимально смешанное состояние) — это основа, «главная ось» любой системы, то, без чего системы вообще не существует. Любая система, любая матрица плотности ее имеет, а на эту «ось» уже может «накручиваться» все остальное содержание системы. В самом простом случае, если рассматривать кубит в качестве элементарного сознания, то эта диагональная его составляющая [см. выражение (3.20) ниже] является своего рода духовной монадой — неизменной и неуничтожимой частью сознания, которая может лишь «укутываться» некой динамической оболочкой, в которой и отражаются все изменения, происходящие с системой.

Для Универсума максимально смешанное состояние составляет «Ось Мира», а динамическая часть матрицы плотности — это «Мировое Яйцо», то, что окружает ось мира.

Из квантовой теории следует еще один важный вывод. В начале главы уже говорилось, что максимально смешанное состояние не может иметь место для замкнутых систем. Другими словами, «Ось Мира», например, не может быть «голой» — она обязательно будет укутана «шубой» квантового ореола. Это же относится к духовной монаде — она не способна в своем чистом виде существовать как замкнутая система. В чистом виде она может находиться только в составе более сложной системы, причем в максимально запутанном состоянии, то есть в состоянии полного единства со всей системой. Но в данном случае у нее нет самостоятельности, нет свободы воли, нет собственной динамики, нет возможности независимого развития. Любая самостоятельность сопровождается «отпадением» от исходного нелокального состояния системы, при этом духовная монада «укутывается» индивидуальной динамической составляющей, она локализуется и проявляется, становится более плотной. Иными словами, это нелокальный источник наделяет подсистемы духовными монадами, чтобы они могли индивидуально развиваться и тем самым обогащали своим опытом уже всю систему.

Итак, из простого анализа матрицы плотности произвольной системы следует, что любая система может быть представлена как состоящая из двух качественно различных составляющих. Одна часть — это вечное, неуничтожимое «ядро», существующее вне времени и пространства, а другая часть — ее плотное «тело», оболочка, посредством которой система реализует то или иное потенциальное состояние своего ядра, своего духа, а при наличии окружения может с ним взаимодействовать, что также сказывается на состоянии ядра.

Динамическая часть матрицы плотности отвечает за наличие квантовой оболочки, формирование пространственно-временного континуума и энергетических потоков вокруг неуничтожимого духовного ядра, описываемого нормированной скалярной матрицей.

Квантовая теория позволяет увидеть единство двух качественно различных составляющих системы, ее двойственную природу. Если говорить о сознании — это единство духа и тела в системе, обладающей сознанием. Одновременно, это и сотворение деятельным сознанием «тварной» реальности.

Мы еще не говорили о «несознательных» объектах. Что такое для них «вечная» часть состояния, описываемая матрицей плотности максимально смешанного состояния? Я полагаю, что это и есть то, что называется «идеей», «идеальным образом» объекта. Становится понятным, почему физике, в том числе и классической, удается правильно описывать окружающий мир (в рамках применимости теорий). Ответ, согласно предыдущим рассуждениям, получается очень интересный — потому что практически вся физика имеет дело исключительно с «идеями» реальных объектов! То есть она оперирует вечными и неизменными категориями объектов. Как известно, с точки зрения квантовой теории вся классическая физика имеет дело с диагональными матрицами плотности. То же самое относится к понятию статистического ансамбля и вероятностной интерпретации квантовой механики. Как я уже говорил в предыдущей главе (см. раздел 2.3), в свое время, для вычисления средних значений физических величин, Гиббс и Больцман предложили рассматривать — вместо временного усреднения в рамках одной системы — среднее по ансамблю, среднее по совокупности большого числа соответствующим образом разупорядоченных систем. Они предложили мысленную конструкцию из совокупности систем, когда каждое допустимое состояние данной (одной) системы представлено в ансамбле отдельной системой, находящейся в стационарном состоянии. Каждая система из ансамбля является мысленной копией реальной системы в одном из допустимых ее состояний.

То есть ансамбль — это и есть в прямом смысле мысленная конструкция, идея объекта, когда вместо реальной системы рассматривается ее идеальный прообраз как набор всех потенциально-допустимых состояний системы. А это и есть «ось мира» самой системы, матрица максимально смешанного состояния.

И если системы, обладающие сознанием, на фундаментальном уровне в нелокальном состоянии могут существовать только как частички Духа (Мирового Разума), то объекты, не обладающие сознанием, — только как «идеи». В общем, опять все сводится к квантовой информации, той «первичной субстанции», которая содержится в нелокальном источнике реальности.

Состояния, описываемые матрицами плотности, не обязательно должны быть материальными с точки зрения классической физики. Например, такими состояниями являются все наши потенциальные мысли и эмоции. И реализация одного из этих допустимых состояний (появление у нас какой-то конкретной мысли или чувства) сопровождается возникновением объективных элементов реальности, соответствующих этим мыслям и чувствам. Данные элементы реальности классические приборы не могут «увидеть», тем не менее, они объективно существуют и могут взаимодействовать с аналогичными структурами, эманациями, «сгенерированными» другими людьми.

Можно затронуть еще один вопрос — каким образом развивается сознание? Способно ли, например, элементарное сознание, рассматриваемое как чистое состояние, как замкнутая система, без внешнего окружения развивать свое сознание «изнутри». Я считаю, что может. Как показывает разложение матрицы плотности, о котором мы говорим, элементарное сознание в качестве «зародышей» содержит в себе сознание двух других подсистем — уже есть два других «ядра», потенциальных центров сознания. Каждое из них, в свою очередь, может разделиться на два и т. д. То есть элементарное сознание, в принципе, может изнутри «делиться» до бесконечности, наращивая свое пространство состояний. Я попытался изобразить такое разложение кубита на два «ядра» в виде схемы (рис. 2).

 

Рис. 2. Разложение матрицы плотности говорит о том, что и вектор состояния кубита (вектор поляризации ) можно разложить на два динамических вектора, вращающихся уже вокруг двух других центров, — это векторы  и  на рисунке — и два постоянных неизменных вектора , , лежащих на оси квантования. .

 

Кубитной модели элементарного сознания может еще помочь теория квантовых вычислений. Сейчас уже определен набор основных логических операций, с помощью которых можно реализовать любые квантовые вычисления. Умение выполнять эти операции делает квантовый компьютер «разумным». Это те операции над кубитами, которые позволяют квантовому компьютеру выполнять «осмысленные» действия, в частности, использовать запутанные состояния для выполнения вычислений. По сути, все логические операции сводятся к вращению вектора состояния кубита, его движению по сфере Блоха. То есть для того, чтобы наше элементарное сознание (наш кубит) стал «умным», он должен уметь выполнять несколько основных логических операций, с помощью которых можно реализовать любую последовательность «рассуждений». Поскольку сознание ранее было определено как способность воплощать допустимые состояния, кубит будет считаться «разумным», обладающим элементарным сознанием, если он в состоянии реализовать последовательности основных логических операций (может вращать по своему усмотрению вектор состояния по сфере Блоха).

 

Более подробное рассмотрение основного разложения матрицы плотности целесообразно начать с самого простого случая двухуровневой системы (кубита). Напомню также, что все матрицы плотности — эрмитовы.

В матричном анализе доказывается утверждение, что всякую эрмитову матрицу 2 × 2 можно однозначно записать в виде вещественной линейной комбинации единичной матрицы и трех матриц с нулевым следом, так называемых матриц Паули, в частности, любая матрица плотности 2 × 2 представляется в виде:

 

ρ = 1/2 (Е + ασ_x + βσ_y + γσ_z),

 

где Е — единичная матрица, α, β, γ — вещественные числа, а σ_x σ_y и σ_z — матрицы Паули [см. (3.12)]. Мы уже пользовались такой формой записи в выражении (3.11).

 

Этот результат для матриц 2 × 2 является частным случаем хорошо известного в квантовой теории общего утверждения, что любая матрица плотности произвольной размерности может быть записана в виде*:

 

ρ_ε = (1 – ε) M_d + ερ₁,                                        (3.14)

 

где d = 2^N — размерность гильбертова пространства системы, состоящей из N подсистем; M_d = 1_d /d — максимально смешанное состояние (нормализованная единичная матрица плотности, след которой равен 1); 1_d — единичная матрица размерностью d; ρ₁ — произвольная матрица плотности; ε — вещественный параметр (0 ≤ ε ≤ 1).

 

* Braunstein S. L. et al. Phys. Rev. Lett. 83, 1054 (1999).

 

В форме (3.14) часто анализируют псевдочистые состояния*, когда ρ₁ = |ψñáψ|.

 

ρ_ε = (1 – ε)M_d + ε|ψñáψ|.

 

* Linden N. and Popescu S. Phys. Rev. Lett. 87, 047901 (2001).

 

Выражение (3.14) можно переписать в виде:

 

ρ_ε = M_d + ε(ρ₁ – M_d).                                         (3.15)

 

То есть любая матрица плотности может быть представлена в виде суммы матрицы максимально смешанного состояния M_d (с единичным следом) и матрицы с нулевым следом (ρ₁ – M_d), напомню, что след у ρ₁ тоже равен единице.

 

Таким образом, состояние произвольной системы имеет двуединую природу, содержит в своей структуре две качественно различные составляющие: одна часть неизменная, вечная (максимально смешанное состояние), и вторая часть динамическая (если система динамическая, параметр ε может быть, например, функцией времени).

Рассмотрим более детально, что такое максимально смешанное состояние. Наверное, это будет легче понять на примере кубита. Только для начала мы запишем вектор состояния кубита |ψñ = a|0ñ + b|1ñ в виде нужной матрицы плотности. Этот вектор состояния зависит от четырех вещественных параметров (a и b — комплексные числа). Число параметров можно уменьшить до двух, воспользовавшись двумя дополнительными условиями, налагаемыми на вектор состояния, — условием нормировки |a|² + |b|² = 1 и одним из постулатов квантовой механики, согласно которому состояния не меняются, если их умножить на фазовый множитель exp(±iφ). То есть например, состояния |0ñ и exp(iφ) |0ñ тождественны. Это следствие того факта, что модуль комплексной экспоненты равен единице.

Следовательно, необходимы лишь два независимых вещественных параметра, чтобы однозначно задать вектор состояния кубита. Обычно в качестве таких параметров выбирают два угла θ и φ, которые однозначно определяют точку на сфере Блоха (см. рис. 1). В этом случае

 

a = exp(–iφ/2) cos(θ/2)

b = exp(iφ/2) sin(θ/2),

 

а вектор состояния записывается в виде:

 

|ψñ = exp(–iφ/2)cos(θ/2) |0ñ + exp(iφ/2)sin(θ/2) |1ñ.                       (3.16)

 

Матрица плотности ρ тогда равна сумме двух матриц ρ₁ и ρ₂:

 

.                           (3.17)

 

Нам еще пригодится вектор состояния

 

|ψñ = cos(θ/2) |0ñ + sin(θ/2) |1ñ,                                                   (3.18)

 

и соответствующая ему матрица плотности:

 

.                                  (3.19)

 

Можно заметить, что (3.16) получается из (3.18) унитарным преобразованием

 

,

 

то есть чистым вращением вектора состояния (3.18), которое характеризуется параметром φ. Несложно определить, в чем состоит физическое отличие векторов состояния (3.16) и (3.18). Они связаны соотношением |ψñ^rot = U|ψñ, которое означает переход между неподвижной и вращающейся системой координат. То есть вектор (3.18) мы записали для внутреннего состояния системы — он описывает то, что происходит с точки зрения самой системы. Система «чувствует», что она переходит из одного состояния в другое, и никаких других изменений для нее не существует. Это вид «изнутри» системы. В этом случае ее вектор состояния характеризуется лишь одним вещественным параметром θ. Можно предположить, что это собственное внутреннее время системы, то есть параметр, с которым меняется ее внутреннее состояние.

А состояние (3.16) описывает эволюцию системы в лабораторной (неподвижной) системе координат, связанной с внешним наблюдателем. Это вид «снаружи». Можно пояснить данный момент еще следующим образом. При эволюции системы вектор состояния при любом его положении остается для самой системы осью квантования. Но для внешнего наблюдателя, со своей системой отсчета и выбранной уже им осью квантования (обычно за нее принимают ось Z), вектор состояния будет перемещаться по сфере Блоха и поворачиваться на угол φ.

Максимально смешанное состояние [первая матрица в правой части выражений (3.17) или (3.19)] определяет две важные характеристики системы. Во-первых — центр сферы Блоха, то есть точку, равную сумме диаметрально противоположных точек, в которых вектор состояния «протыкает» сферу Блоха в любом из своих положений*, — это ядро, центр системы, из которого выходит сам вектор состояния. Во-вторых, максимально смешанное состояние задает ось квантования, поскольку составляет на этой оси постоянный и неизменный отрезок между двумя (для кубита) точками. Переходя в систему отсчета, связанную с вектором состояния (во вращающуюся систему координат), этот вектор становится осью внутреннего мира системы, на которую с равной вероятностью, с равной возможностью реализации «нанизаны» все допустимые состояния системы. В нашем простейшем случае это два допустимых состояния, которые всегда остаются в распоряжении системы, в каком бы положении ни находился вектор состояния. Но они существуют только как потенциальные возможности, а конкретная реализация той или иной альтернативы зависит уже от динамической части матрицы плотности.

 

* Preskill J. Lecture Notes, http://www.theory.caltech.edu/people/preskill/ph219/#lecture, chapter 2, p. 29.

 

Если рассматривать кубит в качестве элементарного сознания, то его внутреннюю «ось мира», то есть матрицу плотности

 

,                                                (3.20)

 

можно назвать простейшей духовной монадой элементарного сознания, поскольку это «неуничтожимая» часть сознания.

 

Замечу, что ядром духовной структуры, монадой, может «наделить» только система, находящаяся в пространстве состояний большей размерности. Так, матрица плотности (3.20) получается, если мы берем частичный след [см. выражение (3.5)] по одной из подсистем максимально запутанного двусоставного чистого состояния (любого из четырех так называемых белловских состояний). Можно сказать, что подсистемы получают «дары Духа», набор своих допустимых состояний, от большей системы, частью которой они являются. Подсистемы «по образу и подобию» исходной системы наделяются допустимыми состояниями в пространстве состояний меньшей размерности.

Или, если сказать несколько иначе, матрица плотности (3.20) не является чистым состоянием, она не способна существовать в виде замкнутой системы, а может быть только частью большой системы, причем находиться с этой системой в нелокальном максимально запутанном состоянии.

Стоит отметить, что любое чистое состояние всегда имеет только одно ненулевое собственное значение, равное единице. Ни одна замкнутая система не может иметь других собственных значений, и единица здесь означает само существование системы как Единицы.

В этом отношении собственное значение, равное минус единице — нечто неприемлемое, «мерзкое» для системы. Это отрицание ее духовной сути, это посягательство на самое ценное — духовное ядро системы, на пространство ее возможных состояний. Да и не может замкнутая система, как единое целое, иметь отрицательное собственное значение — как было оно положительной Единицей, так и останется. А вот для структурных частей системы такая возможность появляется. Динамическая часть матрицы плотности (3.19), то есть матрица

 

,                                            (3.21)

 

характеризуется именно этим свойством, она имеет два собственных значения: +1 и –1.

 

Наличие двух собственных значений, одно из которых равно минус единице, означает, что матрица описывает состояние, которое имеет двойственную природу, единство и борьбу противоположностей, поскольку отрицательное собственное значение — это не просто что-то плохое, негативное, а абсолютная противоположность, несовместимость с исходным состоянием, его полное отрицание. Таким образом, по поводу сознания, о котором мы ведем речь, можно сказать, что формирование материальной оболочки системы сопровождается появлением двух нравственных начал, лежащих в основе тварного мира — добра и зла.

Что такое «зло», можно попытаться понять на более простом примере. Предположим, у нас есть чисто классическое стационарное состояние, описываемое вектором |ψñ = |0ñ. Ему соответствует матрица плотности

 

,

 

которая, как и все остальные, может быть представлена в виде суммы матрицы, пропорциональной единичной, и матрицы с нулевым следом:

 

.

 

Одно из собственных значений второй матрицы, равное минус единице, «уничтожает» одно из допустимых состояний «ядра» системы. При этом как бы обедняется «душа» системы, часть ее — в данном случае половина — уничтожается, а вторая половина «огрубляется» до материального, «телесного», классического состояния. Если бы в последней матрице было два таких отрицательных собственных значения, то получился бы тождественный нуль, исходное состояние вообще перестало бы существовать, системы бы просто не было как таковой.

В матрице (3.21) собственные значения (+1 и –1) периодически меняются местами, то есть периодически «уничтожается» то или другое потенциальное состояние «ядра» системы, а второе — переходит в классическое «тварное» состояние.