Джон Гриббин – В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность (страница 46)

Вселенная по определению замкнута. Она вмещает в себя все, поэтому нет такого внешнего наблюдателя, который замечает существование Вселенной и тем самым редуцирует сложную сеть взаимодействующих альтернативных реальностей до одной волновой функции. Идея Уилера о сознании - о нас самих - в качестве неотъемлемого наблюдателя, который может проследить всю причинность в обратном направлении, дойдя до Большого взрыва, является одним способом разрешить эту дилемму, но она предполагает использование круга в доказательстве, столь же загадочного, как и сама загадка, которую он должен устранить. Я бы, пожалуй, предпочел аргумент солипсизма, который гласит, что во Вселенной есть только один наблюдатель - я сам - и что мои наблюдения являются фактором первостепенной важности, который кристаллизует реальность, выводя ее из паутины квантовых возможностей, однако крайний солипсизм - это глубоко неубедительная философия для тех, кто вносит свой вклад в этот мир посредством создания книг, которые затем читают другие люди. Многомировая интерпретация Эверетта - это другая, более приятная и более полная трактовка.

Интерпретация Эверетта гласит, что перекрывающие друг друга волновые функции всей Вселенной, альтернативные реальности, взаимодействующие, чтобы создать измеримую интерференцию на квантовом уровне, не подвержены редукции. Все они одинаково реальны и существуют в собственных сферах «сверхпространства» (и сверхвремени). Когда мы производим измерения, на квантовом уровне сам процесс измерений вынуждает нас выбрать один из альтернативных вариантов, который становится частью того, что мы считаем «реальным» миром. Сам факт наблюдения разрывает связи, благодаря которым эти альтернативные реальности держатся вместе, и позволяет им двигаться в сверхпространстве собственными путями. При этом в каждой из альтернативных реальностей есть свой наблюдатель, который сделал то же самое наблюдение, но получил другой квантовый «ответ» и полагает, что он «редуцировал волновую функцию» до единственной квантовой альтернативы.

Коты Шрёдингера

Сложно понять, что имеется в виду, когда мы говорим о редукции волновой функции целой Вселенной, но гораздо проще понять, почему подход Эверетта являет собой шаг вперед, если обратиться к более привычному нам примеру. Наши поиски настоящего кота, скрытого внутри парадоксального ящика Шрёдингера, наконец-то подошли к концу, ведь этот ящик является именно тем примером, который необходим мне, чтобы продемонстрировать силу многомировой интерпретации квантовой механики. Сюрприз в том, что след приводит нас не к одному настоящему коту, а к целым двум.

Уравнения квантовой механики говорят нам, что внутри ящика в знаменитом мысленном эксперименте Шрёдингера есть две версии волновой функции - «живой кот» и «мертвый кот» - и они в равной степени реальны. Привычная нам Копенгагенская интерпретация смотрит на эти возможности с другого угла и заявляет, в свою очередь, что обе волновые функции одинаково нереальны и что только одна из них обращается реальностью, когда мы заглядываем в ящик. Интерпретация Эверетта полностью принимает квантовые уравнения на веру и гласит, что оба кота реальны. В ящике есть живой кот и есть мертвый кот, но они находятся в разных мирах. Радиоактивный атом в ящике не распался и не не распался, но сделал и то и другое. При необходимости принять решение весь мир - вся Вселенная - раскололся на две версии самого себя, которые идентичны во всем, за исключением того, что в одной из версий атом распался, и кот умер, а в другой атом не распался, и кот остался жив. Все это похоже на научную фантастику, но на самом деле эта трактовка гораздо глубже любой научной фантастики, будучи основана на безупречных математических уравнениях, стройном и логичном следствии буквального прочтения квантовой механики.

Превосходя научную фантастику

Значение работы Эверетта, опубликованной в 1957 году, заключается в том, что он взял эту, казалось бы, возмутительную идею и поставил ее на крепкий математический фундамент, используя доказанные законы квантовой теории. Одно дело рассуждать о природе Вселенной, но совсем другое - облечь эти рассуждения в полную, самодостаточную трактовку реальности. Конечно, Эверетт был не первым, кому это пришло в голову, но он, похоже, разработал свои идеи совершенно самостоятельно, не попав под влияние любых более ранних предположений о множественных реальностях и параллельных мирах. Большая часть этих ранних рассуждений - и множество тех, которые появились после 1957 года, - действительно оказалась на страницах научно-фантастических книг. Самая ранняя трактовка, которую я смог обнаружить, принадлежит Джеку Уильямсону и высказана в романе «Легион времени», впервые опубликованном в 1938 году.

Местом действия многих научно-фантастических историй становится «параллельная» реальность, в которой Юг победил в американской Гражданской войне или Испанская армада смогла завоевать Англию и так далее. В некоторых описываются приключения героя, который путешествует во времени, перемещаясь из одной альтернативной реальности в другую; другие непонятным языком объясняют, как такая альтернативная реальность может отколоться от нашей собственной. В оригинальном романе Уильямсона речь идет о двух альтернативных мирах, ни один из которых не обладает конкретной реальностью, пока что-то не происходит в прошлом - в тот момент, когда происходит разделение миров (в этой истории есть и «обычный» рассказ о путешествиях во времени, и действие замыкается в круг, как и сам аргумент). В идее слышится эхо редукции волновой функции, описанной в классической Копенгагенской интерпретации, а знакомство Уильямсона с новыми идеями 1930-х годов становится очевидным из отрывка, в котором герой объясняет, что происходит:

При замене волн вероятности на конкретные частицы мировые линии

объекта перестают быть фиксированными и прямыми путями, которыми они были прежде. Геодезия допускает бесконечное количество вариаций возможных ветвей, оставляя это на усмотрение субатомного индетерминизма.

Мир Уильямсона - это мир призрачных реальностей, где разворачивается действие героического романа. Одна из этих реальностей редуцируется и исчезает, когда принимается важнейшее решение, а другой призрак становится настоящей реальностью. Мир Эверетта - это мир многих настоящих реальностей, в котором все миры одинаково реальны и в котором - увы! - даже герои не могут перемещаться из одной реальности в соседнюю. Но версия Эверетта - это научный факт, а не научная фантастика.

Рис. 11.1. Фраза «параллельные миры» предполагает, что альтернативные реальности располагаются бок о бок в «сверхпространстве-времени». Эта картина ошибочна.

Рис. 11.2. На более точной картине Вселенная постоянно делится, как ветвистое дерево. Но эта картина все равно ошибочна.

Давайте вернемся к фундаментальному эксперименту квантовой физики - опыту с двумя прорезями. Даже в рамках классической Копенгагенской интерпретации, хотя это понимают немногие квантовые кулинары, интерференционная картина, получающаяся на экране, когда через аппарат проходит всего одна частица, объясняется интерференцией двух альтернативных реальностей, в одной из которых частица проходит сквозь прорезь А, а в другой - сквозь прорезь В. Смотря на прорези, мы замечаем, что частица проходит только через одну из них и интерференции нет. Но как частица выбирает, через какую прорезь пройти? Согласно Копенгагенской интерпретации, ее выбор случаен и соответствует квантовым вероятностям - Бог все же играет в кости с Вселенной. Согласно многомировой интерпретации, частица не выбирает. При необходимости сделать выбор на квантовом уровне не только сама частица, но и вся Вселенная раскалывается на два варианта. В нашей Вселенной частица проходит через прорезь А, в другой - через прорезь В. В каждой из вселенных существует наблюдатель, который видит, что частица проходит только через одну прорезь. Две вселенные навсегда разделены и совершенно не взаимодействуют - поэтому и не возникает интерференции на экране эксперимента.

Умножьте эту картину на число квантовых процессов, происходящих постоянно во всех регионах Вселенной, - и вы примерно поймете, почему классические физики оставляют эту идею без внимания. И все же, как выяснил двадцать пять лет назад Эверетт, это логичное, самодостаточное описание квантовой реальности, которое не вступает в конфликт ни с одним экспериментальным или наблюдаемым свидетельством.

Несмотря на безупречную математику, новая интерпретация квантовой механики, предложенная Эвереттом, едва пустила рябь, упав в 1957 году в бассейн научного знания.

Вариант этой работы 65 появился в журнале Reviews of Modern Physics вместе со статьейббУилера, привлекающей внимание к значимости трактовки Эверетта. Однако идеи так и остались в тени, пока их спустя более десяти лет не подхватил Брайс Девитт из университета Северной Каролины.

Непонятно, почему понадобилось так много времени, чтобы кто-то стал развивать эту концепцию, пусть и так незначительно, как в 1970-х годах. Помимо представления сложных математических вычислений, в своей статье для Reviews of Modern Physics Эверетт детально объяснил, что аргумент о том, что разделение Вселенной на множество миров не может быть реальным, так как мы с этим никогда не сталкивались, не выдерживает никакой критики. Все отдельные элементы в суперпозиции состояний подчиняются волновому уравнению, проявляя полное равнодушие к реальности остальных элементов, и абсолютное отсутствие какого бы ни было влияния одной ветви на другую подразумевает, что ни один наблюдатель никогда не может знать о процессе разделения. Утверждать обратное - это все равно что утверждать, будто Земля не может находиться на орбите вокруг Солнца, поскольку, если бы это было так, мы бы чувствовали ее движение. «В обоих случаях, - говорит Эверетт, - сама теория предсказывает, что наш опыт будет именно таким, какой он и есть».