Павел Амнуэль – Уходящие в темноту. Собрание сочинений в 30 книгах. Книга 22 (страница 4)
Элицур и Вайдман показали, что, если многомирие существует, то с вероятностью 25% единственный фотон обнаружит исправную бомбу, не взорвав её.
Коллеги, тщательно изучившие мысленный эксперимент Элицура-Вайдмана, не нашли в их анализе противоречий или ошибок и вынуждены были признать: да, если многомирие существует, то можно получить информацию о предмете, никак его не касаясь! Но… только в четверти случаев. Хорошая, казалось бы, идея, но ведь в трех случаях из четырех бомба все равно взорвется, и только о каждой четвертой бомбе мы будем знать, что она исправна, не коснувшись ее взрывателя. Не очень большая эффективность, верно?
Важен, однако, принцип – с помощью эксперимента Элицура-Вайдмана можно экспериментально доказать существование многомирия!
Кроме того, если в многомирии возможно что-то измерять, никак с предметом не контактируя, то наверняка существуют и способы увеличить вероятность нужного измерения?
Однако, прежде предстояло осуществить мысленный эксперимент Элицура-Вайдмана на практике и доказать экспериментально, что хотя бы в четверти случаев можно что-то измерять, ничего не измеряя. Увидеть, не видя, и доказать, что Эверетт прав.
В 1994 году такой эксперимент был поставлен Полом Квятом из университета в Иннсбруке (сейчас Квят – член совета Оппенгеймеровской Национальной лаборатории в Лос-Аламосе) и Томасом Герцогом из Женевского университета. Они действительно использовали для опытов интерферометр с четырьмя зеркалами, как предлагали Элицур с Вайдманом. Правда, вместо бомбы взяли все же обычное зеркало – не взрывать же установку, а с ней и всю лабораторию, в трех случаях из четырех, если Элицур с Вайдманом правы!
И все получилось так, как предсказывали израильские физики. В каждом четвертом эксперименте Квят зафиксировали присутствие зеркала, хотя фотон этого зеркала не касался!
Таким образом, многомирие по Эверетту получило подтверждение.
Квят и его сотрудники сделали, однако, и следующий шаг. Если удлинить схему, – рассуждали физики, – и поставить восемь зеркал вместо четырех, то вероятность зафиксировать детектором присутствие невидимой бомбы (зеркала) должна, согласно теоретическим выкладкам, увеличиться вдвое и достичь 50%. То есть, в таком эксперименте «исправную бомбу» можно обнаружить, не касаясь ее взрывателя-зеркала, в каждом втором случае. Правда, сам процесс наблюдений при этом усложнялся, но это уже всего лишь технические детали.
Физики построили новую установку и действительно довели количество «обнаружений исправной бомбы» до 50%.
И это все? Это тот максимум, на который могут рассчитывать экспериментаторы, пытаясь увидеть невидимое? Квят полагал, что – да, большего достичь не удастся. Скептицизм ученого развеял Марк Казевич из Стенфордского университета. Во время своего пребывания в Иннсбруке Казевич обсудил с Квятом самые разные варианты экспериментов, и ученые пришли к потрясающему (пока только в мысленном эксперименте!) заключению: в принципе, можно построить такую установку, где вероятность обнаружения «бомбы», никак ее не касаясь, окажется сколь угодно близка к 100%! То есть, не существуют, по идее, никакие природные ограничения для создания аппаратуры, которая, например, давала бы изображение реального предмета, никак его при этом не освещая и не получая от него никакой информации!
Природных (физических) ограничений не было, но технические существовали, конечно. И для следующего своего эксперимента Квят с сотрудниками (в числе которых был теперь и Казевич) построили установку, работавшую на другом принципе и использовавшую не просто отражающие и наполовину поглощающие зеркала, а зеркала, меняющие поляризацию падающих на них фотонов. Установка значительно усложнилась, но уже предварительные результаты опытов, проведенных в лаборатории в Лос-Аламосе, показали: вероятность обнаружения необнаружимого составляет 70%. Квят и его сотрудники доказали (это было еще в середине девяностых годов прошлого века), что более чем две трети физических измерений могут быть бесконтактными.
Можно обнаружить черную кошку в черной комнате, даже не зная, есть ли в комнате кошка!
Но и две трети правильных ответов – не такой уж надежный результат. Ведь в мысленном эксперименте надежность бесконтактных измерений была уже доведена чуть ли не до 100%. А в реальности – разве достаточно сказать, что взорвутся при проверке не три бомбы из четырех, а только одна из трех? Одна бомба все равно разнесет установку. Или, иными словами, только в 70% случаев экспериментатор получит правильное изображение невидимого предмета. Мало для практического применения бесконтактных измерений.
Обратите внимание: речь уже не шла о том, существует ли многомирие по Эверетту, или это красивая, но бесполезная гипотеза. Конечно, многомирие существует. Задача теперь стояла – как можно эффективнее использовать многомирие на практике.
В физике очень часто случается так, что быстро преодолеваются первые, не самые трудные, препятствия, а потом тянутся годы (порой – десятилетия), пока удается добиться надежного, применимого на практике, эффекта.
Прошло чуть более десяти лет, и сегодня в реальных экспериментах (группы японских ученых Цегая и Намикаты) удается бесконтактным способом обнаружить до 88% невидимых объектов, которых не коснулся ни один фотон. Это не полная надежность, какой хотят добиться физики, но дорога еще не пройдена до конца, и сейчас ученые убеждены: в ближайшие двадцать-тридцать лет бесконтактные методы измерений найдут свое применение во множестве областей человеческой деятельности: в фотографии, например, в рентгеноскопии (не придется больше стоять под вредным для здоровья излучением рентгеновской установки), в создании квантовых компьютеров.
Тем временем бразильские ученые Сант-Анна Адонаи и Буэно Оттавио обобщили метод Элицура-Вайдмана и описали эксперимент, в котором для бесконтактных измерений используют не фотоны, а волны Де-Бройля (и этот вариант еще более увеличивает область бесконтактных измерений).
Пол Квят назвал метод бесконтактных измерений квантовой магией. Это действительно выглядит, будто магическое действо: способность видеть, не видя. Но на самом деле все необходимые идеи и возможности были уже заложены в квантовой физике, ведь природа квантовых измерений известна с тридцатых годов прошлого века, а теория Эверетта появилась в 1957 году – более полувека назад. «Но только недавно, – писал Квят в своей статье в Scientific American еще в 1995 году, – физики начали применять эти идеи, чтобы открыть новые феномены в квантовом информационном процессе, включая и возможность видеть в темноте».
Мы живем в многомирии – блестящие эксперименты Квята, Цегая, Намикаты, Адонаи и Оттавио доказали это вполне определенно.
Экспериментальная физика свое слово сказала. Но осталась еще одна проблема: философская и теологическая. Монотеистические религии утверждают: Бог един. Что же создал Он во время шести дней творения? Одну Вселенную? Множество? Согласуется ли идея многомирия с религиозными представлениями о мироздании? Что говорят о многомирии современные теологи?
«В доме Отца моего горниц много»…
В XIV веке английский монах и философ Уильям Оккам сформулировал принцип, который был принят как один из краеугольных камней научного познания мира. «Не умножай сущностей сверх необходимого», – иными словами, если вам нужно объяснить какое-то явление природы, пользуйтесь сначала известными теориями, идеями и предположениями. Если не получится, что ж, тогда придумайте что-то новое, добавьте новую сущность к списку уже известных сущностей. Но не раньше, чем будут исчерпаны все прочие возможности объяснения.
Наука тщательно следует принципу Оккама, выбирая из всех мыслимых объяснений природного явления самые простые, по возможности не меняющие принятой картины мироустройства. Но наука развивается, разрешая возникающие на ее пути противоречия. Разрешив одно противоречие, наука непременно оказывается перед следующим, порой еще более сложным.
Так и произошло, когда физики обнаружили, что уравнение Шредингера, описывающее взаимодействия элементарных частиц, имеет не одно-единственное, а несколько (порой – огромное количество!) решений, причем нет никакой возможности и никаких физических причин отдать предпочтение одному решению из этого множества. Между тем, если (да что «если», так и происходит на самом деле) уравнение Шредингера описывает реальный физический процесс, то решений может быть только одно. Ведь наблюдаем мы один-единственный исход взаимодействия, а не сразу два, десять или сотню. Столкнувшись друг с другом, частицы разлетаются под определенными углами – траектории полета частиц после взаимодействия прекрасно видны, например, в пузырьковых камерах. Невозможно представить, чтобы частицы летели сразу во всех возможных направлениях.
Но – и это тоже факт, – уравнение Шредингера имеет все-таки много решений, а не одно-единственное. Как быть с остальными?
Принцип Оккама говорит: не надо придумывать новых сущностей. Наблюдения показывают, что любое взаимодействие имеет единственный наблюдаемый исход? А теория говорит, что возможно множество исходов? Что ж, тем хуже для теории, ибо самое простое, что можно сделать: отдать приоритет видимой реальности. Пытаясь объяснить возникшее противоречие между множественностью решений уравнения Шредингера и единственностью наблюдаемой картины мира, физики предложили идею: в момент, когда производится наблюдение, физически реальным становится одно-единственное решение уравнения Шредингера, то, которое соответствует наблюдению. А все остальные решения мгновенно «коллапсируют», перестают существовать, не имеют больше физического смысла.