Томас Хертог – О происхождении времени. Последняя теория Стивена Хокинга (страница 50)

В свое время, однако, предложение Эверетта не встретило понимания. Его коллеги либо не поняли, что он хотел сказать, либо остались равнодушными. Да и сама мысль о приложении квантовой теории ко всей Вселенной казалась нелепой. Даже визионер Уилер, который никогда не стеснялся грандиозных спекуляций, почувствовал себя обязанным написать к статье Эверетта примечание[166], в котором объяснял данную его студентом формулировку квантовой механики в более мягких выражениях, – так он надеялся сделать ее более приемлемой. Но все оказалось тщетно. Обескураженный и раздосадованный Эверетт, сравнив своих коллег с антикоперниканцами в эпоху Галилея, оставил академическую науку и сделал карьеру в сфере оборонных исследований.

Скептицизм научного сообщества был в значительной степени связан с тем, что в качестве физической картины мира эвереттовская формулировка квантовой теории выглядела озадачивающей и экстравагантной. Почему для того, чтобы просто объяснить наблюдаемые явления, нам требуется невообразимо огромное количество ненаблюдаемых путей развития событий и копий самих себя? Не помогало делу и то, что схема Эверетта получила известность как «многомировая интерпретация квантовой механики». Все эти «миры» часто описывались как одинаково реальные, тогда как на деле это слово всего лишь значило, что физические системы имеют множество различных возможных историй.

В конечном счете, однако, альтернативы этому подходу не было. Эвереттовская концепция универсальной волновой функции оказалась тем основополагающим прозрением, которое позволило начать думать о Вселенной в целом в квантовых терминах, как о системе an sich («в себе»), недоступной ни копированию, ни помещению в больший объем. Работа Эверетта позволила надеяться, что правильный квантовый взгляд на Вселенную действительно дает потенциальную возможность расстаться со «взглядом с позиции Бога» и заново выстроить космологию «с позиции червя». Она посеяла семена квантовой космологии, которую позже разовьют Стивен, его кембриджская группа и многие другие исследователи.

Набросок архитектуры квантовой космологии, которая выросла из этих усилий, дан на рис. 43. Ее схема имеет форму взаимосвязанной триады, в которую кроме модели космогенеза (к примеру, гипотезы об отсутствии границы) и понятия эволюции (например, фейнмановской идеи о множестве возможных историй в контексте теории струн) входил и третий, ключевой элемент: наблюдатель и наблюдения.

Рис. 43. Обычные рамки физического предсказания предполагают фундаментальное различие между законами эволюции, граничными условиями и наблюдениями или измерениями. Для решения большинства научных вопросов такой схемы достаточно. Но «загадка замысла» в космологии глубже: она ставит вопросы о происхождении законов и о нашем месте в грандиозной картине космоса. Для ответа на них требуется более общая предсказательная схема, в которой переплетаются эти три составляющих. Именно такую схему и обеспечивает квантовый взгляд на космологию. Изображенная на рисунке взаимосвязанная триада образует концептуальное ядро новой квантовой теории космоса, в которой эволюция, граничные условия и наблюдения сведены в единую целостную схему предсказания. Ее взаимосвязанность означает, что любые законы квантовой космологии проистекают из смеси всех трех этих компонентов.

Спешу сообщить: в этой схеме элемент «наблюдения» не относится к ситуации, когда вы любуетесь окрестностями, крутя педали велосипеда. В квантовой космологии термин «наблюдение» воплощает фундаментальный квантовый акт, который я обсуждаю на всем протяжении этой главы: процесс, посредством которого в точках ветвления истории некий частный результат из диапазона возможных опций преобразуется в факт. Хотя такой процесс всегда включает в себя взаимодействие некоторого вида, он никоим образом не ограничивается наблюдениями, выполняемыми человеком, а порождаемые при этом факты не обязаны иметь что-либо общее с жизнью как таковой. Наблюдение может быть выполнено специально предназначенным для него приемником: котом Шрёдингера, куском кварца, нарушением симметрий в ранней Вселенной или даже единичным фотоном микроволнового фона.

Tриада, изображенная на рис. 43, подводит концептуальный итог разработанной Стивеном и мной новой космологии. В этом видении физическая реальность возникает в процессе, состоящем из двух шагов. На первом рассматриваются все возможные расширения историй Вселенной, каждая из которых зарождается, скажем, в лишенном границы начале. Истории разветвляются – причем каждое ветвление включает в себя игру случая, – производя в каждой ветви свои законы физики и, возможно, более высокие уровни сложности. Но этот непредставимый мир неопределенности и потенциальных возможностей описывает космос лишь в некотором состоянии предсуществования. На этом уровне не существует никаких предсказаний, здесь нет объединительных уравнений, нет глобального понятия времени, вообще ничего определенного – только спектр возможностей. Однако затем следует второй шаг – наблюдение, интерактивный процесс, который преобразует что-то из того, что может случиться, в то, что действительно случается.

Помните пустой дневник Тома Реддла из книг о Гарри Поттере? С космосом та же история. Область возможного содержит ответы на бесконечное множество разнообразных вопросов, но она говорит нам что-то о мире только, когда ее об этом спрашивают. В квантовой Вселенной – нашей Вселенной – осязаемая физическая реальность возникает из широкого горизонта возможностей посредством непрерывного процесса постановки вопросов и выполнения наблюдений.

Если говорить о будущем, то наблюдение есть обрезка ветвящегося дерева будущих путей развития; посредством наблюдения в опыте данного наблюдателя реализуется лишь один из них. Это направленное изнутри наружу эвереттовское описание ситуации квантового измерения, о котором я рассказывал. Но наблюдение обращено также и к прошлому. Когда Хокинг, как дельфийский оракул, произнес свое пророчество «история Вселенной зависит от вопроса, который вы ей задаете», я воспринял эти слова в буквальном смысле. Стивен по сути сказал, что вся совокупность фактов, которые характеризуют Вселенную вокруг нас, от свойств биосферы Земли до законов физики низких температур, составляют один грандиозный вопрос, заданный нами космосу. Идея нашей триады выражается в том, что этот великий вопрос ретроактивно вызывает к существованию немногие ветви космологической истории, которые обладают наблюдаемыми свойствами. Другими словами, наблюдение в квантовой космологии не просто ответ, найденный задним числом, или эффект антропной постселекции, действующий в гигантской предсуществовавшей мультивселенной, но фактор более глубокого уровня, неотъемлемая часть непрерывного процесса, посредством которого возникает физическая реальность – и, как мы утверждаем, физическая теория. В некотором смысле квантовая Вселенная и ее наблюдатели возникают и развиваются рука об руку, синхронно. Глубинный смысл философии, основанной на подходе «сверху вниз», подходе, который Стивен предвосхитил еще в 2002 году, – хотя у нас ушло намного больше времени на мысленные эксперименты, на поиски выхода из тупиков, на случайные моменты озарений, когда туман рассеивался, – заключается в том, что космологическая теория и феномен наблюдения связаны неразрывно.

Как я только что дал понять, эта связь приводит к тому, что в квантовой космологии появляется легкий ретроградный элемент: обратная направленность во времени. Мы не следим за развитием Вселенной снизу вверх – по ходу времени, – так как мы больше не считаем, что у Вселенной есть объективная, не зависящая от наблюдателя история с определенной стартовой точкой и эволюцией. Совсем наоборот. В нашу триаду заложена контринтуитивная идея, что в некотором фундаментальном смысле – о нем я еще расскажу подробнее – история на самом глубоком уровне разворачивается в направлении, обратном ходу времени. Все происходит так, как будто постоянный поток квантовых актов наблюдения ретроактивно определяет исход Большого взрыва, от растущего количества измерений до появляющихся видов сил и частиц. Это ставит прошлое в зависимость от настоящего, ведет к дальнейшему устранению причинности – далеко за пределы даже того, что мог себе представить Бор.

Мы, конечно, давно знакомы с таким ретроградным мышлением: оно встречается и в других областях, где происходит эволюция, – от биологической эволюции до человеческой истории. В главе 1 я кратко остановился на том, как история на всех уровнях формируется случайными исходами бесчисленных событий ветвления. Эти «замороженные случайности» и вносят ретроспективную составляющую в изучение истории – ведь огромное количество информации, которое в их совокупности содержится, просто отсутствует в законах более низкого уровня. Извлечь эту информацию можно только ex post facto, ретроспективно, из экспериментов и наблюдений.

ВСЯ СОВОКУПНОСТЬ ФАКТОВ, КОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИЗУЮТ ВСЕЛЕННУЮ ВОКРУГ НАС, ОТ СВОЙСТВ БИОСФЕРЫ ЗЕМЛИ ДО ЗАКОНОВ ФИЗИКИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР, СОСТАВЛЯЮТ ОДИН ГРАНДИОЗНЫЙ ВОПРОС, ЗАДАННЫЙ НАМИ КОСМОСУ.

В главе 1 я вспоминал, как дарвиновская теория эволюции гениально объединяет причинные объяснения с ретроспективной логикой в единую согласованную схему. Возьму на себя смелость заявить, что подобным же образом используя подход «сверху вниз» в космологии, – он воплощен во взаимосвязанной триаде на рис. 43, – мы нашли «золотую середину» между космологическими «почему» и «как». И как мы скоро увидим, наша триединая схема предсказаний обладает достаточной общностью и гибкостью, чтобы справиться с более глубокими вопросами, относящимися к «загадке замысла».