Шесть невозможностей. Загадки квантового мира - Джон Гриббин

Стартовой площадкой для них служит отмеченный Шрёдингером факт, что в уравнениях нет ничего, что говорило бы о схлопывании волновой функции. При этом они имеют в виду одну-единственную волновую функцию – ту самую, что описывает весь мир целиком как суперпозицию состояний, Мультивселенную, представляющую собой суперпозицию вселенных.

Первый вариант диссертации Эверетта (впоследствии доработанной и сокращенной по совету Уилера) назывался «Теория универсальной волновой функции»[14]. Под «универсальной» (universal) в данном случае автор подразумевал буквально «вселенскую» (Вселенная – Universe) сущность. Он писал:

Здесь, имея в виду нашу нынешнюю цель, «функция состояния» – всего лишь другое название волновой функции. «Вся физика» означает всё, включая нас – «наблюдателей» на физическом жаргоне. Космологи радуются этой теории не потому, что их тоже включили в волновую функцию, но потому, что такая идея единой, несхлопывающейся волновой функции представляет собой единственный способ описать всю Вселенную на квантово-механическом языке, не теряя при этом совместимости с общей теорией относительности. В краткой версии диссертации, опубликованной в 1957 г., Эверетт приходил к выводу, что его формулировка квантовой механики «могла бы, следовательно, оказаться плодотворной основой для квантования общей теории относительности». Хотя его мечта до сих пор не воплотилась в жизнь, она вдохновила космологов к активной работе с середины 1980-х гг. Но все же эта теория тащит за собой большой груз.

Универсальная волновая функция описывает положение каждой частицы во Вселенной в какой-то конкретный момент времени. Но она также описывает все возможные положения этих частиц в этот момент. И все возможные положения каждой частицы в любой другой момент времени, хотя число возможных вариантов ограничено квантовой дискретностью пространства и времени. Из этого невообразимого множества возможных вселенных многие варианты окажутся такими, где невозможно существование стабильных звезд и планет, как и людей, которые жили бы на этих планетах. Но по крайней мере некоторые вселенные будут более или менее похожи на нашу, как это часто изображают в научной фантастике и в художественной литературе вообще. Дойч указывал, что, согласно ММИ, любой мир, описанный в любом литературном произведении, на самом деле существует где-то в Мультивселенной, при условии, что он подчиняется законам физики. Где-то обязательно существует, к примеру, мир «Грозового перевала» (но не мир «Гарри Поттера»).

И это еще не все. Единая волновая функция описывает все возможные вселенные во все возможные моменты времени. Но она ничего не говорит о переходе из одного состояния в другое. Время не течет. Строго говоря, один из Эвереттовых параметров, называемый вектором состояния, включает в себя описание мира, в котором существуем мы и все записи истории этого мира – от наших воспоминаний до окаменелостей и света, доходящего до нас из далеких галактик. Должна также существовать еще одна вселенная, в точности такая же, как наша, но «сдвинутая во времени», скажем, на одну секунду (или час, или год). Но нет никаких указаний на то, что любая вселенная движется от одного момента времени к другому. Во второй вселенной, описанной универсальной волновой функцией, должен существовать и «я», обладающий всеми воспоминаниями, которые имеются у меня на первый момент времени, плюс воспоминания, соответствующие следующей секунде (или часу, или году, или любому другому промежутку). Однако невозможно сказать, что все эти варианты «меня» – одна и та же личность. Разные временные состояния могут быть упорядочены при помощи событий, которые они описывают, определяя таким образом разницу между прошлым и будущим, но вселенная не изменяется от одного состояния к другому. Все состояния просто существуют. Время, каким мы привыкли его воспринимать, в ММИ Эверетта не «течет».

Однако, насколько я понимаю, нам пора что-то изменить. Пришло время поискать утешение иного рода, и на этот раз мы будем искать его в декогеренции.

Чтобы произошла декогеренция, необходимо, чтобы сначала что-нибудь было когерентно. Физики четко знают, что они подразумевают под когерентностью, и сторонники интерпретации с декогеренцией утверждают, что именно когерентность и заставляет квантовый мир вести себя так, как это происходит.

Как обычно, пролить свет на происходящее нам поможет эксперимент с двумя отверстиями. Световые (или любые другие) волны, которые расходятся в разные стороны от двух отверстий, первоначально исходят из одного источника и потому синхронны между собой. Отверстия просто направляют эти когерентные волны по разным траекториям, и разница в длине этих траекторий влияет на то, как два набора волн взаимодействуют между собой: здесь они сходятся в одной фазе, там – в разных. Гребни и впадины волн всегда располагаются регулярно, по четким правилам, и это позволяет волнам взаимодействовать между собой так, что в результате получается столь же регулярный узор из света и тени. Если волны некогерентны (например, некогерентен свет от двух факелов, освещающих стену), то интерференционной картины нет. Вообще-то, интерференция между ними происходит, но все настолько перемешано, что никакого регулярного узора не возникает. Согласно интерпретации с декогеренцией, «квантовость» исчезает именно тогда, когда все перемешивается. Но ведь свет от двух факелов никогда и не был когерентен. Он был некогерентен.

Существует еще одна полезная аналогия – так называемая мексиканская волна, которую иногда можно увидеть на стадионах. Если каждый зритель на трибуне поднимает и опускает руки случайным образом, когда ему захочется, вы увидите лишь хаос машущих рук. Но если каждый человек поднимает и опускает руки в нужный момент, следуя за соседями, то по трибунам стадиона проносится волна. Эта волна когерентна, произвольное махание руками некогерентно. Так что термин «декогеренция», строго говоря, не слишком уместен в квантовом контексте. Возможно, было бы разумнее назвать эту модель некогерентной интерпретацией квантовой механики; но тогда ее сторонникам могло бы показаться, что это название создает у читателя ложное впечатление об их любимой идее!

Если фанаты этой идеи правы, граница между квантовостью и обычным миром определяется когерентностью, а не размерами. Бор и его коллеги высказывались об этом весьма туманно, и на то есть причина. Они могли бы вполне разумно утверждать, что такой крупный и сложный объект, как кот, слишком велик, чтобы находиться в квантовой суперпозиции, в то время как отдельные атомы могут находиться в ней. Но если мы начнем придумывать собственные варианты мысленного эксперимента с котом в ящике, то где нужно будет провести границу? Достаточно ли велика блоха, чтобы точно знать, жива она, мертва или находится в состоянии суперпозиции? А микроб? Никто этого не знал.