Квант. Путеводитель для запутавшихся - Джим Аль-Халили

называются «доказательствами невозможности». Джон Белл утверждал, что «доказательствами невозможности доказывается лишь недостаток воображения». В последние годы, однако, физик Дэвид Мермин, который внес значительный вклад в развитие идей Белла, ответил на это, сказав, что «доказательствами возможного доказывается лишь переизбыток воображения».

Многомировая интерпретация

Через несколько лет после Бома другой американец по имени Хью Эверетт III предложил теорию, которую сам назвал «интерпретацией относительного состояния» (звучит довольно безобидно, правда?). Впоследствии ее стали считать самой диковинной и экстравагантной интерпретацией квантовой механики и в то же время самой прямолинейной ее интерпретацией, в зависимости от того, как посмотреть. На самом деле я и сам колеблюсь между двумя крайностями, то поражаясь, как кто-либо вообще может быть настолько глупым, чтобы уделять ей хоть толику внимания, то гадая, как, будучи в своем уме, вообще можно искать ей хоть какую-то альтернативу.

Интерпретация Эверетта, как и интерпретация де Бройля – Бома, свободна от проблемы измерения, которая терзает копенгагенскую версию. В отличие от подхода Бома, она не требует и физической нелокальности. Хотя декогеренция довольно успешно вписывается в две первых интерпретации, в подходе Эверетта и его современных вариантах она, как кажется (по крайней мере, мне), чувствует себя как дома. Что ж, пока все хорошо. Но не забывайте, что квантовая странность все равно должна хоть как-то себя проявить. Здесь она заключается в невероятном условии: мы должны жить в одной из бесконечного числа параллельных вселенных!

Что может вести к такому выводу? Такое впечатление, что чем более странной кажется формулировка интерпретации квантовой механики, тем больше у нее шансов на успех! Может, где-то своего часа ждет и другая интерпретация, в которой вся странность устраняется требованием допустить передачу сигналов в прошлое при проведении квантового измерения? Так, погодите-ка, ее уже открыли! Она называется транзакционной интерпретацией, и ближе к концу этой главы я скажу о ней пару слов. Но теперь вы понимаете, к чему я клоню. Псевдонаучные теории эпохи нью-эйдж, включая рассказы о мистической силе кристаллов и пирамид, меркнут в сравнении со столь разными, но в равной степени серьезными взглядами на то, как именно природа вершит свои дела на микроуровне.

Но вернемся к Эверетту. За годы его интерпретация приобрела целый ряд вариантов. Его оригинальная идея теперь называется многомировой интерпретацией, но существуют также интерпретация мультивселенной, интерпретация множественных историй и интерпретация множественных разумов. Первая мне нравится, вторую я не очень понимаю, а третья совсем не по мне.

Многомировое объяснение: существуют все возможные реальности. В каждой вселенной атом проходит сквозь свою прорезь, и две вселенные накладываются друг на друга только на уровне отдельного атома. В каждой вселенной атом чувствует присутствие своего параллельного двойника, который прошел сквозь другую прорезь. Суперпозиция, а следовательно, и интерференция, становятся результатом суперпозиции вселенных.

Основная идея заключается в следующем: когда квантовая система сталкивается с выбором, к примеру, когда частица проходит сквозь одну из двух или более прорезей, мы считаем, что не волновая функция оказывается в суперпозиции, а вся Вселенная вместе с ней расщепляется на несколько реальностей, количество которых равняется количеству возможных вариантов. Эти различные миры/вселенные/ветви идентичны друг другу и различаются только тем, какой вариант выбирает частица: в одной вселенной она проходит сквозь верхнюю прорезь, в другой – сквозь нижнюю. Вселенные накладываются друг на друга только в той области, где происходит интерференция, пока в дело не вступает декогеренция. Она заставляет их разделиться на независимые и не взаимодействующие друг с другом реальности. Вот и все. Процесса измерения больше нет, как нет и нужды в коллапсе волновой функции. Кот Шрёдингера оказывается мертвым в одной вселенной и живым – в другой. Будучи наблюдателями, мы тоже расщепляемся и видим лишь исход одной ветви. Но в параллельных вселенных остаются наши копии, которые наблюдают альтернативные исходы.

Хью Эверетт был разочарован и раздосадован недостатком поддержки его взглядов со стороны других физиков – и действительно, есть сведения, что, когда Эверетт посетил Бора в Копенгагене, тот лишь отмахнулся от него. Он ушел из физики и стал сначала специалистом по анализу оборонных проблем, а затем частным подрядчиком американской оборонной промышленности, в процессе чего и сколотил состояние, рассчитывая, как максимизировать количество жертв во время ядерной войны. Мило. Интерес к его работе в конце 1960-х годов снова проявил Брайс Девитт, который и ввел термин «многомировая интерпретация».

Оксфордский физик Дэвид Дойч, один из отцов-основателей сферы квантовых вычислений, предложил вариацию идеи Эверетта, в которой все возможные вселенные уже существуют, а потому им не нужно ждать встречи с квантовым выбором, чтобы расщепиться на части. Дойч также разработал тест собственной интерпретации, который требует разработки искусственного интеллекта. В ходе теста планируется проверить, имеет ли в таком случае место коллапс волновой функции, поскольку в многомировой интерпретации он не происходит.

Что еще есть на рынке?

С течением времени многие интерпретации дискредитировались или отбрасывались либо из-за крайне малой вероятности их верности, либо из-за получения новых, опровергающих их результатов экспериментов. К примеру, родственники подхода де Бройля – Бома, известные под общим названием теории локального реализма, оказались вычеркнуты из списка после проведения Аленом Аспе в начале 1980-х годов эксперимента, который подтвердил нарушение неравенства Белла (описанного в Главе 4). Точно так же сегодня вряд ли хоть кто-то всерьез считает, что для коллапса волновой функции необходимо сознание.

Среди ранних теорий выделялась статистическая интерпретация – что интересно, именно ее предпочитал Эйнштейн, – которая гласит, что квантовая механика дает информацию только о целом наборе измерений (идентичных квантовых систем), а не об одном отдельном измерении. Отсюда и отсылка к общей «статистике». Так как теперь эксперименты можно проводить на отдельных системах и даже на отдельных атомах, чтобы выжить, этой интерпретации требуются серьезные комментарии от небольшой группы ее последователей.

Недавно в списке интерпретаций появилось еще два пункта – транзакционная интерпретация и интерпретация последовательных историй. Первая, предложенная Джоном Крамером, своей значительной нелокальностью напоминает подход де Бройля – Бома. На самом деле нелокальность здесь даже более сильна: требуются не просто мгновенные коммуникации в пространстве, но коммуникации во времени! Открытие коробки с котом Шрёдингера отправляет в прошлое сигнал, который велит радиоактивному ядру распадаться или не распадаться.

Подход последовательных историй, который в основном обязан своим появлением изучающему частицы физику, лауреату Нобелевской премии Марри Гелл-Ману и его коллеге Джеймсу Хартлу, еще не получил широкого распространения, но уже привлек достаточно большое количество сторонников. Эта интерпретация сочетает волновые функции и вероятности последовательным образом, который не требует проведения измерений. Впервые эту трактовку в