Квантовая революция. Как самая совершенная научная теория управляет нашей жизнью - Адам Беккер

классическую физику из квантовой теории или какое-либо адекватное исследование процесса измерения), – жаловался Эверетт, – а также из-за ее философского уродства: “реальность” признается только за макроскопическим миром, но микрокосму в ней отказано»[314]. В письме к Петерсену Эверетт изложил свои намерения довольно ясно. «Настало время <…> трактовать квантовую физику как самостоятельную фундаментальную теорию вне всякой зависимости от классической физики и вывести классическую физику из нее»[315]. Как до него Бом, Эверетт хотел серьезно рассматривать квантовую физику как теорию всего мира.

Отбросив идеи фон Неймана и Бора, Эверетт предложил собственное решение проблемы измерения. Вместо того чтобы объяснять коллапс волновой функции, Эверетт постулировал, что волновые функции вообще не коллапсируют. Само по себе это было не ново; то же самое говорил и Бом. Но Бом также вводил в теорию частицы, имеющие определенные положения, и описывал с их помощью результаты измерений. Эверетт никаких частиц не добавлял – они ему были не к чему. Взамен он настаивал на том, что все сущее сводилось к единой универсальной волновой функции: грандиозному математическому объекту, описывающему квантовые состояния всех физических объектов во всей Вселенной. Согласно Эверетту, эта универсальная волновая функция всегда подчинялась уравнению Шрёдингера, никогда не коллапсируя, но зато расщепляясь. Каждый эксперимент, каждое квантовое событие порождали новые ветви этой универсальной волновой функции, создавая множество вселенных, в которых это событие имело все возможные исходы. Шокирующая идея Эверетта получила известность как «многомировая» интерпретация квантовой физики.

* * *

На первый взгляд идея многомировой интерпретации выглядит абсурдно. Возможно, она выглядит так и на второй. Мы живем в одном мире, а не во множестве их. Если каждое квантовое событие – а в полностью квантовом мире таковым является любое событие любого рода – ведет к расщеплению Вселенной, то где же все эти новые вселенные? Как это возможно, чтобы их было так невероятно много и при этом не было бы ни малейшего признака их существования? И, уж если на то пошло, как может единичное событие – например, прохождение фотона через двойную щель – заставить всю Вселенную расщепиться? Чтобы понять, как многомировая интерпретация объясняет все эти проблемы, давайте еще раз рассмотрим простой квантовый эксперимент, даже более простой, чем опыт с двойной щелью: старый пример с котом Шрёдингера.

Во введении мы уже говорили об этом предложенном Шрёдингером мысленном эксперименте, который более восьмидесяти лет является сюжетом ночных кошмаров членов Американского общества «Против жестокого обращения с животными». Поместим кота в ящик вместе со склянкой яда и кусочком слабо радиоактивного металла; установим там счетчик Гейгера (детектор излучения) и подвесим молоток так, чтобы в случае, если детектор зарегистрирует какое-либо излучение, молоток разбил склянку. Теперь оставим кота в ящике достаточно надолго: так, чтобы вероятность испускания металлом излучения составила 50 процентов. И что? Жив наш котик или нет? Согласно копенгагенской интерпретации, этот вопрос не имеет смысла – вы не можете спрашивать о том, что произошло в ящике, пока его не откроете, так как внутренность ящика ненаблюдаема. Согласно Бому и его интерпретации на основе волны-пилота вопрос о состоянии кота вполне осмысленный, просто мы не знаем, как на него ответить. Кот или жив, или нет, а узнаем мы об этом, как только откроем ящик.

Но что говорит математик? Что говорит о коте Шрёдингера уравнение Шрёдингера? Что ж, волновая функция кусочка металла наполовину имеет состояние «излучение испущено», а наполовину «излучение не испущено». Она взаимодействует с волновой функцией приемника, что означает, что они запутаны. Так что теперь вместо двух волновых функций, одной для куска металла и одной для детектора, у нас есть одна функция для них обоих, и она теперь в странном состоянии: наполовину «излучение испущено, и детектор его зарегистрировал», а наполовину «излучение не испущено, и детектор ничего не зарегистрировал». И так как наша хитроумная квантовая машина продолжает работать в том же веселом духе, запутываются и все остальные волновые функции: волновая функция молотка запутывается с волновой функцией детектора и металла; волновая функция склянки запутывается с волновой функцией молотка, детектора и металла, и так далее, пока дело не доходит и до самого кота. Кончается это тем, что вся система – кот, ящик, металл, яд и все это вместе – получает одну общую волновую функцию, и эта функция снова имеет две равные части: одну, в которой излучение испущено и кот умер, и другую, в которой никакого излучения не было и кот жив.

Что ж, хорошо. А что происходит, когда мы открываем ящик? Обычный ответ – тот, который дает копенгагенская интерпретация и знаменитый учебник фон Неймана, – заключатся в том, что измерение вызывает коллапс волновой функции. Но что, если это не так? Что, если нам и себя описать тем же способом, каким мы описываем все содержимое ящика? А тогда получается, что как только мы заглядываем в ящик, мы вступаем с ним во взаимодействие – и это означает, что мы запутываемся с объединенной волновой функцией ящика и всего, что в нем находится. Так что теперь у нас еще более обширная волновая функция, но все из тех же двух частей: в одной из них вы оплакиваете погибшего котика у разбитой склянки с ядом, а в другой кот невредим и склянка целехонька. Какая из этих частей волновой функции реальна? Помня о совете Уилера принимать всерьез все, что вытекает из физических законов, Эверетт отвечает: реальны они обе. Не существует способа приписать одному из исходов большую реальность, чем другому; уравнение Шрёдингера рассматривает их как равноценные. Поэтому, говорит Эверетт, когда мы проводим этот эксперимент, имеют место оба его исхода – и мы расщепляемся надвое вслед за ними.

Конечно, вряд ли кто-нибудь согласится признать, что расщепляется надвое, когда проводит эксперименты, да и в любой другой ситуации. Но у Эверетта и на этот случай был готов ответ. Если спросить того «меня», который видит живого кота, сколько я вижу котов, я, конечно, отвечу, что одного. А если задать тот же вопрос «мне» на другой ветви расщепившейся волновой функции, тому «мне», который горюет о погибшем котике, то ответ будет таким же, но только произнесен он будет совсем другим тоном. Это происходит, объясняет нам Эверетт, каждый раз, когда вопрос задается «мне», сколько бы ответвлений ни имела бы волновая функция – на каждой из ее ветвей окажется только один «я». Если мы станем повторять эксперимент, все пойдет тем же чередом – у волновой функции будет все больше разветвлений, но на каждом из них – только одна-единственная наша копия. А уравнение Шрёдингера требует, чтобы каждая ветвь была независима от остальных и чтобы никакого взаимодействия между ветвями не происходило.