Мир по Эйнштейну. От теории относительности до теории струн - Тибо Дамур

Интерпретация квантовой теории Эверетта является одним из великих концептуальных достижений физики ХХ в. Автор этой книги считает, что она порадовала бы Эйнштейна (который умер, когда Эверетт только начал развивать свою идею). В самом деле, она не только дает новый ответ на парадокс мыши, созерцающей Вселенную, указанный Эйнштейном в его последней лекции, но и прекрасно сочетается с научной философией Эйнштейна, которую мы излагали выше. Напомним высказывание Эйнштейна, обращенное к Гейзенбергу («теория сама решает, что является наблюдаемым») и направившее последнего в сторону одного из главных концептуальных достижений в квантовой теории: соотношений неопределенностей. Как мы увидим, интерпретация Эверетта впервые принимает всерьез замечания Эйнштейна{159}.

Тем не менее, несмотря на новизну, а может быть, благодаря ей интерпретация Эверетта не вызвала большого интереса. До тех пор пока она не была переосмыслена благодаря усилиям физика-теоретика Брайса Девитта в 1970-х гг., ее полностью игнорировали даже признанные специалисты по истории развития квантовой механики (такие как Макс Джеммер). Это неприятие объясняется отчасти полным отсутствием интереса к идеям Эверетта со стороны самого Нильса Бора. Бор читал полную версию диссертации Эверетта и высказывал некоторые возражения. Весной 1959 г. по настоянию Уилера Эверетт пробыл в Копенгагене шесть недель, чтобы встретиться с Бором и обсудить с ним свою интерпретацию. У Эверетта остались очень плохие воспоминания об этой встрече. Бор не был заинтересован и не дал Эверетту возможности детально объяснить свои идеи{160}. В настоящее время, по данным недавнего опроса, проведенного по электронной почте, большинство физиков-теоретиков, интересующихся изучением космологии в рамках квантовой теории, используют интерпретацию Эверетта. На самом деле у них нет выбора. Как недавно написал Брайс Девитт, благодаря которому интерпретация Эверетта вышла из забвения:

«Интерпретация Эверетта была принята автором [Брайсом Девиттом] из простой практической необходимости: он не знает о существовании никакой иной. По крайней мере он не знает о существовании такой, которая не накладывала бы никаких искусственных ограничений или нечеткой метафизики, оставаясь при этом в состоянии обслуживать различные потребности квантовой космологии, мезоскопической квантовой физики и зарождающейся дисциплины квантовых вычислений»{161}.

В чем состоит основная идея интерпретации Эверетта? Чтобы изложить ее, напомним центральный парадокс квантовой теории в том виде, как он был описан в примерах с пороховой бочкой Эйнштейна (наполовину взорвавшейся, наполовину нетронутой) и котом Шредингера (наполовину живого, наполовину мертвого). Квантовая теория описывает систему, состоящую из кота и его окружения (коробки, в которой он находится, воздуха, которым он дышит, смертельного механизма, запускаемого радиоактивным атомом, и т. д.), посредством функции конфигурации. С каждой конфигурацией системы q связано (комплексное) число A (q), которое мы будем называть просто амплитудой конфигурации q. Что представляет собой конфигурация q, рассматриваемая в фиксированный момент времени t, и как она описывается? Например, можно было бы описать каждую возможную мгновенную конфигурацию кота и его окружения, указав положение в пространстве каждого из атомов{162} системы (атомов, из которых состоит кот, воздух, смертельный механизм и т. д.). Положение каждого атома определяется заданием трех его координат в пространстве (длина, ширина и высота). Обозначим число атомов в системе как N. Число N – гигантское. Напомним, что грамм вещества содержит около 600 тысяч миллиардов миллиардов (6 × 10²³) атомов. Таким образом, конфигурация всей системы определяется (гигантским) списком 3N чисел. Обозначение q указывает на такой список{163}.

Дорогой читатель, я чувствую, что вас может напугать перспектива рассмотрения величины A, зависящей от такого гигантского числа переменных. Тем более, что, как мы уже кратко отмечали, амплитуда A не обычное «действительное» число (как 2,5 или 3,1416), а комплексное число, которое, по существу, есть стрелка на плоскости, требующая для своего описания двух действительных чисел (например, длины стрелки и ее угла по отношению к направлению на восток). Чтобы наглядно продемонстрировать значение амплитуды A, мы можем использовать описание, введенное автором в предыдущей книге{164}. Оно состоит из используемой (мысленно) техники кинематографии.

Во-первых, каждая конфигурация системы q представляется фотографическим (голографическим{165}) изображением системы в рассматриваемый момент времени. С каждым q, т. е. с каждым фотографическим изображением системы мы хотим ассоциировать определенную амплитуду A, задаваемую стрелкой на плоскости, которая имеет определенную длину и указывает в определенном направлении. С каждым направлением стрелки можно связать особый оттенок цвета на «цветовом круге»: например, мы связываем с направлением на восток (на географической карте) оранжевый цвет и затем, по мере изменения направления по часовой стрелке, изменяем цвет, проходя последовательно от оранжевого (восток) к красному (юго-восток), фиолетовому (юг), затем к индиго (юго-запад), синему (запад), сине-зеленому (северо-запад), зеленому (север) и, наконец, к желтому (северо-восток). При продолжении вращения стрелки с северо-востока на восток оттенок непрерывно изменяется от желтого к оранжевому, так что мы возвращаемся в исходное положение, разложив полный спектр оттенков по кругу. Мы уже говорили, что каждой амплитуде A соответствуют длина и направление. С длиной мы можем ассоциировать интенсивность света (низкую интенсивность, если стрелка короткая, и высокую, если стрелка длинная), а с направлением можно ассоциировать оттенок цвета (например, оранжевый). Таким образом, мы можем зафиксировать каждую комплексную амплитуду цветом, имеющим как конкретную интенсивность, так и конкретный оттенок: например, оранжевый высокой интенсивности, или красный средней интенсивности, или зеленый низкой интенсивности и т. д.