Остров знаний. Пределы досягаемости большой науки - Марсело Глейзер

Нелокальность поражает нас, заставляя пересмотреть глубоко укоренившиеся в нашем сознании концепции, например причинно-следственную связь. Может ли настоящее действительно определять прошлое? Возможно ли перенести эти странные отношения с хрупких квантовых систем на более крупные объекты или даже на всю Вселенную целиком, как предлагал Уилер? «Может ли понятие Большого взрыва быть лишь упрощенным описанием совокупного влияния миллиардов и миллиардов элементарных действий соучастного наблюдения, направленных в прошлое?[160]» Уилер поступает мудро, разделяя сознание и акт наблюдения, который он понимал как своего рода регистрацию явления. Смысл, то есть то, как сознание толкует эту регистрацию, – это уже «отдельная история». Объяснения Уилера звучат неоднозначно, потому что он не знает правильного ответа. Как и никто другой.

Неудивительно, что, столкнувшись с этой странностью, большинство физиков прекращают попытки объяснить квантовую физику и принимают копенгагенскую интерпретацию. До появления однозначного экспериментального теста интерпретация представляет собой личный выбор. Еще один подход, не менее странный, чем предыдущие, но удивительным образом привлекающий множество физиков, называется многомировой интерпретацией (MWI). Впервые она была предложена Шрёдингером на лекции в Дублине как «безумная идея», а затем в 1957 году ее развил в своей докторской работе ученик Уилера физик Хью Эверетт. В 1960–1970-х многомировую интерпретацию расширил Брайс Девитт, превратив ее в поистине радикальную концепцию. Многомировая интерпретация утверждает, что при измерении не происходит коллапса волновой функции. Все возможные результаты измерений (все вероятности) реализуются одновременно в параллельных мирах (вселенных). Если верить MWI, все варианты развития истории сосуществуют в своего рода Мультивселенной, и их количество увеличивается при каждом измерении. Кот Шрёдингера жив в одной вселенной и мертв в другой, спин электрона направлен вверх в одном мире и вниз – в параллельном ему, фотон является частицей в одном месте и волной в другом. Создавая бесчисленное количество вариантов результата, реализуемое в бесконечном множестве миров, MWI устраняет парадоксы квантовой механики.

У Хорхе Луиса Борхеса есть рассказ «Сад расходящихся тропок», в котором описан лабиринт, существующий во времени, а не в пространстве, и каждая развилка означает два альтернативных продолжения истории. Точно так же и в многомировой интерпретации различные возможные истории существуют бок о бок, пускай каждый из вариантов недоступен для другого. Ключевым положением теории является утверждение о том, что волновая функция – это не просто математический термин, а реальное явление, направляющее параллельное развитие истории. MWI – это попытка вернуть физике реальность, пусть и за счет предположения о существовании постоянно растущей Мультивселенной с постоянно разветвляющейся альтернативной историей. Главным сторонником MWI является теоретик квантовой информации Дэвид Дойч из Оксфордского университета. В своей последней книге «Начало бесконечности» он, не стесняясь, называет копенгагенскую интерпретацию «плохой философией», которая «не только неверна, но и активно препятствует дальнейшему росту знаний».[162] Дойч пишет: «Идея состоит в том, что квантовая физика подрывает самые устои разумного: частицы имеют взаимоисключающие свойства (будучи и частицами, и волнами одновременно), точка. Любые попытки критиков оказываются неэффективными, так как в них используется “классический язык” вне области его применения». По словам Дойча, вся «расплывчатость», возникающая из-за нелокальности, коллапса волновой функции и принципа зависимости реальности от наблюдателя, исчезает после принятия реальности волновой функции и многомировой Мультивселенной. Однако для большинства физиков этот выбор все же не так очевиден.

Никто не может (и не должен) с уверенностью заявить, что многомировая интерпретация решает проблему измерений в квантовой механике. Как и в случае с теорией Бома о нелокальности и скрытых переменных, нам предлагается странная альтернатива коллапсу волновой функции (которая в этом случае вообще не коллапсирует). Одновременно с этим вводится новый уровень сложности – параллельное существование бесчисленных разветвляющихся миров, отделенных друг от друга и никогда не контактирующих. Где находятся эти миры, реальные, не недоступные для нас? Когда именно в процессе измерения происходит разветвление? Кроме того, не существует убедительных экспериментальных данных, которые могли бы проиллюстрировать разницу между теорией Бома и MWI или утвердить точку зрения сторонников MWI как жизнеспособную альтернативу копенгагенской интерпретации (пускай некоторые физики и утверждают, что если возможна интерференция с крупными объектами вроде кота Шрёдингера, то могут существовать и разные, различающиеся в мелочах варианты истории). До тех пор пока не будет проведен конкретный практический эксперимент, идея о существовании параллельных не взаимодействующих между собой вселенных говорит нам ровно столько же об измерениях и природе реальности, сколько теория мультиверса – о том, почему мы существуем в этом мире (см. часть I книги).

Значительным шагом вперед (хотя и неоднозначным как решение для проблемы измерений) является концепция квантовой декогерентности, которая устраняет («декогерирует») проблему квантовой интерференции между различными возможными результатами экспериментов за счет взаимодействия между квантовой системой и окружающей ее средой. В соответствии с этой концепцией классическая физика появляется в результате утраты квантовой интерференции. Классический мир крупных неквантовых объектов возникает тогда, когда мы принимаем в расчет взаимодействие со средой. Некоторые физики представляют декогерентность как естественное продолжение копенгагенской интерпретации с учетом того, что процесс измерений полностью уничтожает какую бы то ни было квантовую когерентность в волновой функции. Другие считают декогерентность продолжением многомировой интерпретации Эверетта, в которой она является причиной расхождения альтернативных миров и историй. Вариация концепции квантовой декогерентности, известная как «декогерентный исторический формализм» или «согласующиеся истории», была предложена Робертом Гриффитсом в 1984 году и независимо от него разработана Роланом Омне, а затем повторно открыта и применена в квантовой космологии Марри Гелл-Маном и Джеймсом Хартлом в 1990 году. Этот вариант предлагает рассматривать всю Вселенную в качестве квантовой системы. Трудность в том, что, так как Вселенная считается «закрытой системой», в ней отсутствуют внешние наблюдатели или среда для декогеренции глобальной волновой функции. Переход от квантовой Вселенной к классической произошел в процессе ее собственной эволюции, так как различные варианты истории, каждый из которых включает в себя свой набор вероятностей, развиваются независимо друг от друга (то есть декогерентно по отношению к целому). Конкретные акты декогеренции случаются в результате конкретных событий (взаимодействий между частицами), которые происходят в рамках определенной временной линии. Мы живем в одном сегменте этой постоянно разветвляющейся истории, и в нем же находится Вселенная со свойствами, которые мы регистрируем в ходе измерений. К сожалению, мы не знаем механизма, согласно которому предпочтение отдается именно нашей Вселенной (если таковой вообще существует).