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

физические законы и набор фундаментальных частиц. А так как инфляция продолжается вечно, таких «пузырей» существует бесконечно много – бесконечная инфляционная мультивселенная. Теория струн, в свою очередь, тоже описывает не единичную Вселенную, a «струнный ландшафт», содержащий невероятно огромное число возможных вселенных – 10500 или больше.

Сходство мультивселенной со множественными мирами, которые появляются в рамках многомировой интерпретации, не укрылось от внимания квантовых космологов. То, что концепция мультивселенной вновь возникла независимо от идей Эверетта, сделало ее еще более дразнящей и привлекательной. Некоторые физики даже предположили, что мультивселенная всех трех видов – эвереттовские множественные миры, «вечная инфляция» и «струнный ландшафт» – на деле является одной и той же, а все эти три теории просто описывают эту реальность разными способами. Во всяком случае, многомировую интерпретацию перестали (почти) осмеивать с порога как не стоящую серьезного рассмотрения. Более того, к началу XXI столетия многомировая идея фактически стала у физиков, а в особенности у космологов, самой популярной соперницей копенгагенской интерпретации. Но с широким признанием пришло и осознание новой проблемы, общей для любой теории бесконечной мультивселенной: проблемы вероятности.

* * *

Проблема измерения по сути упирается в вопрос о том, когда волновые функции подчиняются детерминистской гармонии уравнения Шрёдингера, а когда испытывают случайный коллапс. Многомировая интерпретация обходит проблему измерения, утверждая, что коллапса волновой функции вообще не происходит. В многомировой мультивселенной волновая функция Вселенной всегда подчиняется уравнению Шрёдингера, расщепляясь на бесконечное количество ветвей, каждая из которых составляет отдельный мир. Но в этой картине есть одна неясность. Если универсальная волновая функция действительно всегда подчиняется уравнению Шрёдингера, которое является полностью детерминистским, без какого-либо элемента случайности, тогда непонятно, как наши эксперименты в области квантовой физики вообще могут быть подвержены случайности и как в их описании может использоваться вероятность. А ведь абсолютно все, независимо от того, какой квантовой интерпретации (или псевдоинтерпретации) они придерживаются, сходятся в одном: исход любого эксперимента в области квантовой физики содержит элемент случайности. В общем случае математический аппарат квантовой физики позволяет нам предсказывать лишь вероятность того или иного исхода эксперимента, а не утверждать с определенностью, что он будет именно таким, а не иным. Но если Вселенная в целом детерминистически, однозначно подчиняется единственному уравнению, откуда тогда вообще в физике может появиться вероятность?

Обычно, когда говорят о вероятности, представляют себе бросание игральной кости: у нее есть шесть граней, из них выпасть может только одна, значит, вероятность какого-то одного из этих исходов составляет один к шести (если, конечно, в кость не подложили свинец). Вероятность выпадения нечетного числа при бросании кости – три к шести, потому что из шести чисел на гранях кубика три нечетных (рис. 11.1А). Но в рамках многомировой интерпретации с вероятностью все обстоит иначе. У опыта с котом Шрёдингера два возможных исхода – он либо жив, либо нет. Казалось бы, вероятность любого из этих исходов составляет один к двум, 50 процентов. Но давайте представим себе, что мы слегка изменили условия эксперимента – скажем, из чувства милосердия мы не стали закрывать кота в ящике надолго, и тогда вероятность радиоактивного распада (а значит, и смерти кота) стала равняться только 25 процентам, а не 50. Теперь мы в нерешительности: возможных исходов по-прежнему только два, но квантовая физика требует, чтобы их вероятности были различны. Теперь 75 процентов за то, что кот остался в живых, и 25 – за то, что он мертв. Но у действительности по-прежнему только две ветви, в каждой из которых обитают ваши почти полностью идентичные копии. Можно ли сказать, что ваша копия в ветви с мертвым котом в каком-то смысле «менее реальна», чем она же в ветви с котом живым? И как это мы должны понимать?

Дальше все становится еще хуже. Мы все участвуем в одном-единственном эксперименте вместе со всей огромной Вселенной вокруг нас. Любое разумное понимание интерпретации Эверетта сводится к тому, что в ней имеется бесконечное число разветвлений универсальной волновой функции. Какой же смысл мы можем придавать вероятности, когда в них содержится бесконечное число наших копий? Ведь когда мы бросаем кубик, единственный способ вычислить вероятность выпадения определенной грани основан на том, что мы можем сосчитать общее число возможных исходов броска. В бесконечной мультивселенной этот подход не работает – ведь здесь полное число вариантов всегда бесконечно. Если мы захотим узнать количество ветвей, в которых происходит определенное событие, – ну, скажем, количество разветвлений универсальной волновой функции, в которых вы сейчас читаете эту книгу, – оно всегда будет бесконечным. Бесконечным будет и число ветвей, в которых вы не читаете эту книгу. Какой же будет в мультивселенной вероятность, что в случайно выбранной ее ветке ваша случайная копия будет читать некоторую случайную версию этой книги? Чему будет равна дробь, в числителе и знаменателе которой стоит бесконечность (рис. 11.1Б)?

Рис. 11.1. А. Вероятности сравнительно просто вычислять для игральных костей и в других ситуациях, где имеется конечное число возможных исходов. Шанс, что при броске обычной шестигранной игральной кости выпадет нечетное число, составляет три к шести, или один к двум. Б. Вычислять вероятности становится гораздо труднее в бесконечной мультивселенной. Каков шанс, что в рамках многомировой интерпретации ваша случайно выбранная копия будет именно сейчас читать именно эту книгу?

Для исчисления бесконечностей существуют целые разделы математики, и они говорят, что такие дроби могут оказаться равны чему угодно: нулю, некоторому конечному числу или даже другой бесконечности. И как же нам с этим быть? Как нам в рамках многомировой интерпретации вернуться к тем фантастически точным вероятностным оценкам, которые квантовая физика дает в нашей полностью детерминистской Вселенной? Как измерить бесконечную долю бесконечного числа возможных вариантов действительности, в которых вы читаете эту книгу? И как можно даже просто говорить о вероятности в мире, в котором буквально все физически возможное хоть где-нибудь, да происходит?

Ответ на эти вопросы или, по крайней мере, один из возможных ответов кроется вот в чем: вероятность в многомировой интерпретации появляется потому, что мы в этих бесконечных мирах безнадежно заблудились. Хоть универсальная волновая функция подчиняется уравнению Шрёдингера и расщепляется строго детерминистским образом, мы понятия не имеем, где именно, в каком месте этой огромной и сложной волновой функции мы находимся. Да, мы знаем, что мы лишь в одной из ветвей универсальной волновой функции, но в какой? В конце концов, в бесконечном многообразии квантовых миров рассеяно множество наших лишь слегка различающихся копий – и совсем не очевидно, в каком из этих миров мы находимся. В частности, после проведения квантового эксперимента мы знаем, что находимся в одном и только одном из нескольких миров, на которые