Ответ: «Как и в многомировой интерпретации». Волновая функция не коллапсирует, но эволюционирует. В частности, приходится учитывать волновую функцию детектора, а также волновые функции электронов, проходящих через щели. Бомовский мир полностью квантовый и обходится без искусственного разделения на классические и квантовые области. Как известно из размышлений о декогеренции, волновая функция детектора запутывается с волновой функцией электрона, проходящего через щель, и происходит своеобразное ветвление. Разница в том, что переменные, описывающие детектор (которых нет в многомировой интерпретации), будут находиться в местах, соответствующих одной из этих веток, а не другой. Во всех отношениях данная ситуация напоминает коллапс волновой функции, или, если хотите, это похоже на ветвление волновой функции в результате декогеренции. Но в данном случае мы не признаем реальности всех веток, а считаем, что все частицы, из которых мы состоим, находятся только в одной конкретной ветке.
Вас не удивит, что многие эвереттовцы с подозрением относятся к подобной истории. Если волновая функция Вселенной просто подчиняется уравнению Шрёдингера, то с ней будут происходить декогеренция и ветвление. И вы уже признали, что волновая функция – часть реальности. Если уж на то пошло, координаты частиц абсолютно никак не влияют на то, как эволюционирует волновая функция. Пожалуй, все, что они делают – указывают на конкретную ветку волновой функции и заставляют считать ее реальной. Поэтому некоторые эвереттовцы утверждали, что бомовская механика на практике ничем не отличается от эвереттовской, а лишь содержит некоторые избыточные дополнительные переменные, весь прок которых в том, чтобы унять чьи-то опасения по поводу расщепления на множество «копий себя». Как выразился Дойч: «Теории волны-пилота – это теории параллельных вселенных на стадии хронического отрицания».
Мы не беремся рассудить этот спор прямо здесь и сейчас. В данном случае ясно, что бомовская механика – это конструкция, позволяющая сделать то, что многим физикам казалось невозможным: построить точную, детерминистичную теорию, которая воспроизводит все прогнозы академической квантовой механики и не требует никаких магических заклинаний по поводу процесса измерения или отличий между квантовыми и классическими мирами. Цена, которую приходится за это заплатить, – явная нелокальность в динамике.
Бом надеялся, что его новая теория получит широкое признание в физическом сообществе. Этого не произошло. Весьма эмоциональным языком, который обычен для дискуссий об основаниях квантовой механики, Гейзенберг назвал теорию Бома «избыточной идеологической надстройкой», тогда как Паули назвал ее «искусственной метафизикой». Мы уже упоминали мнение Оппенгеймера, который когда-то был наставником Бома и поддерживал его. По-видимому, Эйнштейн по достоинству оценил работу, проделанную Бомом, но считал, что итоговая конструкция у него получилась искусственной и неубедительной. Но Бом, в отличие от де Бройля, не поддался этому давлению и продолжил разрабатывать и отстаивать свою теорию.
На самом деле его настойчивость даже вдохновила де Бройля, который к тому моменту еще не отошел от дел и активно работал (он умер в 1987 году). На закате жизни де Бройль вернулся к теориям со скрытыми переменными, продолжая развивать и оттачивать свою оригинальную модель.
Даже без учета явной нелокальности и обвинений в том, что данная теория есть не что иное, как «многомировая интерпретация в несознанке», бомовской механике присущ еще ряд важных проблем, особенно с точки зрения современного специалиста по фундаментальной физике. Список составляющих этой теории бесспорно сложнее, чем у Эверетта, а пространство Гильберта – набор всех возможных волновых функций – в ней не больше, чем в эвереттовской. Возможность существования множества миров никуда не девается, если не стирать эти миры (как в теории ГРВ), а просто отрицать их реальность. Принципы функционирования механики Бома не назовешь элегантными. Спустя многие годы после отхода от ньютоновской механики физики продолжают интуитивно стремиться к чему-то, что напоминало бы третий закон Ньютона, согласно которому на каждое действие есть противодействие. Поэтому кажется странным, что у нас есть частицы, которые перекатывает волновая функция, тогда как сама волновая функция совершенно не испытывает воздействия со стороны этих частиц. Разумеется, квантовая механика неизбежно заставляет нас сталкиваться со странными вещами, так что данное соображение не должно быть первостепенным.
Важнее, что и теория Бома, и теория де Бройля в исходных формулировках сильно полагаются на идею о том, что в реальности существуют именно «частицы». Как и в случае с ГРВ, это оборачивается проблемой, когда мы пытаемся понять наилучшие модели мира, которыми располагаем, а именно – квантовые теории поля. Предлагались способы «бомизации» квантовой теории поля, причем в этом были достигнуты некоторые успехи: физики бывают довольно сообразительными, если захотят. Но эти результаты кажутся притянутыми за уши. Это еще не означает, что неизящные результаты – обязательно неправильные, однако это очко в пользу многомировых теорий, в которые поля или квантовая гравитация внедряются очень легко.
Рассуждая о бомовской механике, мы говорили о координатах частиц, но не об их импульсах. Это отголосок ньютоновских времен, когда считалось, что координата у частицы есть в любой момент времени, а скорость (и импульс) частицы выводится на основании ее траектории путем расчета скорости изменения этой траектории. Более современные формулировки классической механики (где-то после 1833 года) трактуют координату и импульс на равных основаниях. Когда мы переходим к квантовой механике, этот подход находит отражение в принципе неопределенности Гейзенберга, где координата и импульс представлены одинаковым образом. Бомовская механика отменяет этот ход, считая координату первичной, а импульс – производной от нее. Но оказывается, что непосредственно измерить эти величины не удается из-за неизбежных эффектов, оказываемых волновой функцией на координату частицы с течением времени. Итак, в конечном итоге принцип неопределенности в бомовской механике продолжает соблюдаться как практический факт реальности, но в ней он лишен той естественности, какой обладает в теориях, где единственной реальной сущностью является волновая функция.
Здесь действует более универсальный принцип. В силу своей простоты многомировая интерпретация также оказывается исключительно гибкой. Уравнение Шрёдингера принимает волновую функцию и позволяет определить, как быстро она будет изменяться, – для этого нужно применить гамильтониан, который определяет, сколько энергии будет в разных компонентах квантового состояния. Дайте мне гамильтониан – и я сразу же пойму эвереттовскую версию соответствующей ему квантовой теории. Частицы, спины, поля, суперструны – не важно. Многомировая интерпретация включается без дополнительных настроек.
В других подходах требуется проделать гораздо больше предварительной работы, причем далеко не всегда понятно, выполнима ли эта работа в принципе. Приходится указать не только гамильтониан, но и конкретный способ, которым происходит спонтанный коллапс волновых функций, либо конкретный новый набор скрытых переменных, которые придется отслеживать. Это проще сказать, чем сделать. Проблема обостряется еще сильнее при переходе от квантовой теории поля к квантовой гравитации (чем, в частности, изначально руководствовался Эверетт). В квантовой гравитации сам феномен «местоположения в пространстве» проблематичен, поскольку у разных веток волновой функции будут разные пространственно-временные геометрии. В многомировой интерпретации это не проблема, а в альтернативах – без пяти минут катастрофа.
И когда в 1950-х Бом и Эверетт разрабатывали свои альтернативы копенгагенской интерпретации, и когда в 1960-х Белл доказывал свои теоремы, на работы по основаниям квантовой механики в физическом сообществе смотрели косо. Ситуация начала немного меняться с возникновением теории декогеренции и квантовой информации в 1970-х и 1980-х, теория ГРВ была предложена в 1985 году. Хотя подавляющее большинство физиков до сих пор с подозрением относится к этой области исследований (хотя бы потому, что она привлекает философов), с 1990-х в ней был выполнен огромный объем интересной и важной работы, значительная часть которой стала известна широкой общественности. Однако можно смело сказать, что большая доля современной работы по основам квантовой механики до сих пор разворачивается в контексте кубитов или нерелятивистских частиц. Как только мы перейдем к квантовым полям и квантовой гравитации, некоторые вещи, которые мы принимали как должное, станут нам недоступны. Точно так же как физикам пришло время всерьез отнестись к квантовым основаниям, самим квантовым основаниям пора со всей серьезностью «отнестись» к теории поля и гравитации.
Размышляя над способами устранения множества миров, к признанию которых нас подталкивает голый квантовый формализм, мы попробовали отсекать миры с помощью случайного события (ГРВ), достигать некоторого порога (Пенроуз) и выбирать некоторые миры и считать их реальными, добавляя для этого дополнительные переменные (де Бройль – Бом). Что еще остается?
Проблема в том, что возникновение дополнительных веток волновой функции происходит автоматически, стоит нам поверить в волновые функции и уравнение Шрёдингера. Поэтому в альтернативах, рассмотренных нами до сих пор, от этих веток либо избавляются, либо постулируют такие условия, благодаря которым одна из этих веток выделяется на фоне остальных.
Напрашивается и третий путь: полностью отрицать реальность волновой функции.
При этом мы не собираемся отрицать центральной роли волновой функции в квантовой механике. Нет, мы можем использовать волновые функции, но при этом не заявлять, что они являются реальными феноменами. Они могут просто характеризовать наши знания: в частности, неполноту этих знаний об исходе квантовых измерений. Такой подход к квантовой механике известен под названием «эпистемологический», поскольку в нем полагается, что в волновых функциях заключена некая часть нашего знания, в противовес «онтологическим» подходам, в которых волновая функция трактуется как описывающая объективную реальность. Поскольку волновые функции обычно обозначаются греческой буквой Ψ (пси), сторонники эпистемологического подхода к квантовой механике иногда поддразнивают эвереттианцев и других, считающих, что волновая функция реальна, называя их «пси-онтологами».