Следствия голографического принципа для черных дыр, реально существующих в нашем мире, не столь очевидны, как в воображаемом AdS/CFT-мире. Утверждаем ли мы, что общая теория относительности совершенно неверно трактует природу недр черной дыры (и на самом деле черная дыра не пустая) и что на самом деле наблюдатель, падающий в черную дыру, врежется в голографическую поверхность прямо на горизонте событий? Нет, мы этого не утверждаем – ну, по крайней мере, этого не утверждают большинство приверженцев голографического принципа. На самом деле они апеллируют к родственной и не менее поразительной идее, которая называется комплементарностью черных дыр. Эта идея была выдвинута Сасскиндом и другими учеными, при этом авторы идеи намеренно пользовались терминологией, которая напоминает о боровской философии квантового измерения.
Версия комплементарности, касающаяся черных дыр, указывает, что на самом деле все устроено несколько тоньше, чем «черная дыра напоминает обычный вакуум» или «вся информация о черной дыре закодирована на горизонте событий». Фактически оба эти утверждения верны, но нельзя говорить в одном контексте сразу и о первом, и о втором. Либо, как предпочел бы выразиться физик, два эти утверждения не кажутся одновременно верными любому конкретному наблюдателю. С точки зрения наблюдателя, падающего за горизонт событий, черная дыра выглядит как обычный вакуум, а наблюдателю, находящемуся вдали от черной дыры, вся информация кажется рассредоточенной по горизонту событий.
Даже при том, что такие свойства являются фундаментально квантовомеханическими, можно сказать, что ранее был известен их аналог в классической физике. Подумайте, что происходит с книгой (или звездой, или чем угодно) при попадании в черную дыру, если рассматривать ситуацию с точки зрения классической общей теории относительности. Книге «кажется», что она падает прямо в глубины дыры. Но рядом с горизонтом событий происходит сильное искривление пространства-времени, поэтому, с точки зрения внешнего наблюдателя, все будет иначе. Он увидит, что книга постепенно замедляется, приближаясь к горизонту событий, по пути краснеет и тускнеет. Наблюдатель даже не увидит, как книга пересечет горизонт событий: ему будет казаться, что книга просто застыла, а не упала в дыру. Исходя из этого, физики разработали представление, именуемое мембранной парадигмой, согласно которому можно смоделировать физические свойства черной дыры, вообразив, что на ее горизонте событий находится мембрана, для которой можно вычислить определенные физические характеристики, например температуру и электрическую проводимость. Изначально мембранная парадигма считалась удобным упрощением, позволяющим облегчить вычисления, связанные с черными дырами. Но комплементарность постулирует, что сторонние наблюдатели действительно видят черную дыру таким образом, как будто там, где должен находиться горизонт событий, она представляет собой вибрирующую квантовую мембрану.
Если вы привыкли считать пространство-время фундаментальным феноменом, то такая картина может показаться вам совершенно бессмысленной. У пространства-времени есть определенная геометрия и больше ничего. Но с квантовомеханической точки зрения это совершенно правдоподобно: существует волновая функция Вселенной, и различные наблюдения могут давать разные результаты относительно ее характеристик. С тем же успехом можно сказать, что количество частиц в некотором состоянии зависит от того, как его наблюдают.
Мир – это квантовое состояние, эволюционирующее в гильбертовом пространстве, и физическое пространство проявляется из него. Не следует удивляться тому, что в одном и том же квантовом состоянии возможны разные представления положения и локальности в зависимости от того, какие наблюдения мы над ним осуществляем. Согласно идее комплементарности черных дыр, не имеют смысла вопросы «Какова геометрия пространства-времени?» или «Где находятся степени свободы?», но возможны вопросы о том, каково квантовое состояние или что видит конкретный наблюдатель.
Эта картина отличается от рассмотренной нами в предыдущей главе, где степени свободы были распределены в сети, заполняющей пространство, и, запутываясь, определяли эмерджентную геометрию. Но та картина применима лишь в условиях слабой гравитации, и черные дыры в нее определенно не вписываются. С точки зрения, представленной в данной главе, все равно можно говорить об абстрактных степенях свободы, которые, объединяясь, образуют пространство-время, но «где они находятся» зависит от того, как их наблюдают. Само пространство не фундаментально – это просто удобная концепция для рассуждения с определенных точек зрения.
Надеюсь, в этих последних главах мне удалось донести, какие важные следствия может иметь многомировая интерпретация в контексте давней проблемы квантовой гравитации. Честно говоря, многие физики, занимающиеся этими проблемами, не считают, что пользуются многомировой интерпретацией, хотя на самом деле именно это они и делают. И уж точно они не пользуются ни скрытыми переменными, ни концепцией динамического коллапса, ни эпистемологическим подходом к квантовой механике. Как бы то ни было, когда требуется понять, каким образом квантовать саму Вселенную, многомировая интерпретация представляется самым прямолинейным подходом к решению этой задачи.
Верна ли обрисованная нами картина, где запутанность между степенями свободы каким-то образом приводит к тому, что они, складываясь воедино, определяют геометрию нашего приблизительно классического пространства-времени? Никто не знает наверняка. Исходя из современного состояния наших знаний не вызывает сомнений, что и пространство, и время могут проявиться из абстрактной волновой функции в устраивающем нас виде. Все ингредиенты есть, и не лишне надеяться, что спустя еще несколько лет работы мы увидим эту картину гораздо четче. Если мы научимся абстрагироваться от наших классических предубеждений и примем уроки квантовой механики за чистую монету, то, возможно, наконец поймем, как из волновой функции извлекается наша Вселенная.
ЭпилогВсе – квантовое
Как бы Эйнштейн отнесся к многомировой интерпретации квантовой теории? Вероятно, с отторжением, по крайней мере сначала. Но ему пришлось бы согласиться, что в этой идее есть аспекты, которые очень хорошо сочетаются с его представлениями о правильном устройстве природы.
Эйнштейн умер в Принстоне в 1955 году, как раз в то время, когда Эверетт бился над формулировкой своей идеи. Эйнштейн был убежденным приверженцем принципа локальности, и его крайне беспокоило жуткое дальнодействие, проистекающее из квантовой запутанности. В этом смысле его вполне могли ужаснуть как многомировая интерпретация, так и голографический принцип – идеи, согласно которым само пространство является эмерджентным, а не фундаментальным. Идея о том, что реальность описывается вектором в необъятном гильбертовом пространстве, а не сводится к материи и энергии в старом добром четырехмерном пространстве-времени, явно не показалась бы ему конгениальной. Однако ему, вполне возможно, понравилось бы достижение Эверетта, который вернул наилучшее имеющееся у нас описание Вселенной к такой картине, где Вселенная переживает определенную, детерминированную, эволюцию. Такая позиция лишний раз подтверждает, что реальность в конечном итоге принципиально познаваема.
На склоне лет Эйнштейн припоминал такую историю из детства:
Чудо такого рода я испытал ребенком в четыре или пять лет, когда отец показал мне компас. То, что эта стрелка вела себя так определенно, никак не подходило к тому роду явлений, которые могли найти себе место в моем неосознанном мире понятий (действие через прикосновение). Я помню еще и сейчас – или мне кажется, что я помню, – что этот случай произвел на меня глубокое и длительное впечатление. За вещами должно быть что-то еще, глубоко скрытое.
Мне кажется, что во многом здесь отражена самая суть эйнштейновского скепсиса относительно квантовой механики. Возможно, он в голос возражал против индетерминизма и нелокальности, но по-настоящему не давало ему покоя ощущение, что копенгагенская интерпретация подменяет лаконичную строгость хороших научных теорий зыбкой парадигмой, центральная роль в которой отводится кое-как сформулированному понятию «измерения». Он постоянно был в поиске глубоко скрытых явлений, в поиске принципа, который вернул бы стройность явлениям, скатившимся в мистерию. Едва ли он подозревал, что «глубоко скрытыми» могут быть другие ветви волновой функции.
Разумеется, не так важно, что именно мог думать Эйнштейн: научные теории переживают расцвет и упадок не потому, что мы умеем вызывать из прошлого воображаемые призраки ушедших гениев, надеясь на их одобрение.
И все же стоит сверять курс с этими великими мыслителями прошлого, хотя бы для того чтобы прослеживать связи между историческими научными дебатами и теми исследованиями, что ведутся сегодня. Проблемы, о которых шла речь в этой книге, проистекают непосредственно из дискуссий, которые в 1920-х годах вели Эйнштейн, Бор и другие ученые. После Сольвеевского конгресса мнения в физическом сообществе тяготели к точке зрения Бора, а копенгагенская интерпретация превратилась в укоренившуюся догму. Она зарекомендовала себя как исключительно точный метод для прогнозирования результатов экспериментов и проектирования новых технологий. Но до звания фундаментальной теории она, мягко говоря, не дотягивает.
Я привел аргументы в пользу того, что многомировая интерпретация является наиболее многообещающей формулировкой квантовой механики. И я глубоко уважаю сторонников других подходов, с которыми часто и продуктивно беседовал. Но меня расстраивают физики-профессионалы, отмахивающиеся от трудов по основаниям науки и не считающие такие проблемы достойными серьезного рассмотрения. Надеюсь, что после прочтения этой книги вы если и не перейдете на сторону эвереттианцев, то хотя бы уверитесь в необходимости наведения порядка в квантовой механике.