Замечательная догадка Уилера заключалась в том, что мы можем отложить наш выбор – открывать створки жалюзи или оставить их закрытыми – до самого момента, когда фотон достигнет пластинки. Создается поистине загадочная ситуация. Откуда фотон, уже прибывший к преграде, знает, вести ему себя как волна и распространяться по обоим путям или как частица и распространяться лишь по одному из них, в зависимости от будущего выбора экспериментатора? Очевидно, что фотоны не могут знать заранее, откроет экспериментатор жалюзи или закроет. С другой стороны, они не могут и отложить свое решение: быть ли им волной или частицей. Ведь если фотону надо приготовиться к возможности, что жалюзи будут закрыты, его волновая функция разделится при столкновении с преградой так, что комбинация обоих фрагментов волны сможет образовать наблюдаемую интерференционную картину. Это, однако, рискованно – ведь если жалюзи окажутся в конце концов открытыми, потому что экспериментатор в последний момент решил, что он хочет знать, по какому пути пошел фотон, то у волнообразного интерферирующего фотона появятся трудности.
Рис. 45. Вариант опыта Юнга с двойной щелью и частицами света. Вместо фотопластинки в правой части рисунка установлены жалюзи, а позади них – пара детекторов, каждый из которых направлен на одну из щелей. Экспериментатор, управляющий детекторами, может отложить свое решение – оставить створки жалюзи закрытыми и тем самым выполнить опыт Юнга в его исходной постановке, в которой получается интерференционная картина, или открыть створки и тем самым определить, через какую щель фотон прошел – до того момента, когда каждый индивидуальный фотон достигнет створок жалюзи. Мы могли бы подумать, что такой отложенный выбор будет сбивать фотоны с толку. Ничего подобного: природу обмануть не удается. Фотоны всегда «угадывают» выбор экспериментатора, демонстрируя тем самым, что акт наблюдения в квантовой теории неуловимо влияет на прошлое.
Мысленный эксперимент Уилера позже был осуществлен. В 1984 году квантовые физики-экспериментаторы в Мэрилендском университете установили перед экраном высокотехнологичные жалюзи: сверхбыстрый электронный затвор, при помощи которого можно было выбирать между двумя режимами наблюдений. Опыт подтвердил идею Уилера: фотоны, которые попадали в створки жалюзи, образовывали интерференционную картину, а те, что проходили насквозь, – нет. Каким-то образом фотоны всегда вели себя так, даже если выбор между тем, включать отслеживающий путь фотона детектор или нет, откладывался до момента, когда данный фотон уже оказывался за препятствием.
Как же так? Дело в том, что ненаблюдаемое прошлое в квантовой механике существует только как спектр возможностей – волновая функция. Так же, как электроны или частицы, образующиеся при радиоактивном распаде, призрачные волновые функции фотонов приобретают определенную реальность, только когда будущее, которое они порождают, уже вполне установилось – то есть стало наблюдаемым. Эксперимент с отложенным выбором – живая и поразительная иллюстрация того, что процесс наблюдения в квантовой механике вводит в физику некую тонкую форму телеологии, компонент с обратным направлением времени. Эксперименты и наблюдения, которые мы проводим сегодня – те самые вопросы, что мы задаем Природе, – ретроактивно преобразуют то, что могло случиться, в то, что действительно случилось, и таким образом участвуют в определении того, что можно сказать о прошлом.
Уилер, вечный оптимист, придумал даже крупномасштабную версию своего эксперимента с отложенным выбором (см. рис. 46). Он представил, что свет от далекого квазара отклоняется массой находящейся ближе к нам галактики и в результате устремляется к Земле. Многочисленные примеры таких гравитационных линз уже наблюдались и постоянно используются астрономами для того, чтобы узнать больше о количестве темной материи и темной энергии во Вселенной. Отклонение лучей света означает, что фотоны, летящие от квазара, могут достичь Земли по многим путям, обходя лежащую на их пути галактику с разных сторон. Эта ситуация очень напоминает то, что происходит в опыте с двумя щелями – или большим их количеством. Если бы астрономы могли выполнить эксперимент с отложенным выбором в этом космическом варианте, размышлял Уилер, они могли бы воздействовать на прошлое, отстоящее от нас на миллиарды лет, на эпоху, когда Солнечной системы еще не было и в помине. «Мы с неизбежностью вовлечены в возникновение того, что происходит на наших глазах», – писал Уилер[167].
Рис. 56. Вариант эксперимента с отложенным выбором в космическом масштабе. Галактика, играющая роль гравитационной линзы, изгибает свет от далекого квазара, создавая несколько световых путей, ведущих к Земле. Эта ситуация воспроизводит схему эксперимента с двойной – или даже тройной – щелью.
«Мы не только зрители.
Мы – участники.
В некотором странном смысле это коллективная Вселенная».
Тогда-то он и сделал замечательный набросок (см. рис. 47), который изображает эволюцию Вселенной в виде U-образного объекта. Глаз на одной из ветвей буквы U смотрит на другую ветвь – свое прошлое. Рисунок поясняет, что в квантовой Вселенной наблюдения, выполненные сегодня, вносят нечто в осязаемую реальность Вселенной «тому назад»[168].
Рис. 47. Уилер мыслил квантовую Вселенную как что-то вроде самовозбуждающейся цепи. Начавшись с малого (правый верхний угол), Вселенная со временем растет и в конце концов порождает наблюдателей, чьи акты наблюдений передают нечто ощутимой реальности прошлого – возможно, даже отдаленного прошлого, в котором никаких наблюдателей еще не существует.
«Коллективная Вселенная» Уилера, историю которой творят ее обитатели, казалась в то время надуманной фантазией. Но через сорок лет этой идее суждено было стать центральным пунктом нашей нисходящей космологии, космологии, основанной на взгляде «сверху вниз». К пониманию Уилером роли наблюдателя Хокинг отнесся серьезно – очень серьезно! – и приложил эту идею не только к ретроактивному определению путей квантовых частиц, но и ко всей Вселенной в целом.
Триада на рис. 43 в рамках новой космологии объединяет наблюдение с динамикой и начальными условиями. Такой синтез – не просто незначительное дополнение, малая поправка в уравнении, – это фундаментальное обобщение самой сути физики. Унифицируя динамику и граничные условия, наша триада порывает с дуализмом, доминировавшим в новой физике со времени ее появления. А включая в эту картину и наблюдение, она снимает проблему «взгляда ниоткуда».
Но вот чего ракурс «сверху вниз» в квантовой космологии не предполагает – это что мы можем посылать сигналы назад в прошлое. Наблюдение действительно укрепляет прошлое как реально существующее, но никакой информации в прошлое при этом не передается. В уилеровской космической версии эксперимента с отложенным выбором включение или выключение наших телескопов в XXI веке не влияет на движение фотонов миллиарды лет назад. Квантовая космология не отрицает того, что происходило в прошлом, – она уточняет, что означает «происходить» и, в частности, что вообще можно, а чего нельзя сказать о прошлом.
Уилер очень любил иллюстрировать свои взгляды вариантом игры в «двадцать вопросов». В этой игре группа коллег после ужина усаживается в гостиной, и одного отправляют за дверь. В его отсутствие остальные решают сыграть в эту игру, но с одним изменением: они договариваются не задумывать определенного слова, но действовать так, как будто они какое-то слово сообща задумали. Когда игрок, которому предстоит отгадывать слово, возвращается в комнату и начинает задавать свои вопросы – а они предполагают только ответы «да» или «нет», – каждый отвечающий отвечает, как ему заблагорассудится, но только с условием, чтобы его ответ согласовывался со всеми предыдущими. Таким образом, на каждой стадии игры каждый играющий подразумевает некоторое слово, которое находится в соответствии со всеми уже данными ответами. Естественно, с каждым следующим вопросом количество возможных опций быстро сужается, пока и спрашивающий, и отвечающие не подводят друг друга к одному-единственному возможному слову. Однако каким именно будет это последнее слово, зависит от вопросов, которые задает отгадчик, и даже от порядка, в котором он их задает. По словам Уилера, в этой версии игры «ни одно слово не является словом, пока оно не вводится в реальность выбором заданных вопросов и данных на эти вопросы ответов»[169]. Подобным же образом квантовая Вселенная постоянно, по кирпичикам, собирает сама себя из тумана возможностей – что-то вроде леса, выступающего из густой дымки сырым туманным утром. Ее история – не то, что мы обычно понимаем под этим словом, не последовательность событий, происходящих одно за другим; это скорее некий грандиозный синтез, в который входим мы сами и в котором то, что происходит сейчас, ретроактивно формирует то, что было прежде. Этот нисходящий элемент наделяет наблюдателей в квантовом смысле неуловимой творческой ролью в космических процессах. И это придает космологии тончайший субъективный оттенок. Мы – посредством нашей наблюдательской деятельности – почти буквально оказываемся вовлеченными в создание космической истории.
«Нет вопроса – нет ответа» – говорил Уилер о квантовых частицах. «Нет вопроса – нет и истории!» – сказал Хокинг о квантовой Вселенной.
Вторая стадия развития «нисходящей космологии» – этот термин у Стивена прочно вошел в употребление[170] – продолжалась с 2006 по 2012 год. В этот период Хокинг пришел к глубокому интуитивному убеждению, что, рассматривая наблюдателей как агентов, интегрированных в рамки процесса предсказания, мы наконец оказываемся на пути к созданию космологической теории, способной пролить свет на «загадку замысла» Вселенной. Если бы только мы могли понять, что именно пытается сказать нам эта триада…