те 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).
Концепция декогерентности разделяет традиционный взгляд о том, что измерение заставляет волновую функцию коллапсировать, отраженный в копенгагенской интерпретации. Измерение – это событие, вызывающее резкую декогеренцию, приближение, в котором декогеренция представляется в идеальном виде как мгновенное точное действие. Существуют и другие виды «измерений», которые не так резки, но тоже влияют на эволюцию волновой функции. Физик Джон Хартл писал: «Вероятности можно присвоить различным положениям Луны в небе или колебаниям плотности материи после Большого взрыва… вне зависимости от того, участвуют ли эти события в ситуации измерения и существует ли наблюдатель, регистрирующий их значения».[163] Иными словами, условия ранней Вселенной определяют разветвления ее будущей истории, включая появление людей как неизбежный результат взаимодействия между такими условиями и непоследовательностью, присущей квантовой физике. Согласно этой концепции, участники не влияют на прошлую историю Вселенной.
Декогерентный подход четко демонстрирует искусственность разделения между классическим наблюдателем или детектором и квантовой системой. Он показывает, что классический мир, который мы воспринимаем своими органами чувств, представляет собой следствие из свойств материи, результат взаимодействия многокомпонентных квантовых систем друг с другом и с окружающей средой. Чем больше система, тем больше волновых функций требуется для описания всех ее элементов и тем сложнее привести их в когерентные состояния, отображающие квантовую суперпозицию. Системы в квантовой суперпозиции очень хрупки и коллапсируют даже под самым минимальным внешним влиянием, будь то фотон солнечного света, космический луч или колебание гравитационного поля от проезжающего мимо грузовика. Декогеренция позволяет понять, как классический мир возникает из квантового, существующего за пределами нашего восприятия, хотя и не объясняет, где именно находится граница между классической и квантовой физикой. Джон Белл писал об этом так:
Проблема [квантовой механики] формулируется следующим образом: как именно разделить мир на аппаратную часть… которую мы можем обсуждать… и не подлежащую обсуждению квантовую систему? Сколько электронов, атомов или молекул составляют «аппарат»? Математика обычной теории требует такого разделения, но не объясняет, как оно происходит.[164]
Что еще важнее, декогеренция не разрешает проблему измерения по той простой причине, что его результаты продолжают оставаться случайными, а не определяются каким-то скрытым порядком. Например, до первого измерения мы не можем предсказать, будет фотон иметь горизонтальную или вертикальную поляризацию. Несмотря на некоторые разъяснения, которые дает нам концепция декогерентности (теперь нам не нужно задумываться, жив кот Шрёдингера или нет либо куда девается Луна, пока мы на нее не смотрим), борьба с квантовым призраком нелокальности и с нашей неспособностью объяснить основы физической реальности еще не закончена. Кроме того, мы до сих пор не понимаем, какую роль в определении этой реальности играет сознание – и играет ли вообще.
Глава 28. Назад к истокамв которой мы пытаемся разгадать квантовую загадку
Квантовая механика напрямую сталкивает нас с неизвестным и заставляет многих физиков чувствовать себя неуютно. «Неизвестное» – это приговор для науки, которая создана для того, чтобы иметь дело с непознанным и постепенно устранять его. Эйнштейн, Шрёдингер и научные реалисты отрицали саму возможность того, что некоторые секреты Природы могут так и остаться нераскрытыми. Они признавали, что наши знания об окружающем мире ограниченны и как минимум, неполны, но считали, что это объясняется нашим собственным несовершенством, а не какими-то скрытыми глубокими мотивами. Они надеялись, что вероятностный характер квантовых систем является не фундаментальным, а оперативным. В конце концов, вероятности используются и в другой успешной теории – статистической механике, описывающей поведение газов и систем с множеством частиц, – но в этом случае она лишь отражает практическую неспособность отследить поведение каждой отдельной частицы среди триллионов точно таких же. Вместо этого мы описываем среднее общее поведение частиц и рассматриваем любые отклонения от него как статистические погрешности. Реалисты надеялись, что что-то подобное произойдет и в квантовой механике, и таким образом вероятностное поведение станет не внутренним свойством, присущим системам малого размера, а лишь продуктом нашего ограниченного понимания истинной природы микромира.