И тогда получается, что все результаты измерения – это личный опыт каждого отдельного наблюдателя, все вероятности, которые описывает квантовая механика, – личная уверенность наблюдателя в том или ином исходе. В общем, мы ставим во главу угла каждого отдельного наблюдателя.
Вот такой кьюбизм.
Есть еще четыре интерпретации, про которые я хочу рассказать вам. Вообще их больше, но я не решился сюда впихивать сложнючие штуки типа разных объективных редукций, транзакционных интерпретаций и согласованных хронологий.
Интерпретация Пенроуза. Здесь на первый план выходит общая теория относительности, которая про макромир и гравитацию. Эйнштейн предположил, что гравитация – это искривление пространства-времени и что это искривление заметно на довольно больших масштабах. Собственно, это одна из проблем современной науки – как приложить кривое пространство-время на огромных масштабах к микромиру, который мы считаем неискривленным? Пенроуз говорит, что квантовое состояние может находиться в суперпозиции, пока кривизна пространства-времени не достигнет значительного уровня. При этом он считает, что волновые функции реальны, то есть квантовые объекты могут на самом деле быть в нескольких местах одновременно. Но если разница между энергиями двух состояний достаточно велика – суперпозиция схлопывается. Эйнштейн сказал, что энергия эквивалентна массе, а масса гнет пространство-время. Значит, в какой-то момент пространство-время гнется так, что на сохранение суперпозиции тупо энергии не хватает, если говорить очень грубо.
Представьте себе, что мы пытаемся удержаться за поводья двух лошадей двумя руками. Пока они плюс-минус с одной скоростью и в одном направлении бегут – мы еще как-то за ними можем болтаться. Обзовем это суперпозицией. Вроде как мы скачем на обеих лошадях сразу. Но если одна лошадь начнет скакать быстрее или свернет куда-нибудь, нам придется выбирать одну и отпускать вторую. Мы разрушим нашу суперпозицию. Это, как обычно, звезданутая аналогия, но хотя бы понятная. Лошадей заменим на геодезические линии пространства-времени, и, как только они начнут расходиться-гнуться и как-то странно себя вести, – суперпозиция рушится. А есть там наблюдатель или нет – неважно. Это одна из теорий объективного коллапса, или редукции. Им не нужен наблюдатель.
Еще одна интересная интерпретация – это интерпретация Блохинцева. Она утверждает, что мы своими макроскопическими измерительными приборами неконтролируемо воздействуем на квантовый объект, потому он и повисает в неопределенности. Плюс к тому уравнения квантовой механики неприменимы к отдельным квантовым объектам, а только к их ансамблям. Ансамбль – это большое число частиц или систем, которые независимо друг от друга находятся в одинаковых макроскопических состояниях. Так что волновая функция частицы – это не характеристика самой частицы, а только принадлежность ее к тому или иному ансамблю.
Ну и раз у нас ансамбль довольно макроскопический, условия макроскопические, значит, и влияние макроскопического измерительного прибора надо учитывать, в том числе и на вероятности, и на волновую функцию, и на все остальное. Замечаете подвох? Некоторое логическое противоречие. Вроде бы Блохинцев нас аккуратно вывел из микромира, как будто его и нет вовсе.
Собственно, на этом Блохинцева и поймал Фок. Вернее, критиков было много, но Фок решил выдвинуть свою интерпретацию квантовой механики с блэкджеком и… в смысле с квантовыми объектами и без всяких ансамблей.
Фок утверждает, что волновая функция каждого квантового объекта отражает его реальное состояние в определенных внешних условиях. Мы проводим сто раз один и тот же опыт и получаем результаты, которые вполне согласуются с рассчитанными вероятностями. При этом Фок говорит, что волновая функция никак не может относиться к каким-то ансамблям, потому что ну раз у нас опыты проводятся разные, значит, и ансамбли должны быть разные, а волновая функция прекрасно совпадает со всеми опытами, так что нет смысла выделять отдельные статистические коллективы.
Ну и последняя интерпретация. Она очень простая. Называется никакая интерпретация. Часто можно встретить ее под именем «заткнись и считай!». И в этом названии очень точно подмечена ее суть. Просто берешь и считаешь. А уж что там как интерпретировать – это не к нам вопросы. Судя по всему, именно этой интерпретации придерживается большая часть научного сообщества. Несмотря на авторитетность копенгагенцев и на соблазны мультиверсов, ученые остаются учеными и просто считают.
Ладно, пора закругляться. Коротко подведу итоги.
Мы говорили про копенгагенскую интерпретацию, которая была вообще первой. Она говорит, что неопределенность вшита в физику, а взаимодействие квантового объекта с макромиром ломает суперпозицию.
Еще я рассказывал про многомировую интерпретацию, которая вроде многомировая, а вроде и нет. Это та, где в суперпозипции находится наблюдатель, а не Вселенная.
Дальше была интерпретация фон Неймана – Вигнера. Сознание вызывает коллапс. Мы говорили, что для завершения процесса наблюдения необходим наблюдатель, обладающий разумом.
Реляционная квантовая механика говорит, что состояние квантовой системы зависит от наблюдателя, прямо как в теории относительности.
Интерпретация де Бройля – Бома. Здесь мы говорили о том, что принцип неопределенности не в физику вшит, а в наблюдателя. А вообще-то и импульс, и координаты частицы определены всегда, это просто мы неумехи.
Еще одна интерпретация – квантовое байесианство, или кьюбизм. Все субъективно, у каждого свой мир, и то, что наши миры пересекаются, – это приятное, но необязательное совпадение. Я думаю, когда мама или жена находит вещь, которую ты ищешь, там, где ты уже все проверил, – это как раз проявление байесианства. Для тебя тут ничего не лежало, а у нее – вот же твоя футболка, ты что, слепой?
Интерпретация Пенроуза говорит о том, что суперпозиция ломается при достаточном искривлении пространства-времени.
Блохинцев вообще какую-то мутную схему предложил про квантовые ансамбли, которые вроде как в макроскопическом мире обитают, и вроде измерительные приборы тоже влияют на эти макроскопические квантовые ансамбли.
Ну и Фок опровергал Блохинцева и говорил, что волновая функция каждого квантового объекта отражает действительность и ни к каким ансамблям не относится.
А еще есть никакая интерпретация, которая говорит: заткнись и считай. Хочешь интерпретировать результаты – иди в философы, а мы тут физикой занимаемся, расчеты ведем, формулы составляем и вот это вот все!
Сегодня основной концепцией считается именно «заткнись и считай» – оно, наверное, и правильно. Но если пытаться больше притянуть физику к реальности, увести ее от формализма и математических парадоксов, лидирует до сих пор копенгагенская интерпретация.
Хотя, конечно, привлекательно выглядят и многие другие гипотезы. И конечно, в первую очередь – любая гипотеза про параллельные миры и соседние вселенные. Так что многомировая интерпретация вполне законно держится на третьем месте.
Но вообще Мультивселенная и параллельные миры существуют во многих научных концепциях. Теория струн, теория ложных вакуумов, космологический естественный отбор – у физики еще много козырей в рукаве…
Глава 4. Нерешительный финал
В этом разделе не будет глав. Я уже рассказал много, еще больше не рассказал, но у физики еще много вопросов к мирозданию, и я решил напоследок привести нерешенные проблемы современной физики. Почему это интересно? Для чего ставить такие вопросы и такие задачи, если решить их не получается? Зачем нужны эти вопросы в этой книге? Все просто. Чтобы не было ощущения законченности. Физика оставила нам еще много неразгаданных тайн.
Естественно, мы не будем обсуждать совсем уж все проблемы в науке, а пробежимся только по знакомым нам темам, которые мы уже обсуждали.
Начнем с черных дыр. Квантовая механика в нашем понимании не разрешает уничтожать информацию. Не в смысле затирать с флешки фильмы, а немного иного рода информацию. Саму флешку нельзя уничтожить таким образом, чтобы о ней совсем-совсем нельзя было сложить впечатление как о физическом объекте с размерами, массой и так далее. Предположим, что мы в блендер нашу флешку сунули. Но химики поймут, какие материалы в порошок стерли, сколько эта вся конструкция весила и даже примерно возраст этой вещицы, думаю. Ладно, давайте спалим порошок. Опять же – химия покажет нам, что во что превратилось и сколько исходников было до сжигания и так далее и тому подобное. А с точки зрения физики – у каждой частицы есть еще и квантовые состояния, значения энергий, спины, цвета и ароматы кварков, в общем – есть масса принципиально неуничтожимой информации. Это один из основных постулатов квантовой механики.
Но есть один большой космический шредер для вещества – черные дыры. Гравитация в них настолько высока, что частицы просто не могут соединяться вместе: глюоны между кварками бегают со скоростью света, а внутри черной дыры вещество должно бы двигаться со скоростью, превышающей ее. То есть глюоны никак не смогут перебежать от одного кварка до другого.
Но вообще ученые говорят, что черная дыра немного-таки излучает, несмотря на все свои свойства, помните? Излучение Хокинга, тыры-пыры. Так вот, теперь внимание: вопрос.
Является ли излучение Хокинга структурированным или все-таки черная дыра противоречит квантовой механике и совсем-совсем уничтожает всю информацию, которая в нее попадает? А до каких пор работает излучение Хокинга? Останется ли что-нибудь от черной дыры в конце этого процесса? Да, я говорил про взрыв в конце жизни черной дыры – но это все еще неподтвержденная (а как?) гипотеза. Так что и этот вопрос остается открытым.
Ладно, вопросов к черным дырам еще много. Но давайте пока что дальше. Инфляционная модель.
Вселенная, согласно этой модели, появилась из некоторого скалярного поля. Его еще называют полем инфлатонов. Потому что инфляция же, ну. Итак, суть в чем. Неоднородности в этом скалярном поле могли разрядиться и этим создать пузырь нашего пространства-времени. Откуда такая идея вообще взялась? Из сингулярности. Никто не знает, что это такое было – нечто бесконечно сжатое в точку безразмерную, что очень похоже на скаляр.