Вечность. В поисках окончательной теории времени - Кэрролл Шон. Страница 83

Важное свойство мгновенного коллапса волновой функции, рассредоточенной на огромные расстояния, заключается в том, что это явление невозможно использовать для передачи какой-либо информации со скоростью, превышающей скорость света. Нам не дает покоя то, что до того, как Билли увидел собаку, Китти здесь, на Земле, не занимала какое-то определенное положение: с вероятностью 50 % мы могли увидеть ее или на диване, а с вероятностью 50% — под столом. Однако как только Билли увидел Дога, мы со 100-процентной вероятностью наблюдаем кошку на диване. Ну и что? На самом деле мы не знаем, выполнил ли Билли наблюдение; насколько нам известно, если мы поищем Дога, то имеем шанс обнаружить его в гостиной. Для того чтобы внезапное открытие Билли что-то изменило в нашей картине мира, ему пришлось бы прийти и рассказать нам эту историю или хотя бы отправить радиограмму. Так или иначе, он должен связаться с нами с помощью традиционных инструментов, работающих медленнее скорости света.

Запутанность двух находящихся на большом расстоянии друг от друга подсистем кажется нам чем-то непостижимым, потому что она нарушает наше интуитивное понимание «локальности»: объекты должны быть в состоянии влиять напрямую лишь на близлежащие объекты, но не на те, которые находятся на произвольно большом расстоянии. Волновые функции работают не так; существует одна волновая функция, описывающая всю Вселенную разом, и на этом история заканчивается. Наблюдаемый нами мир тем временем все так же соблюдает определенный тип локальности: даже если волновая функция моментально коллапсирует во всем пространстве, мы не в состоянии воспользоваться этим свойством для того, чтобы отправить сигналы со скоростью, превышающей скорость света. Другими словами, вещи, с которыми вы сталкиваетесь в своей жизни и которые влияют на вашу жизнь, по-прежнему должны находиться прямо рядом с вами, а не где-то далеко.

С другой стороны, не следует ожидать, что даже такое слабое определение локальности может считаться подлинно священным принципом. В следующей главе мы немного поговорим о квантовой гравитации, когда волновая функция применяется к разным конфигурациям самого пространства—времени. В этом контексте идея вроде «объекты могут воздействовать друг на друга, только если они находятся поблизости» вообще перестает нести какой-либо смысл. Пространство—время перестает быть абсолютным, оно может находиться в разных конфигурациях, с каждой из которых связана своя амплитуда, поэтому само понятие «расстояния между объектами» слегка размывается. Нам еще только предстоит полностью осознать подобные идеи, но в окончательной теории всего на свете нелокальность, скорее всего, будет играть грандиозную роль.

Много миров, много умов

Главный соперник копенгагенского представления квантовой механики — так называемая многомировая интерпретация. «Множественные миры» — пугающее и вводящее в заблуждение название идеи, которая сама по себе довольно проста. Она заключается в том, что такого явления, как «коллапс волновой функции», не существует. Эволюция состояний в квантовой механике работает точно так же, как в классической механике; она подчиняется детерминистическому правилу — уравнению Шрёдингера, позволяющему предсказывать будущее и прошлое любого конкретного состояния с идеальной точностью. Вот и все.

Проблема с этим заявлением в том, что нам кажется, будто мы постоянно видим коллапс волновых функций или, по крайней мере, наблюдаем следствия таких процессов. Мы можем представить Китти в квантовом состоянии, в котором одинаковые амплитуды связаны с возможностью обнаружить ее на диване и под столом; затем мы идем искать ее и видим нашу кошку под столом. Если мы сразу же после этого взглянем еще раз, то увидим ее под столом в 100 % случаев; исходное наблюдение (в привычном понимании того, как следует рассуждать о подобных вещах) сколлапсировало волновую функцию в собственное состояние, связанное со столом. Следствия такого способа мышления легко проверяются на опыте, что успешно доказано множеством реальных экспериментов.

Ответ сторонников многомировой интерпретации таков: вы просто-напросто неправильно мыслите. В частности, вы ошибочно идентифицируете себя в волновой функции Вселенной. В конце концов, вы часть физического мира, и, следовательно, на вас также распространяются правила квантовой механики. Невозможно отделиться от нее, объявив себя неким объективным классическим инструментом наблюдения; следовательно, в волновой функции мы также должны учитывать собственное состояние.

Итак, в этой новой истории мы не должны исходить из волновой функции, описывающей Китти как суперпозицию (дивана) и (стола); следует включить в описание и собственную конфигурацию. В частности, здесь важна такая характеристика нашего описания, которая показывает, выполнили ли мы уже наблюдение Китти и знаем ли о ее местоположении. Мы можем быть в одном из трех возможных состояний: мы увидели кошку на диване, мы увидели кошку под столом или же мы еще не смотрели, где кошка. В самом начале волновая функция Вселенной (или, по крайней мере, та ее часть, которую мы здесь описываем) назначает Китти равные амплитуды для состояний «на диване» и «под столом», в то время как мы однозначно находимся в состоянии «еще не смотрели». Схематически это можно изобразить так:

Теперь мы проверяем местоположение кошки. В копенгагенской интерпретации мы бы сказали, что волновая функция коллапсирует. Но в многомировой интерпретации мы говорим, что наше собственное состояние переплетается с состоянием Китти, и объединенная система эволюционирует в суперпозицию:

Коллапса не происходит; волновая функция эволюционирует гладко, и процесс «наблюдения» не привносит никаких особенностей. Более того, вся эта процедура обратима: зная конечное состояние, с помощью уравнения Шрёдингера мы можем однозначно восстановить исходное состояние. Никакой внутренней квантово-механической стрелы времени в этой интерпретации нет. По многим причинам это намного более элегантная и приемлемая картина мира, чем та, которую предлагает нам копенгагенская интерпретация.

Проблема тем не менее должна быть очевидна: в конечном состоянии мы находимся в суперпозиции двух разных результатов. Сложность в том, что мы, разумеется, не чувствуем себя так, будто находимся в подобной суперпозиции. Если мы фактически измерили систему, которая пребывала в квантовой суперпозиции, по выполнении наблюдения мы всегда уверены, что увидели какой-то конкретный результат. Другими словами, недостаток многомировой интерпретации в том, что она не соответствует нашим впечатлениям от реального мира.

Однако не будем торопиться с выводами. Кто такие «мы», о которых мы здесь рассуждаем? Многомировая интерпретация утверждает, что волновая функция Вселенной эволюционирует в суперпозицию, показанную выше, содержащую амплитуду того, что мы видим кошку на диване, и амплитуду того, что мы видим ее под столом. Вот в чем соль: те «мы», которые видят, воспринимают и верят, — это не озвученная выше суперпозиция. То есть «мы» — это одна из альтернатив, та или иная. Таким образом, теперь у нас есть два разных «мы»: те мы, которые увидели Китти на диване, и вторые мы, которые увидели ее под столом, и оба экземпляра честно существуют в волновой функции. У них общие предыдущие воспоминания и опыт — до того, как они измерили местоположение кошки, они по всем параметрам были одним и тем же человеком — но теперь они разделились на две разные «ветви волновой функции», и никакие взаимодействия между ними впредь невозможны.

Это те самые «множественные миры», на которых основывается интерпретация, хотя очевидно, что название немного дезориентирует. Иногда выдвигается возражение, суть которого в том, что многомировая интерпретация просто-напросто слишком экстравагантна и ее невозможно принимать всерьез: все это бесконечное разнообразие «параллельных реальностей», нужных только для того, чтобы избавиться от коллапса волновой функции. Но это смешно. До того как мы выполнили наблюдение, Вселенная описывалась одной волновой функцией, которая связывала определенную амплитуду с каждым возможным результатом наблюдения; после наблюдения Вселенная описывается одной волновой функцией, связывающей определенную амплитуду с каждым возможным результатом наблюдения. До и после волновая функция Вселенной — это всего лишь конкретная точка в пространстве состояний, описывающих Вселенную, и это пространство состояний не увеличивается и не уменьшается. Никакие новые «миры» не создаются; волновая функция содержит один и тот же объем информации (в конце концов, в этой интерпретации ее эволюция обратима). Она просто эволюционировала так, что теперь различных подмножеств волновой функции, описывающей индивидуальных разумных существ, таких как мы, стало больше. Многомировая интерпретация квантовой механики может быть правильной или неправильной, но опровергать ее, предъявляя возражения в стиле: «Да ну, слишком много миров!» — абсолютно недопустимо.