Вечность. В поисках окончательной теории времени - Кэрролл Шон. Страница 85

В этом случае наша простая картина, где состояние нашего сознания запутывается с состоянием Китти, становится чрезмерным упрощением. На самом деле главную роль в этой истории играет наша запутанность с внешним миром. Представим, что вначале Китти находится в истинно квантовой суперпозиции, не запутанная ни с чем в окружающем мире; но мы, будучи чрезвычайно сложными созданиями, тесно запутаны с окружающим миром массой разнообразных способов, которые при всем желании не смогли бы перечислить. Волновая функция Вселенной связывает разные амплитуды с альтернативными конфигурациями сложной системы, состоящей из Китти, нас и внешнего мира. После того как мы проверяем местоположение Китти, волновая функция эволюционирует в такую форму:

где третья составляющая описывает (неизвестную) конфигурацию внешнего мира, разную для каждого из этих двух случаев.

Поскольку мы ничего не знаем об этом состоянии, то просто игнорируем запутанность с окружающим миром, но сохраняем знание о местоположении Китти и о нашем сознании. Очевидно, что две эти вещи тесно связаны: если кошка на диване, то мы уверены, что видели ее на диване, и так далее. Однако отбрасывание сведений о конфигурации внешнего мира означает, что мы более не находимся в реальной квантовой суперпозиции. Вместо этого у нас на руках оказываются две во всех отношениях классические альтернативы: Китти находится на диване и мы видели ее на диване или же она находится под столом и мы видели ее под столом.

Именно это мы имеем в виду, когда говорим о разветвлении волновой функции в разные «миры». Какая-то небольшая система в истинно квантовой суперпозиции наблюдается макроскопическим измерительным инструментом, но данный инструмент запутан с внешним миром; если мы игнорируем состояние внешнего мира, то у нас на руках остаются две классические альтернативы. С точки зрения любой из этих классических альтернатив волновая функция «сколлапсировала», но с гипотетической более масштабной точки зрения, где мы сохранили всю информацию в волновой функции Вселенной, никаких внезапных изменений состояния не произошло — всего лишь гладкая эволюция в соответствии с уравнением Шрёдингера.

Все эти фокусы с отбрасыванием информации могут вызывать у вас смутную тревогу, но согласитесь, что это звучит знакомо. То, чем мы здесь занимались, — это в действительности простое огрубление, то же самое, которое мы применяли при обсуждении статистической (классической) механики для определения макросостояний, соответствующих различным микросостояниям. Информация о нашей запутанности с беспорядочной внешней средой аналогична информации о положении и импульсе каждой молекулы в контейнере с газом: нам она не нужна, и на практике отслеживать ее невозможно, поэтому мы создаем феноменологическое описание, основываясь исключительно на макроскопических переменных.

В этом смысле необратимость, проявляющуюся при коллапсе волновой функции, можно считать прямым аналогом необратимости традиционной термодинамики. Базовые законы все так же обратимы, но в беспорядочном реальном мире мы постоянно отбрасываем огромное количество информации, и в результате нам кажется, что мы наблюдаем необратимое поведение даже в макроскопических масштабах. Когда мы проверяем местоположение кошки и наше собственное состояние запутывается с ее состоянием, для того чтобы воспроизвести процесс в обратную сторону, нам потребовалось бы знать точное состояние внешнего мира, с которым мы также тесно связаны, однако мы эту информацию отбросили. Это полная аналогия того, что происходит при размешивании ложки молока в чашке кофе; в принципе, мы могли бы обратить процесс, если бы следили за положениями и импульсами каждой молекулы смеси, но на практике мы следим только за макроскопическими переменными, утрачивая обратимость.

В обсуждении декогеренции критическую роль играла наша способность изолировать наблюдаемую систему (Китти или какую-то элементарную частицу) от остального мира в истинно квантовой суперпозиции. Однако очевидно, что это очень специфический тип состояния, похожий на низкоэнтропийные состояния, с которых все начинается, как мы предполагали при рассмотрении второго начала термодинамики. В состоянии общего вида всевозможные варианты запутывания нашей маленькой системы и внешнего окружения будут существовать с самого начала.

Разумеется, ничто из написанного выше не должно вселять в вас уверенность в том, что добавление декогеренции к многомировой интерпретации позволит одним махом разделаться со всеми проблемами толкования квантовой механики. И все же это кажется шагом в правильном направлении; кроме того, подчеркивается важная взаимосвязь между макроскопической стрелой времени, известной нам еще по статистической механике, и другой макроскопической стрелой времени, проявляющейся при коллапсе волновой функции. Возможно, самое главное преимущество декогеренции заключается в том, что она позволяет отбросить такие плохо определенные понятия, как «разумный наблюдатель», из словаря, с помощью которого мы описываем этот мир.

Хорошенько запомнив все это, впредь мы продолжим в своих рассуждениях опираться на тот факт, что фундаментальные законы физики полностью обратимы на микроскопических масштабах. Это не неопровержимое утверждение, но за ним стоит очень сильная аргументация; к тому же оно позволяет нам сохранять объективность при изучении следствий данной конкретной точки зрения. И это приводит нас туда же, откуда все началось: к задаче объяснения очевидного отсутствия обратимости на макроскопических масштабах с помощью выбора особых условий вблизи Большого взрыва. Для того чтобы всерьез приняться за решение этой проблемы, необходимо для начала поговорить о гравитации и эволюции Вселенной.

Часть IV. Из кухни в Мультиленную

Глава 12 Черные дыры: конец времени

Стивен Хокинг — один из самых несгибаемых людей на Земле. В 1963 году, во время работы над докторской диссертацией в Кембриджском университете (Хокингу тогда был 21 год), у него диагностировали заболевание двигательных нейронов. Прогноз был неблагоприятный: Хокингу сказали, что он вряд ли проживет долго. Проведя определенную переоценку ценностей, Хокинг решил не останавливаться, а, наоборот, активизировать свою исследовательскую работу. Результат нам всем известен: будучи на восьмом десятке, Хокинг остается самым влиятельным специалистом по общей теории относительности после Альберта Эйнштейна, а также является всемирно известным популяризатором физики.

Помимо всего прочего, Хокинг — неутомимый путешественник; каждый год он проводит некоторое время в Калифорнии. В 1998 году, когда я был научным сотрудником Института теоретической физики при Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, Хокинг посетил институт в рамках своего ежегодного визита. Администратор института, ответственный за его прием, дал мне простое задание — встретить Хокинга в аэропорту.

^{Рис. 12.1. Стивен Хокинг — человек, внесший самый весомый вклад в изучение взаимосвязи между квантовой механикой, гравитацией и энтропией.}

Как вы можете догадаться, встретить Стивена Хокинга в аэропорту — это не то же самое, что встретить любого другого человека. Во-первых, это не просто «встреча»: Хокинг арендует специальный фургон для перевозки своей инвалидной коляски, на вождение которого требуется специальная лицензия. Такой лицензии у меня, конечно же, не было, и вождение было доверено аспиранту — ассистенту Хокинга. Моя миссия сводилась к тому, чтобы встретить их в маленьком аэропорту Санта-Барбары и проводить до фургона.