Чтение онлайн

Не самый простой вопрос – как согласовать многомировую картину со случайностью, т. е. индетерминизмом, который как-никак является данностью в наших наблюдениях над миром. Весь корпус наблюдений подтверждает правило Борна, которое определяет вероятности различных исходов в этой индетерминистской картине. Чтобы быть эмпирически адекватной, многомировая интерпретация должна как-то объяснить правило Борна. Но теперь требуется вывести его из картины эволюционирующей Всемирной Волновой Функции: просто постулировать его решительно не годится, потому что в многомировой картине не «случается» какой-то один исход из нескольких возможных, с той или иной вероятностью, а наоборот, полностью предсказуемая эволюция в согласии с уравнением Шрёдингера делает все исходы одинаково реальными. В каком смысле тогда предлагается пользоваться правилом Борна, да и вообще почему следует задумываться о вероятностях?

Вот показательный мысленный эксперимент. Вы оказались в непростой жизненной ситуации: вам предлагают посадить вашего любимого кота в коробку № 1 или в коробку № 2, в каждой из которых приготовлен, но пока не распылен яд. Коробки подключены к прибору для измерения спина электрона таким образом, что измеренный спин вверх вызывает распыление яда в коробке № 1, а измеренный спин вниз – в коробке № 2. Но состояние электрона, влетающего в прибор, – это комбинация состояния «спин вверх» и дважды состояния «спин вниз», а именно, «(спин вверх) + 2(спин вниз)» (похожие волшебные карты мы встречали в волшебном казино).

Если вы, ничего не подозревая о параллельных вселенных, просто применяете правило Борна, чтобы посчитать вероятности, то вы заключаете, что вероятность измерения спина вниз в четыре (два в квадрате) раза больше, чем вероятность измерения спина вверх. Исходя из этого, вы, конечно, посадите кота в коробку № 1, где вероятность фатального исхода составляет 20 % против 80 % в коробке № 2. Да, может так получиться, что и это кота не спасет, но вы по крайней мере будете утешать себя тем, что сделали для благополучия своего питомца все возможное.

Но если вы руководствуетесь многомировыми идеями, то вам, можно сказать, мешает «бремя лишнего знания» о ветвящихся мирах: вы ведь знаете, что в результате опыта непременно возникнут и живой, и мертвый кот. Как в таком случае обосновать (вроде бы довольно очевидный) выбор коробки № 1?

Задачей доказать правило Борна, т. е. логически вывести его из картины ветвления вселенных, озаботился уже Эверетт. Он действительно привел такой вывод, но в его рассуждениях впоследствии обнаружился логический круг: он пользовался допущениями, которые в скрытой форме уже содержали в себе то, что требовалось установить. А далее история не раз повторялась, каждый раз на новом уровне: очередные доказательства правила Борна в рамках многомировой интерпретации начинаются с замечания, что в предыдущих доказательствах обнаружились некоторые проблемы и поэтому сейчас будет приведено новое доказательство, где таких проблем нет. Через некоторое время тщательный анализ выявляет не слишком хорошо обоснованное предположение, закравшееся и в новое доказательство, и так далее.

В современном понимании цель всех этих усилий – в том, чтобы обосновать следующий тезис: «Рационально действующий наблюдатель, убежденный в многомировой интерпретации квантовой механики, должен (дабы оставаться рациональным) действовать так, как если бы квадраты чисел, сопровождающих различные ветви волновой функции, были вероятностями». Правило Борна, таким образом, становится до некоторой степени нормативным, неотделимым от суждения о том, как должны вести себя наблюдатели, убежденные в многомировой концепции и одновременно удовлетворяющие некоторым условиям «рациональности». По этому поводу можно, наверное, испытывать легкую неудовлетворенность (и заодно затеять полемику по поводу того, что означает «рациональность»), однако более прямых соображений о выводе вероятностей из многомировой картины не находится. Да и как, действительно, «втащить» вероятности в концепцию, где каждый исход гарантирован со стопроцентной вероятностью?

Критики многомировых идей задают и более фундаментальный вопрос: о вероятности чего именно, собственно, идет речь? Ведь вероятность предполагает наличие хотя бы некоторой неопределенности, но где же ее взять в полностью детерминистском уравнении Шрёдингера? В ответ иногда обсуждается неопределенность самолокализации (самонахождения, если угодно). Из-за быстрого распространения различий по окружающей среде вселенные расходятся по различным ветвям за чрезвычайно короткое время. Наблюдателю же требуется существенно больший промежуток времени (минимум десятки миллисекунд), чтобы сообразить, какой результат измерения он или она наблюдает. Поэтому в течение короткого, но отчетливо существующего периода времени после того, как «уже случилось», наблюдатель находится в неопределенности относительно того, в какой вселенной ему или ей случилось оказаться. Эта неопределенность и должна делать здесь уместным разговор о вероятностях. Исходя из идей, основанных на неопределенности самолокализации, был предложен даже вывод правила Борна, за которым, впрочем, последовали наблюдения, что он далек от безупречности.

Первоначально – задолго до того, как появились мотивы погружаться в тонкости, – высказанные Эвереттом идеи воспринимались со значительным скептицизмом, в том числе из-за несоответствия доминировавшему тогда «копенгагену». Посреднические усилия Уилера, который был научным руководителем Эверетта, а прежде, в свою очередь, был учеником Бора, ни к чему не привели. Хотя Уилер и выдвигал на первый план декларировавшуюся полноту описания в терминах волновой функции, Бор воспринял идеи Эверетта в штыки. Вслед за тем, в течение достаточно долгого времени эти идеи серьезного внимания к себе не привлекали, но постепенно набрали популярность, особенно среди квантовых космологов. Действительно, копенгагенское утверждение, что для соответствия между квантовой механикой и наблюдаемой реальностью требуется коллапс волновой функции, к тому же вызываемый измерительным прибором, который сам квантовой механике не подчиняется, выглядит малоприменимым к очень ранней Вселенной, где никаких «приборов» быть не могло, а мир тем не менее эволюционировал во времени.

Развитие многомировых идей способствует лучшему пониманию различных аспектов квантового устройства мира. Многомировые интерпретации вызвали к жизни оригинальные соображения о роли среды в «расхождении» ветвей волновой функции; из этого выросло самостоятельное направление с глубокими идеями (к которым мы вернемся в главе 22). Один из гуру теории квантовых вычислений, Дойч, известен высказыванием, что квантовый компьютер потому такой мощный, что ведет вычисления сразу в нескольких параллельных вселенных (оспаривание этого тезиса другими исследователями ничуть не мешает Дойчу оставаться убежденным сторонником идеи многих миров). Есть и другие аспекты, требующие изучения. Приняв, что мир – это в точности волновая функция и уравнение Шрёдингера, сторонники многомировых идей стараются ответить на вопрос, как же «добраться» от общей для всех волновой функции до конкретных, индивидуальных квантовых объектов и систем; каким образом, другими словами, «мир» (большая система) делится на отдельные подсистемы. Здесь предлагается смотреть на устройство энергии, ведь именно она отвечает за поведение волновой функции во времени. Структура энергии может указать на наличие таких частей системы, которые ведут относительно автономное существование: хотя они и изменяются вследствие обмена энергией с другими частями, эти изменения не разрушают их «идентичность». Всеми ими при этом управляет уравнение Шрёдингера, и только оно, а значит, они живут в ветвящейся вселенной; сама идея ветвления, кстати, в немалой степени связана с наличием подсистем (вспомним хотя бы кошку и ее хозяйку).

Важнейшим вкладом в понимание внутренней логики всей схемы был бы вывод правила Борна для наблюдателей в ветвящихся вселенных из каких-то других положений, не содержащих это же правило в скрытой форме. Правда, при всем уважении к оригинальным идеям, которые возникают в ходе непрекращающихся усилий по доказательству правила Борна в рамках многомировых идей, мне трудно отделаться от впечатления, что по крайней мере в этой вселенной вероятностный аспект многомировых интерпретаций остается точкой напряжения.

При этом притягательность многомировых интерпретаций – в их концептуальной простоте и отсутствии каких бы то ни было подпорок для придания им смысла: нет никакого разделения мира на квантовые системы и классические приборы, никакого коллапса, никакой, само собой, проблемы измерения. Зато есть бескомпромиссная логика: мир в точности отвечает волновой функции, подчиненной фундаментальному уравнению. Эту идею можно было бы назвать минималистской в том смысле, что, приняв ее, не нужно придумывать дополнительные правила, постулировать существование классических приборов, проводить раздел Гайзенберга и изобретать какие-то объяснения коллапса – не нужно плодить сущности сверх меры. Однако «сущности» в виде неограниченного изобилия параллельных миров – это сверх меры или нет?

Идея многих миров, которой посвящена глава 11, возникла из предположения, что «склад возможностей» в виде волновой функции – самое главное, что есть в мире, да собственно, и является миром в полном смысле слова. Никакие возможности не пропадают, и «все, что записано» в волновой функции, реализуется (где-то). Таким образом удается снять проблему измерения и коллапса волновой функции – не изобретая для этого ничего сверх уже придуманного, т. е. самой волновой функции и уравнения Шрёдингера. Другое дело, что потребовалось немалое число вселенных.