Веер параллельных вселенных. Часть-2

Вопросы, связанные с проблемой квантовых измерений, постоянно подогревали интерес физиков к поискам новых интерпретаций квантовой механики. Одну из самых интересных идей в этом направлении выдвинул в 1957 году американский физик из Принстонского университета Хью Эверетт III. В своей диссертации он поставил на первое место принцип линейности, а значит, и непрерывность действия линейных законов квантовой механики. Это привело Эверетта к выводу, что наблюдателя нельзя рассматривать в отрыве от наблюдаемого объекта, как некую внешнюю сущность.

В момент измерения наблюдатель вступает во взаимодействие с квантовым объектом, и после этого ни состояние наблюдателя, ни состояние объекта не могут быть описаны отдельными волновыми функциями: их состояния спутываются, и волновую функцию можно написать только для единого целого — системы «наблюдатель + наблюдаемое». Чтобы завершить измерение, наблюдатель должен сопоставить свое новое состояние с прежним, зафиксированным в его памяти. Для этого возникшую в момент взаимодействия запутанную систему надо вновь разделить на наблюдателя и объект. Но сделать это можно по-разному. В результате получаются разные значения измеряемой величины, но, что еще более интересно, разные наблюдатели. Выходит, что в каждом акте квантового измерения наблюдатель как бы расщепляется на несколько (возможно бесконечно много) версий. Каждая из этих версий видит свой результат измерения и, действуя в соответствии с ним, формирует собственную историю и свою версию Вселенной. С учетом этого интерпретацию Эверетта часто называют многомировой, а саму многовариантную Вселенную — Мультиверсом (чтобы не путать ее с космологическим Мультиверсом — множеством независимых миров, образующихся в некоторых моделях Вселенной, — некоторые физики предлагают называть ее Альтерверсом).

Идея Эверетта непроста и нередко трактуется ошибочно. Чаще всего можно услышать, будто при каждом столкновении частиц вся Вселенная разветвляется, порождая множество копий по числу возможных исходов столкновения. На самом деле квантовый мир, по Эверетту, — ровно один. Поскольку все его частицы прямо или косвенно взаимодействовали друг с другом и находятся поэтому в запутанном состоянии, его фундаментальным описанием является единая мировая волновая функция, которая плавно эволюционирует по линейным законам квантовой механики. Этот мир столь же детерминирован, как лапласовский мир классической механики, в котором, зная положения и скорости всех частиц в определенный момент времени, можно рассчитать все прошлое и будущее. В мире Эверетта бесчисленное множество частиц заменено сложнейшей волновой функцией. Это не приводит к неопределенностям, поскольку Вселенную никто не может наблюдать извне. Однако внутри можно бесчисленным множеством способов разделить ее на наблюдателя и окружающий мир.

Понять смысл интерпретации Эверетта помогает такая аналогия. Представьте себе страну с многомиллионным населением. Каждый ее житель по-своему оценивает происходящие события. В некоторых он прямо или косвенно принимает участие, что меняет как страну, так и его взгляды. Формируются миллионы разных картин мира, которые своими носителями воспринимаются как самая настоящая реальность. Но при этом есть еще и сама страна, которая существует независимо от чьих-то представлений, обеспечивая возможность для их существования. Точно так же единая квантовая Вселенная Эверетта дает место для огромного числа независимо существующих классических картин мира, возникающих у разных наблюдателей. И все эти картины, согласно Эверетту, совершенно реальны, хотя каждая существует лишь для своего наблюдателя.

Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена

Решающим аргументом в споре Эйнштейн — Бор стал парадокс, который за 70 лет прошел путь от мысленного эксперимента до работающей технологии. Его идею в 1935 году предложил сам Альберт Эйнштейн совместно с физиками Борисом Подольским и Натаном Розеном. Их целью было продемонстрировать неполноту копенгагенской интерпретации, получив из нее абсурдный вывод о возможности мгновенного взаимовлияния двух частиц, разделенных большим расстоянием. Через 15 лет американский специалист по копенгагенской интерпретации Дэвид Бом, тесно сотрудничавший с Эйнштейном в Принстоне, придумал принципиально осуществимую версию эксперимента с использованием фотонов. Прошло еще 15 лет, и Джон Стюарт Белл формулирует четкий критерий в форме неравенства, позволяющий опытным путем проверить наличие скрытых параметров у квантовых объектов. В 1970-х годах несколько групп физиков ставят эксперименты по проверке соблюдения неравенств Белла, получая противоречивые результаты. Лишь в 1982— 1985 годах Алан Аспект в Париже, значительно увеличив точность, окончательно доказывает, что Эйнштейн был неправ. А спустя 20 лет сразу несколько коммерческих фирм создали технологии сверхсекретных каналов связи, основанные на парадоксальных свойствах квантовых частиц, которые Эйнштейн считал опровержением копенгагенской интерпретации квантовой механики.

Из тени в свет

На диссертацию Эверетта мало кто обратил внимание. Сам Эверетт еще до защиты принял приглашение от военного ведомства, где возглавил одно из подразделений, занимающихся численным моделированием последствий ядерных конфликтов, и сделал там блестящую карьеру. Его научный руководитель Джон Уилер поначалу не разделял взглядов своего воспитанника, но они нашли компромиссный вариант теории, и Эверетт представил ее для публикации в научный журнал Reviews of Modern Physics. Редактор Брайс Девитт отнесся к ней весьма негативно и намеревался отклонить статью, но потом неожиданно стал горячим сторонником теории, и статья вышла в июньском номере журнала за 1957 год. Однако с послесловием Уилера: я, мол, не думаю, что все это правильно, но это как минимум любопытно и не бессмысленно. Уилер настаивал, что теорию необходимо обсудить с Нильсом Бором, но тот фактически отказался ее рассматривать, когда в 1959 году Эверетт полтора месяца провел в Копенгагене. Однажды в 1959 году, будучи в Копенгагене, Эверетт встречался с Бором, но и на него новая теория не произвела впечатления.

В известном смысле Эверетту не повезло. Его работа терялась в потоке первоклассных публикаций, выполненных в то же самое время, к тому же была слишком «философской». Сын Эверетта, Марк, как-то сказал: «Отец никогда, никогда не говорил со мной о своих теориях. Он был для меня незнакомцем, существующим в каком-то параллельном мире. Я думаю, что он был глубоко разочарован тем, что он знал про себя, что он гений, но никто в мире больше об этом и не подозревал». В 1982 году Эверетт умер от сердечного приступа.

Сейчас даже трудно сказать, благодаря кому она была извлечена из небытия. Вероятнее всего, это произошло, когда все те же Брайс Девитт и Джон Уилер пытались построить одну из первых «теорий всего» — теорию поля, в которой квантование уживалось бы с общим принципом относительности. Потом на необычную теорию положили глаз фантасты. Но только после смерти Эверетта начался настоящий триумф его идеи (правда, уже в формулировке Девитта, от которой десятилетие спустя категорически открестился Уилер). Стало казаться, что многомировая интерпретация обладает колоссальным объяснительным потенциалом, позволяя дать внятную трактовку не только понятию волновой функции, но и наблюдателю с его загадочным «сознанием». В 1995 году американский социолог Дэвид Роб провел опрос среди ведущих американских физиков, и результат был ошеломляющим: 58% назвали теорию Эверетта «верной».

Кто эта девушка?

Тема параллельности миров и слабых (в том или ином смысле) взаимодействий между ними давно присутствует в фантастической художественной прозе. Вспомним хотя бы грандиозную эпопею Роберта Желязны «Хроники Амбера». Однако в последние два десятилетия под подобные сюжетные ходы стало модно подводить солидный научный фундамент. И в романе «Возможность острова» Мишеля Уэльбека квантовый Мультиверс фигурирует уже с прямым указанием на авторов соответствующей концепции. Но собственно параллельные миры — это только полдела. Гораздо труднее переложить на художественный язык вторую важнейшую идею теории — квантовую интерференцию частиц со своими двойниками. Нет сомнений, что именно эти фантастические превращения дали толчок фантазии Дэвида Линча, когда он работал над фильмом «Малхолланд-драйв». Первая сцена фильма — героиня едет ночью по загородной дороге в лимузине с двумя мужчинами, вдруг лимузин останавливается и героиня вступает в беседу со спутниками — повторяется в фильме дважды. Только вроде бы и девушка другая, и кончается эпизод иначе. К тому же в промежутке что-то происходит такое, что, кажется, не позволяет считать два эпизода тождественными. В то же время и их близость не может быть случайной. Превращения героинь друг в друга говорят зрителю, что перед ним один и тот же персонаж, только он может находиться в разных (квантовых) состояниях. Поэтому время перестает играть роль дополнительной координаты и не может больше течь независимо от происходящего: оно раскрывается в спонтанных перескоках с одного слоя Мультиверса на другой. Именно как «первый квантовый феномен» трактовал время один из главных популяризаторов идей Эверетта израильский физик Дэвид Дойч. Глубокая физическая идея дает, таким образом, основания художнику презреть любые границы, сдерживающие его желание разнообразить варианты развития сюжета и строить «смешанные состояния» этих разнообразных вариантов.

В поисках сознания

Наблюдателем может быть любая система, например, вычислительная машина, помнящая свои прежние состояния и сравнивающая их с новыми. «Как хорошо известно людям, работающим со сложными автоматами, фактически весь общепринятый язык субъективного опыта полностью применим к таким машинам», — пишет Эверетт в своей диссертации. Тем самым он уходит от вопроса о природе сознания. Но его последователи уже не были склонны к такой осторожности. Наблюдателя стали все чаще рассматривать как мыслящее и наделенное волей сознание, а не просто как сенсор с памятью. Это открывает простор для столь же интересных, сколь и спорных попыток объединить в одной концепции традиционную объективистскую физику и различные эзотерические представления о природе человеческого сознания.

Например, доктор физико-математических наук Михаил Менский из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН активно развивает свою расширенную концепцию Эверетта, в которой отождествляет сознание с самим процессом разделения альтернатив. Физическая реальность имеет чисто квантовую природу и представлена единой мировой волновой функцией. Однако рационально мыслящее сознание, по Менскому, неспособно непосредственно воспринимать ее и нуждается в «упрощенной» классической картине мира, частью которой оно себя воспринимает и которую само создает (в этом заключается его природа). При определенной подготовке, проявляя свободу воли, сознание способно более или менее произвольно выбирать, какую из бесконечного числа классических проекций квантовой Вселенной оно будет «проживать». Со стороны такой выбор может восприниматься как «вероятностное чудо», при котором «маг» способен оказаться именно в той классической реальности, которая ему желательна, даже если ее реализация маловероятна. В этом Менский усматривает связь своих идей с эзотерическими учениями. Он также вводит понятие «сверхсознания», которое в те периоды, когда сознание отключается (например, во сне, в трансе или медитации), способно проникать в альтернативные эвереттовские миры и черпать там информацию, принципиально недоступную рациональному сознанию.

Другой подход уже не первое десятилетие развивает профессор Гейдельбергского университета Хайнц-Дитер Це. Он предложил многоразумную интерпретацию квантовой механики, в которой наряду с материей, описываемой волновой функцией, имеются сущности иной природы — «разумы» (minds). С каждым наблюдателем ассоциировано бесконечное семейство таких «разумов». При каждом эвереттовском расщеплении наблюдателя это семейство тоже делится на части, следуя вдоль каждой ветви. Пропорция, в которой они делятся, отражает вероятность каждой из ветвей. Именно «разумы», по мнению Це, обеспечивают самотождественность сознания человека, например, проснувшись поутру, вы сознаете себя той же личностью, что и ложась спать вчера.

Идеи Це пока не нашли широкого признания у физиков. Один из критиков, Питер Льюис, отметил, что из этой концепции следуют довольно странные выводы в отношении участия в авантюрах с риском для жизни. Например, если бы вам предложили посидеть в одном ящике вместе с котом Шрёдингера, вы бы, скорее всего, отказались. Однако из многоразумной модели следует, что вы ничем не рискуете: в те варианты реальности, где радиоактивный атом распался и вы с котом были отравлены, сопутствующие вам «разумы» не попадут. Все они благополучно проследуют по той ветви, где вам суждено выжить. А значит, и риска для вас никакого нет.

Это рассуждение, кстати, тесно связано с идеей так называемого квантового бессмертия. Когда вы умираете, это, естественно, происходит лишь в некоторых эвереттовских мирах. Всегда можно найти такую классическую проекцию, в которой на этот раз вы остаетесь в живых. Продолжая это рассуждение бесконечно, можно прийти к выводу, что такого момента, когда умрут все ваши «клоны» во всех мирах Мультиверса, никогда не наступит, а значит, хоть где-то, но вы будете жить вечно. Рассуждение логичное, но результат непредставим, не правда ли?