Что такое квантовый дарвинизм: две физики одной Вселенной

Законы классической и квантовой физики отличаются друг от друга, но кажется, что ученые наконец нашли выход свести их воедино.

Когда речь заходит о физическом мире, размер действительно имеет значение. В то время как «большие» (от песчинки до галактического кластера) объекты подчиняются одному набору правил, о которых мы знаем из классической физики, «маленькие» объекты (атомы и частицы) ведут себя совершенно иначе. Именно это открытие примерно 100 лет назад и привело к появлению дисциплины, которую сейчас называют квантовой физикой.

Ученые искали способ примирить эти две разрозненные физики на протяжении десятилетий. И теперь теория, впервые предложенная польским физиком-теоретиком Войцехом Зуреком в 2003 году, начинает набирать обороты как потенциальный источник компромисса. Речь идет о квантовом дарвинизме.

Одним из необычных аспектов квантового мира является суперпозиция, способность квантовой системы существовать в более чем одном состоянии одновременно. По‑видимому, система переходит в одно или другое состояние — перемещаясь из квантового мира в «классический» — только в тот момент, когда мы наблюдаем ее. Этот процесс называется декогеренцией, а квантовый дарвинизм является попыткой объяснить его.

Квантовый дарвинизм предполагает, что именно взаимодействие системы с окружающей средой вызывает декогеренцию, а вовсе не наличие наблюдателя. Сторонники этого подхода уверены, что такая точка зрения объясняет, почему мы не видим макрообъекты в квантовом состоянии — они всегда подвержены факторам окружающей среды.

Согласно теории Зурека, квантовые системы имеют «состояния указателя». Это — конкретные, измеримые характеристики, такие как местоположение или скорость частицы. Когда частица взаимодействует со своим окружением, все суперпозиции этих характеристик — альтернативных местоположений или скоростей — декогерируются, оставляя только состояние указателя, которое и могут наблюдать люди, потому что оно «впечатывает» себя в окружающую среду.

Вот тут идея дарвинизма и вступает в игру: только «наиболее подходящее» состояние (наиболее подходящее для данной конкретной среды) переживает процесс декогеренции. «Основная идея квантового дарвинизма заключается в том, что мы почти никогда не проводим никаких прямых измерений», заявил Зурек в 2008 году в Институте фундаментальных вопросов. «[Окружающая среда] похожа на большой рекламный щит, на котором размещены многочисленные копии информации о нашей Вселенной».

Согласно новой статье Quanta Magazine, три отдельные группы исследователей провели эксперименты, чтобы проверить квантовый дарвинизм на практике и отыскать признаки того, что квантовая система запечатлевает реплики своей среды внутри себя. «Все эти исследования показали то, что мы и ожидали, по крайней мере, приблизительно», сказал Зурек в интервью Quanta. Вероятно, мы уже находимся на пути к согласованию физики больших тел с физикой очень маленьких — остается лишь ждать.