Сто лет недосказанности: Квантовая механика для всех в 25 эссе

Кстати, совершенно неважно, одушевленный или неодушевленный наблюдатель распределяется по ветвям волновой функции; веселее иметь дело с одушевленным, но это не принципиально. Обсуждаемая сейчас многомировая интерпретация квантовой механики не требует живого и тем более сознательного наблюдателя. Каждый из них – часть физического мира, различные ветви которого теряют взаимодействие друг с другом. Но имеющиеся сознательные наблюдатели могут начать привыкать к идее, что каждого из них стало несколько, или даже много, – или, как можно подозревать, чрезвычайно много, в чем-то вроде постоянно делящихся параллельных вселенных.
«Я» сейчас – это кто? В таком вопросе не очень много смысла, потому что каждый «я» – каждая копия меня в череде делений, возникающих при очередном квантовом запутывании, – воспринимает себя как единственное «я». Вполне возможно, что в какой-то другой ветви всех этих делений я начал писать эту книгу, но (в силу какой-то квантовой причины) не закончил ее. Варианты читателей, которые туда попали, ее, понятно, и не читают. А читает эти строки тот вариант каждого читателя, который оказался в той ветви, где книга вышла. И это, честно говоря, довольно тавтологические рассуждения {45}.
А когда, собственно говоря, вселенные расходятся? Здесь имеются некоторые различия между исходной трактовкой Эверетта и более поздними воззрениями. Эти последние тоже развились в несколько групп родственных идей, слегка различающихся подробностями. Правильнее поэтому говорить о многомировых интерпретациях во множественном числе, но следить за разницей в оттенках мы не будем. (Сам Эверетт, кстати, не использовал термин «многомировая интерпретация», но это не отменяет его авторства идеи.) Так или иначе, деления вселенных привязаны к возникновению запутанных состояний, но должного масштаба они достигают, когда запутанность распространяется «вширь» – на все большее число участников. Участников этих доставляет среда, которая понимается здесь в самом общем значении.
Молекулы воздуха, например, сталкиваются с ручкой прибора, на положении которой завязан сюжет шрёдингеровской драмы, и делают это по-разному в зависимости от положения ручки вверх или вниз. Они тут же испытывают столкновения с другими молекулами, те несут информацию о том или ином положении ручки дальше, и различия между двумя ветвями нарастают – как показывают оценки для типичных кошек в типичной среде, чрезвычайно быстро. Постоянное взаимодействие шрёдингеровской кошки с воздухом, магнитным полем, солнечным светом, радиоволнами, реликтовым излучением, космическими лучами, нейтрино солнечного, галактического и внегалактического происхождения, гравитационным полем Земли, Луны и Солнца и т. д. распространяет запутанность, создавая два варианта среды для двух только-только наметившихся вариантов кошки.
К тому моменту, когда хозяйка кошки констатировала ее состояние, влияние среды уже отправило каждый вариант «своей дорогой». И, понятно, как только фотоны, отраженные от кошки в одном или другом ее состоянии, «дотронулись» до хозяйки, она также оказалась «впутанной» в каждую из ветвей. Телефонный разговор хозяйки со своей мамой с рассказом о том, как прошло утро, запутывает и маму. Две ветви вселенной расходятся, различий между ними делается так много, что каждая существует сама по себе.
Происходит ли при этом «возникновение дополнительных кошек из ниоткуда» (и вообще-то не только кошек, а и всего окружающего мира)? Нет, если верно наше начальное предположение, что мир в точности отвечает волновой функции. Основной объект во всех многомировых интерпретациях – волновая функция «всего на свете», если угодно, Всемирная Волновая Функция. От начала времен она развивается во времени согласно уравнению Шрёдингера, и в ней, в общем, «все запутано со всем» – во всяком случае очень многое с очень многим. Создания миров из ничего не происходит: просто материя из одной, единой вселенной, описываемой Всемирной Волновой Функцией, разбредается по различным ветвям. При этом, как не устают подчеркивать сторонники многомировых интерпретаций, конечно выполнен закон сохранения массы-энергии.
  
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?