Квантовая Страна Чудес. Параллельные миры
В квантовой теории существует немало научно-фантастических концепций, разработанных физиками и ставшими в т.ч. фундаментом для фантастов и эзотериков. Все началось в 1935 г., когда нобелевский лауреат Э. Шрёдингер сформулировал свой знаменитый случай с Котом, который одновременно занимает суперпозицию жизни и смерти.
Т.к. квантовые законы не имеют абсолютной природы законов Ньютона, вся квантовая теория строится на вероятностях - при экспериментах учёные всегда имеют дело с вероятностями между 0% и 100% - может быть, 24%, может, 51%, может, 75%… и т.д. Во многих случаях вероятность равна 50%, что при подбрасывании монетки соответствует вероятности ее падения на одну из сторон: орел-решка. Вероятность того, что Кот жив, и вероятность того, что он мертв, также равны и составляют 50%.
В 1952 г. Хью Эверетт из Принстонского университета, вместе с Уилером и Грэхемом, предложил новую теорию в попытке описать «реальность» и ответить на загадку Кота. На техническом языке вероятностная волна, описывающая возможные исходы квантового процесса, называется «вектором состояния». В проблеме Кота вектор состояния по определению может «коллапсировать» двумя способами - уступив «мертвому коту» или «живому коту». Т. е. до того, как мы откроем коробку, вектор состояния имеет три значения - мертвый кот, живой кот и может быть. Это значит, что вектор состояния может коллапсировать двумя способами, а мы, до того как увидим один из исходов данного случая, пребываем в состоянии «может быть».
Эверетт, Уилер и Грэхем предлагают другую модель, сокращенно называемую по начальным буквам их фамилий - ЭУГ (другое название модели - многомироваая интерпретация. В этой модели вектор состояния никогда не «коллапсирует». Каждый возможный исход проявляется в различных собственных состояниях , или eigenstates (грубо говоря, в вероятностных множествах). Так как эти собственные состояния должны где-то существовать и не могут сосуществовать в пределах одного и того же пространства-времени, они существуют в различных вселенных.
Таким образом, в суперпространстве - это понятие было предложено Уилером для решения совершенно других задач (математической формулировки гравитации в эйнштейновской вселенной) - наш мир не одинок. В том же суперпространстве, которое содержит четырехмерную вселенную Эйнштейна, существует и неизвестное число других вселенных (или картин мира/туннелей реальности) В одной вселенной собственное состояние в конце опыта с ядовитым шариком содержит мертвого Кота. В другой вселенной собственное состояние содержит живого Кота. Это происходит каждый раз, когда возникает вероятность 50% - вектор состояния «расщепляется» на два вектора в двух вселенных. Итак, эта теория в буквальном смысле означает, что где-то в суперпространстве существует вселенная с такой же планетой Земля, только Гитлер там никогда не становился политиком и остался художником, а Ван Гог, после того как его мозг поразил парез, занялся политикой и стал Великим Диктатором. Если отнестись к этому философски или пессимистически, можно спросить себя, почему нам так не повезло попасть именно в этот, а не в какой-нибудь другой мир. Ответ (в модели ЭУГ) состоит в том, что «мы» - или нечто вроде наших ксерокопий - существуем и в той, другой, вселенной тоже, тем не менее все эти вселенные находятся внутри одной вселенной (суперпространства).
Никто еще не вычислил точного числа параллельных миров, существующих согласно этой модели, но т.к. все возможные вселенные должны были возникнуть из одного Большого Взрыва (как принимается в этой модели), это число является очень большим, но не бесконечным. Физик Брайс де Витт в «Физикс тудэй» (1970) оценил его как превышающее 10100, но не смог уточнить, насколько превышающее. Как по мне, слишком большое число для любого научно-фантастического сюжета))
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 ещё и 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.
Основной аргумент в поддержку модели ЭУГ заключается в ее предполагаемой экономичности, она полностью соответствует принципу "бритвы Оккама". Т.о., модель, в которой утверждается, что более 10100 моих ксерокопий читают то же число вариантов данного текста, не выглядит очень экономичной. Но сторонники ЭУГ настаивают, что все прочие интерпретации имеют еще менее «экономичные» следствия. Копенгагенская интерпретация, например, выглядит более экономичной, чем модель ЭУГ. Однако она сформулирована учёными таким образом, что всегда будет казаться утверждением, что наблюдатель в буквальном смысле создает физическую вселенную, наблюдая ее. А это, по сути, та же позиция, которую отстаивал епископ Беркли (см. предыдущие посты), и ее легко свести к карикатурному преувеличению. Т.о., приверженцы модели ЭУГ заявляют, что копенгагизм нарушает оккамовский принцип экономии, постулируя вселенную, которая магически создается человеческой мыслью. Отсюда и знаменитое саркастическое замечание Эйнштейна о мыши, каждый новый взгляд которой на мир должен изменять этот мир (рассказывала об этом в предыдущих постах). Физик А. Вольф на это торжественно ответил, что в мозгу мыши так мало клеток, что изменения, вызываемые наблюдением со стороны мыши, в сумме будут очень мало отличаться от 0%, поэтому мы можем ими пренебречь.
По моему мнению, модель ЭУГ принимает основные волновые уравнения квантовой механики в чистом виде , тогда как копенгагенская модель (как и модель "скрытой переменной", о которой ещё буду рассказывать) увенчивают эти уравнения философскими интерпретациями. В этом смысле модель ЭУГ может считаться более экономичной.
Д. Уилер, один из создателей теории ЭУГ, позднее отверг ее за «излишний метафизический багаж», но затем снова к ней вернулся. Физик Брюс де Витт сначала говорил, что не может относиться к модели ЭУГ серьезно, но теперь он - один из наиболее ярых ее сторонников. Большинство физиков до сих пор рассматривают ее как математический сюрреализм, однако среди молодого поколения ее популярность продолжает расти. Не менее 200 книг, вышедших за последние 20 лет, либо открыто поддержали модель ЭУГ, либо отнеслись к ней с уважением, признавая ее настолько же правдоподобной, как и доминирующую копенгагенскую теорию. В опросе 2013 г., проведенном среди квантовых физиков, только пятая часть указала, что приветствует многомировую интерпретацию (для сравнения: копенгагенской интерпретации придерживается 42% физиков). Тем не менее среди сторонников мультиверса есть весьма именитые ученые из области квантовой физики - Дэвид Дойч, Скотт Ааронсон, Шон Кэрролл.
Also, многие физики склоняются к так называемой «никакой» интерпретации квантовой механики, ёмко выраженной в афоризме Д. Мермина: «Заткнись и считай!» (если теория "работает", не нужно заморачиваться "философской ерундой").
Also, есть учёные, которые сомневаются в светлом будущем квантовой физики. Например, физик Хейнц Пэйджел в книге «Космический код» высказывает предположение, что человеческий мозг, возможно, недостаточно эволюционировал для понимания квантовой реальности. Физик-экспериментатор Лион Лейдерман сомневается в том, «будет ли когда-нибудь человеческий мозг готов к тайнам квантовой физики» (см. Lederman, God Particle, стр. 157.).