Шесть невозможностей. Загадки квантового мира - Джон Гриббин
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Если каждое «измерение» — каждое квантовое взаимодействие — выбирает одну из целого ряда возможных историй, то можно представить себе восстановление траектории назад во времени, до самого Большого взрыва (а может быть, и дальше, но я так далеко заходить не буду), причем декогеренция (а это именно она) будет отбирать непротиворечивые варианты истории. В начале возможно все. Но как только происходят первые квантовые взаимодействия, некоторые возможности исключаются и разнообразие различных вселенных снижается. То есть снижается разнообразие непротиворечивых прошлых вселенных. Это продолжается вплоть до настоящего времени, выбирая историю нашей Вселенной (но, и это принципиально, не только нашей) из числа возможных миров. Подход, связный с декогерентными историями, не выбирает уникальную Вселенную. Нет, мы вновь возвращаемся к вариации на тему множества миров, но приходим к ней другим путем. Возможность использования декогеренции для превращения идеи многих миров в идею «многих историй» показалась некоторым физикам соблазнительной, поскольку позволяла избавиться от лишнего багажа в виде параллельных, в равной мере реальных миров и заменить их различными историями, которые существовали только в виде призрачных состояний среди вероятностей. Но в середине 1990-х гг. стало очевидно, что дело обстоит не так просто. На одной конференции Ли Смолин из канадского Института теоретической физики «Периметр» услышал выступление Фэй Доукер на тему этих возможностей, и его осенила идея, которую он позже описал в книге «Три дороги к квантовой гравитации» (Three Roads to Quantum Gravity):
Хотя наблюдаемый нами «классический» мир, в котором частицы имеют определенные координаты, является, возможно, одним из непротиворечивых миров и описывается каким-нибудь теоретическим решением, результаты Доукер и [Эдриана] Кента показывают, что должно также существовать бесконечное множество других миров. Более того, существовало бесконечное число непротиворечивых миров, которые были классическими вплоть до этого момента, но уже через пять минут будут совершенно непохожи на наш мир. Что еще более тревожно, существовали миры, классические сейчас, но представлявшие собой произвольную смесь суперпозиций классических [миров] в любой момент прошлого… Если интерпретация непротиворечивых историй верна, мы не имеем права из существования окаменелостей делать вывод о том, что сто миллионов лет назад по нашей планете бродили динозавры[17].
Все истории равно реальны, и то, что мы воспринимаем как единственную настоящую историю нашего мира, зависит от вопросов, которые мы задаем. Точно как в эксперименте с электронами: если мы будем искать волны, то найдем волны, а если поищем частицы — найдем частицы. Если мы ищем свидетельства существования динозавров в прошлом, мы находим историю, которая согласуется с существованием динозавров в прошлом. Это не обязательно означает, что в прошлом «на самом деле» были динозавры; это означает лишь, что сегодняшнее состояние мира не противоречит возможности существования динозавров в прошлом. Как сказал по этому поводу Смолин, получилась «теория, в которой мы можем формулировать ответы, но не вопросы».
Не то чтобы она устраивала «и наших и ваших», но, в зависимости от своих предпочтений, вы можете видеть в интерпретации с декогеренцией вариант либо копенгагенской, либо многомировой интерпретации. Не тревожьтесь, если ни один из них вам не по вкусу. Возможно, вы сможете найти утешение в Ансамблевой интерпретации.
Утешение 5
Ансамблевая неинтерпретация
Ансамблевая интерпретация была первой и простейшей альтернативой копенгагенской интерпретации. Именно ее, кстати говоря, предпочитал Альберт Эйнштейн:
Пытаясь рассматривать квантово-теоретическое описание как полное описание отдельных систем, мы приходим к неестественной интерпретации теории. Если принять точку зрения, согласно которой такое описание относится к ансамблю систем, а не к отдельным системам, тогда необходимость в таких неестественных интерпретациях отпадает[18].
Лесли Бэллентайн из Университета Саймона Фрейзера в Канаде, главный современный сторонник этой идеи, объясняет, что «критика Эйнштейном интерпретации, которую принимают по умолчанию многие физики, была связана с тем, что функция квантового состояния [волновая функция] дает описание не отдельной системы, а, скорее, ансамбля похожих систем». Но эта «интерпретация» на самом деле ничего не интерпретирует. Она просто утверждает, что все, что кажется странным в квантовом мире, может быть объяснено с позиций статистики (иногда это называют статистической интерпретацией). Скорее, это напоминает полицейского на месте преступления, уговаривающего столпившихся зевак: «Нечего здесь смотреть, проходите, пожалуйста».
Имеется в виду статистика, относящаяся к конкретным ансамблям. Но сами ансамбли — совсем не то, что приходит в голову большинству людей при упоминании этого термина. В повседневном языке ансамбль — группа объектов, обладающих общим свойством или работающих вместе, к примеру музыкальный струнный ансамбль. Для специалиста по статистике ансамблем может быть, например, набор из 600 одинаковых игральных кубиков. Если бросить их все одновременно, то по законам вероятности мы можем ожидать, что выпадет около 100 шестерок, около 100 пятерок, примерно по столько же четверок, троек, двоек и единиц. Но можно получить тот же самый статистический результат иным способом: взять одну идеальную игральную кость и бросить ее 600 раз. Тогда можно ожидать, что шестерка выпадет около ста раз, пятерка — тоже около ста раз и т. д. Именно такого рода ансамбли имеют в виду квантовые физики. Емкость, наполненную молекулами газа, нельзя назвать ансамблем, а вот множество одинаковых емкостей с газом, над которыми проводится один и тот же эксперимент, — можно. В идеале вы должны проводить в точности одинаковый эксперимент над одной и той же самой частицей много раз, отслеживая результат каждой из этих «попыток». Это и есть ансамбль. Результаты будут следовать распределению вероятностей в соответствии с правилами, которые разработал Макс Борн.
Осуществить такой эксперимент на практике было бы очень трудно, но дело не в этом. Представьте себе не миллион электронов, одновременно проходящих через установку двухщелевого эксперимента и регистрируемых на другой стороне, а один и тот же электрон, проходящий через установку миллион раз. При этом каждый раз отмечается положение точки, через которую электрон проходит на другой стороне. Принципиальный момент, который очень любят сторонники этой интерпретации, состоит в том, что частицы в данном случае — это всегда реальные частицы в повседневном смысле слова. Волновая функция здесь не приложима к отдельным частицам, поэтому каждый отдельный электрон, к примеру, обладает либо положительным, либо отрицательным спином, но, когда частиц
