Скрытая реальность. Параллельные миры и глубинные законы космоса - Брайан Грин

Вдохновившись закстарианском сценарием, естественным предложением будет подсчитать число вас, которые видят заданный результат; тогда то, что видит большинство из вас, будет считаться «типичным». Или, более количественно, определим, что вероятность некоторого результата пропорциональна числу тех из вас, кто его наблюдает. Для простых примеров это работает: на рис. 8.16 мы видим, как один из вас наблюдает один из результатов эксперимента, поэтому вы ставите 50:50, что произойдёт один или другой результат. Это уже хорошо; обычное квантово-механическое предсказание также даёт 50:50, потому что высота волны вероятности в каждом из двух положений одинакова.

Однако рассмотрим более общую ситуацию, когда высота волны вероятности в разных точках различается (рис. 8.17). Если волна на Земляничных полях в сто раз больше, чем на мемориале Гранта, то квантовая механика предсказывает, что в сто раз вероятнее вы обнаружите электрон на Земляничных полях. Но в многомировом подходе при проведении измерения вы всё равно получите одного из вас, наблюдающего Земляничные поля, и другого, наблюдающего мемориал Гранта; таким образом, вероятность, основанная на подсчёте числа ваших клонов, остаётся равной 50:50 — неправильный ответ. Причина расхождения очевидна. Число ваших клонов, которые наблюдают тот или иной результат, определяется числом пиков волны вероятности. Однако квантово-механические вероятности определяются другим — не только числом пиков, но и их относительной высотой. И именно эти предсказания — квантово-механические предсказания — получили убедительное экспериментальное подтверждение.

Рис. 8.17. Общая волна вероятности, описывающая вас и ваш детектор, встречается с волной вероятности с многочисленными пиками разной величины

Эверетт разработал математический аппарат, который предназначался для объяснения этой нестыковки; впоследствии он был значительно доработан многими другими исследователями.{76} В общих чертах идея такова, что при вычислении вероятности наблюдения того или иного результата следует придавать всё уменьшающийся вес вселенным со всё уменьшающейся высотой волны, как символически показано на рис. 8.18. Но такой рецепт выглядит неубедительно. К тому же он неоднозначен. Является ли вселенная, в которой электрон находится на Земляничных полях, в каком-то смысле в сто раз более настоящей, или в сто раз более вероятной, или в сто раз более существенной, чем та, в которой электрон находится в мемориале Гранта? Такие рассуждения определённо подорвут веру в то, что каждый мир так же реален, как и все остальные.

Рис. 8.18а. Схематическое изображение эволюции, определяемой уравнением Шрёдингера, общей волны вероятности всех частиц, составляющих вас и ваш детектор, при измерении положения электрона. Волна вероятности самого электрона имеет пики в двух местах, но разной высоты

Рис. 8.18б. Некоторые полагают, что в многомировом подходе разная высота волны означает, что некоторые миры менее настоящие или менее существенные, чем другие. Как бы то ни было, существуют разные точки зрения насчёт того, что бы это значило

Спустя более чем пятьдесят лет, в течение которых выдающиеся учёные пересматривали, перепроверяли и развивали рассуждения Эверетта, многие согласятся, что проблема остаётся. Однако столь соблазнительно думать, что существует математически простой, предельно аскетичный и глубоко революционный многомировой подход, который даёт вероятностные предсказания, составляющие основу нашей веры в квантовую теорию. Благодаря этому возникло многих других идей насчёт совмещения вероятности с многомировой интерпретацией, которые выходят за рамки рассуждений закстарианского типа.{77}

Ведущей группой учёных из Оксфорда, среди которых был Дэвид Дойч, Саймон Саундерс, Дэвид Уоллес и Хилари Гривс, была выдвинута выдающаяся гипотеза. Они разработали хитроумный способ рассуждения, основанный на, казалось бы, глупом вопросе. Если вы игрок и верите в многомировой подход, то какова оптимальная стратегия заключения пари в квантово-механических экспериментах? Их ответ, подтверждённый математически, таков, что вы должны играть по правилам подхода Бора. Высчитывая максимальное увеличение дохода, эти авторы рассуждают таким образом, который поверг бы Бора в шок — они рассматривают среднее по многим обитателям мультивселенной, считающих, что они — это вы. Но даже при этом их вывод таков, что числа, которые Бор и все остальные вслед за ним вычисляли и называли вероятностями, являются теми самыми числами, которые должны подсказать вам, какие ставки делать. То есть даже если квантовая теория является полностью детерминированной, эти числа следует рассматривать, как если бы они были вероятностями.

Некоторые исследователи уверены, что этим программа Эверетта завершается. А некоторые — нет.

Отсутствие согласия по важнейшему вопросу — как трактовать вероятности в многомировом подходе — отнюдь не является неожиданным. Проводимые исследования в высшей степени сложны технически, и затрагиваемая тема — вероятность — весьма коварна даже при обычном применении, за рамками квантовой теории. Все согласятся, что при бросании игральной кости есть 1 шанс из 6, что выпадет тройка, поэтому мы предсказываем, что через, например, 1200 бросаний тройка выпадет примерно 200 раз. Но так как очень даже возможно и, на самом деле, очень вероятно, что число выпадений тройки отклонится от 200, то какой тогда смысл мы вкладываем в наше предсказание? Мы хотим сказать, что очень вероятно, что в 1/6 части выпадений будет тройка, однако, произнеся такие слова, мы определили вероятность выпадения тройки, привлекая понятие вероятности. Мы ходим по кругу. Эта ситуация лишь отчасти демонстрирует то, насколько концептуально размыта постановка обсуждаемых вопросов, даже если отвлечься от их внутренней математической сложности. А если добавить сюда многомировую идею, что понятие «вы» больше не относится к одной личности, то немудрено, что учёные тут же обнаружат миллион причин для спора. Я почти уверен, что однажды наступит полная ясность, но не сейчас, и, возможно, пройдёт ещё какое-то время.

Предсказание и понимание

Несмотря на все противоречия, сама по себе квантовая механика является не менее успешной, как и любая другая теория в истории физических идей. Как мы видели, причина этого в том, что для определённых типов экспериментов, которые можно поставить в лаборатории, а также для многих наблюдений астрофизических процессов, у нас есть «квантовый алгоритм», выдающий проверяемые предсказания. С помощью уравнения Шрёдингера вычислите эволюцию рассматриваемой волны вероятности и воспользуйтесь полученными результатами — различными высотами волны — для предсказания вероятности возникновения того или иного исхода. Что касается самих предсказаний, то почему этот алгоритм работает — схлопывается ли волна при измерении, реализуется ли каждая возможность в своей собственной вселенной, идёт ли при этом ещё какой-нибудь процесс — это совершенно вторично.

Некоторые физики утверждают, что даже называя этот вопрос вторичным, мы придаём ему больше веса, чем он заслуживает. По их мнению, роль физики состоит исключительно в том, чтобы делать предсказания, и если разные подходы не влияют на конечный ответ, то почему нас должно волновать, какой из них на самом деле правильный? Я приведу три причины.

Во-первых, кроме предсказаний физические теории должны быть математически непротиворечивы. Усилия Копенгагенской школы заслуживают только похвалы, но их метод не соответствует приведённому выше стандарту: в критический момент наблюдения метод прячется в кусты.{78} Такая брешь в подходе весьма существенна. Многомировой метод нацелен на преодоление этого недочёта.

Во-вторых, в некоторых ситуациях предсказания многомирового подхода дают отличный от предсказаний Копенгагенской школы результат. В копенгагенском подходе процесс схлопывания приведёт к пересмотру картинки на рис. 8.16а — будет один пик вместо двух. Так что если вы сможете заставить две волны, изображённые на этом рисунке, соответствующие макроскопически различным ситуациям, интерферировать, порождая узор, как на рис. 8.2в, это будет свидетельствовать о том, что копенгагенское схлопывание волны не произошло. Как обсуждалось ранее, по причине декогерентности достичь этого невероятно сложно, но, по крайней мере, теоретически копенгагенский и многомировой подходы приводят к различным предсказаниям.{79} Это важный и принципиальный момент. Копенгагенский и многомировой подходы часто считаются разными «интерпретациями» квантовой механики. Так говорить неправильно. Если два подхода могут привести к различным предсказаниям, то вы не можете называть их всего лишь интерпретациями. Конечно, вы можете. И многие так делают. Но эта терминология неверна.