Что такое квантовая механика и почему квантовый мир можно рассчитать и даже понять, но не удается вообразить? В попытке представить себе построенную на этих принципах Вселенную (а точнее, даже целые грозди, веера вселенных) многие специалисты по квантовой физике углубляются в философские и даже мистические сферы.
Взять, к примеру, принцип неопределенности, одно из фундаментальных соотношений квантовой физики.
Вместо привычных координат и скоростей квантовую частицу описывают так называемой волновой функцией. Она входит во все уравнения квантовой механики, но ее физический смысл так и не получил вразумительного истолкования. Дело в том, что ее значения выражены не обычными, а комплексными числами, и вдобавок недоступны для непосредственного измерения. Например, для движущейся частицы волновая функция определена в каждой точке бесконечного пространства и меняется во времени. Частица не находится ни в какой конкретной точке и не перемещается с места на место, как маленький шарик. Она словно бы размазана по пространству и в той или иной мере присутствует сразу везде, где-то концентрируясь, а где-то сходя на нет.
Взаимодействие таких «размазанных» частиц еще более усложняет картину, порождая так называемые запутанные состояния. Квантовые объекты при этом образуют единую систему с общей волновой функцией. С ростом числа частиц сложность запутанных состояний быстро растет, и понятия о положении или скорости отдельной частицы лишаются всякого смысла. Размышлять о таких странных объектах крайне трудно. Человеческое мышление тесно связано с языком и наглядными образами, которые сформированы опытом обращения с классическими предметами. Описание поведения квантовых частиц на непригодном для этого языке приводит к парадоксальным утверждениям.
Играющий в кости бог
Представление о непредсказуемости поведения микрочастиц шло вразрез со всем опытом и эстетическими пристрастиями физиков. Эту «гипотезу скрытых параметров» активнее всех защищал Альберт Эйнштейн. Его позиция вошла в историю под броским слоганом: «Бог не играет в кости».
Его оппонент Нильс Бор утверждал, что волновая функция содержит исчерпывающую информацию о состоянии квантовых объектов. Уравнения позволяют однозначно рассчитать ее изменения во времени, и в математическом плане она не хуже привычных физикам материальных точек и твердых тел. Отличие лишь в том, что она описывает не сами частицы, а вероятность их обнаружения в той или иной точке пространства.
Как тут не вспомнить миф об Орфее и Эвридике:
«Когда бы мог // Он обернуться (если б обернувшись, // Он своего деянья не разрушил, // Едва-едва свершенного) — увидеть // Он мог бы их, идущих тихо следом» («Орфей. Эвридика. Гермес» Р.М. Рильке). Согласно копенгагенской интерпретации, квантовое измерение, подобно неосторожному взгляду Орфея, мгновенно уничтожает целый куст возможных миров, оставляя только один прут, по которому движется история.
В момент измерения наблюдатель вступает во взаимодействие с квантовым объектом, и после этого ни состояние наблюдателя, ни состояние объекта не могут быть описаны отдельными волновыми функциями: их состояния спутываются, и волновую функцию можно написать только для единого целого — системы «наблюдатель + наблюдаемое». Чтобы завершить измерение, наблюдатель должен сопоставить свое новое состояние с прежним, зафиксированным в его памяти. Для этого возникшую в момент взаимодействия запутанную систему надо вновь разделить на наблюдателя и объект. Но сделать это можно по-разному. В результате получаются разные значения измеряемой величины, но, что еще более интересно, разные наблюдатели. Выходит, что в каждом акте квантового измерения наблюдатель как бы расщепляется на несколько (возможно бесконечно много) версий. Каждая из этих версий видит свой результат измерения и, действуя в соответствии с ним, формирует собственную историю и свою версию Вселенной. С учетом этого а саму многовариантную Вселенную называют часто — Мультиверсом (чтобы не путать ее с космологическим Мультиверсом — множеством независимых миров, образующихся в некоторых моделях Вселенной, — некоторые физики предлагают называть ее Альтерверсом).
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 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.
Тема параллельности миров и слабых (в том или ином смысле) взаимодействий между ними давно присутствует в фантастической художественной прозе. Нет сомнений, что именно эти фантастические превращения дали толчок фантазии Дэвида Линча, когда он работал над фильмом «Малхолланд-драйв». Первая сцена фильма — героиня едет ночью по загородной дороге в лимузине с двумя мужчинами, вдруг лимузин останавливается и героиня вступает в беседу со спутниками — повторяется в фильме дважды. Только вроде бы и девушка другая, и кончается эпизод иначе. К тому же в промежутке что-то происходит такое, что, кажется, не позволяет считать два эпизода тождественными. В то же время и их близость не может быть случайной. Превращения героинь друг в друга говорят зрителю, что перед ним один и тот же персонаж, только он может находиться в разных (квантовых) состояниях. Поэтому время перестает играть роль дополнительной координаты и не может больше течь независимо от происходящего: оно раскрывается в спонтанных перескоках с одного слоя Мультиверса на другой.
Однако рационально мыслящее сознание, по Менскому, неспособно непосредственно воспринимать ее и нуждается в «упрощенной» классической картине мира, частью которой оно себя воспринимает и которую само создает (в этом заключается его природа). При определенной подготовке, проявляя свободу воли, сознание способно более или менее произвольно выбирать, какую из бесконечного числа классических проекций квантовой Вселенной оно будет «проживать». Со стороны такой выбор может восприниматься как «вероятностное чудо», при котором «маг» способен оказаться именно в той классической реальности, которая ему желательна, даже если ее реализация маловероятна. В этом Менский усматривает связь своих идей с эзотерическими учениями. Он также вводит понятие «сверхсознания», которое в те периоды, когда сознание отключается (например, во сне, в трансе или медитации), способно проникать в альтернативные миры и черпать там информацию, принципиально недоступную рациональному сознанию.
Другой подход уже не первое десятилетие развивает профессор Гейдельбергского университета Хайнц-Дитер Це. Он предложил многоразумную интерпретацию квантовой механики, в которой наряду с материей, описываемой волновой функцией, имеются сущности иной природы — «разумы» (minds). С каждым наблюдателем ассоциировано бесконечное семейство таких «разумов». При каждом расщеплении наблюдателя это семейство тоже делится на части, следуя вдоль каждой ветви. Пропорция, в которой они делятся, отражает вероятность каждой из ветвей. Именно «разумы», по мнению Це, обеспечивают самотождественность сознания человека, например, проснувшись поутру, вы сознаете себя той же личностью, что и ложась спать вчера.
Это рассуждение, кстати, тесно связано с идеей так называемого квантового бессмертия. Когда вы умираете, это, естественно, происходит лишь в некоторых мирах. Всегда можно найти такую классическую проекцию, в которой на этот раз вы остаетесь в живых. Продолжая это рассуждение бесконечно, можно прийти к выводу, что такого момента, когда умрут все ваши «клоны» во всех мирах Мультиверса, никогда не наступит, а значит, хоть где-то, но вы будете жить вечно. Рассуждение логичное, но результат непредставим, не правда ли?
