Квантовые миры и возникновение пространства-времени

Традиционный способ обойти эту проблему – всячески выкручиваться с правилами квантовой механики. Согласно одним подходам, уравнение Шрёдингера применимо не всегда, другие трактовки таковы, что кроме волновой функции требуется учитывать иные переменные. Копенгагенская интерпретация с самого начала запрещает считать измерительный прибор частью квантовой системы, а коллапс волновой функции трактует как отдельный способ эволюции квантового состояния. Так или иначе, все подходы сопряжены с ухищрениями, лишь бы не считать суперпозиции, подобные вышеописанной, истинным и полным описанием природы. Как впоследствии выразился Эверетт, «Копенгагенская интерпретация безнадежно неполна, поскольку априори опирается на классическую физику… кроме того, со своей концепцией “реальности” макроскопического мира и отказом в ней миру микрокосмоса она чудовищна в философском отношении».

Эверетт предлагал простой выход: прекратить изворачиваться. Принять ту реальность, которая раскрывается в уравнении Шрёдингера. Обе части конечной волновой функции действительно существуют. Они просто описывают отдельные, более никогда не пересекающиеся миры.

Эверетт не привносил в квантовую механику ничего нового, а, напротив, удалил некоторые избыточные громоздкие части ее формализма. По выражению физика Теда Банна, любая неэвереттовская версия квантовой механики – это теория об «исчезающих мирах». Если вас не устраивает множественность миров, то придется повозиться либо с природой квантовых состояний, либо с их обычной эволюцией, чтобы от этих миров избавиться. Стоит ли игра свеч?

⚪ ⚪ ⚪

Здесь назревает вопрос. Нам известно, как волновые функции представляют суперпозиции различных возможных результатов измерений. Волновая функция электрона может поместить его в суперпозицию различных возможных координат, а также в суперпозицию верхнего и нижнего спинов. Но у нас не возникает искушения сказать, что каждое из слагаемых суперпозиции существует в отдельном «мире». Действительно, такое утверждение было бы непоследовательным. Электрон, находящийся в чистом состоянии верхнего спина по вертикальной оси, находится в суперпозиции верхнего и нижнего спинов относительно горизонтальной оси. Сколько же миров описывает такая волновая функция – один или два?

Эверетт подумал, что логически непротиворечиво предположить следующее: суперпозиции, в которые вовлечены макроскопические объекты, описывают разные миры. Но на тот момент, когда он это писал, у физиков еще не было достаточного технического оснащения, чтобы эта идея могла оформиться окончательно. Понимание пришло позже, когда удалось осмыслить феномен под названием «декогеренция». Идея декогеренции, предложенная в 1970 году немецким физиком Хансом Дитером Цехом, заняла центральное место в представлениях ученых о квантовой динамике. Для современного эвереттианца декогеренция – абсолютно необходимый элемент для осмысления квантовой механики. Она раз и навсегда объясняет кажущийся «коллапс» волновой функции при измерении квантовых систем – а также что на самом деле представляет собой «измерение».

Мы знаем, что существует всего одна волновая функция – волновая функция Вселенной. Но говоря об отдельных микроскопических частицах, мы учитываем, что они могут оказаться в таких квантовых состояниях, которые не будут запутаны со всем остальным миром. В таких случаях разумно говорить о «волновой функции данного конкретного электрона» и так далее, держа в уме, что это всего лишь удобное упрощение, допустимое при изучении систем, не запутанных с чем-либо еще.

С макроскопическими объектами все не так просто. Рассмотрим наш аппарат для измерения спина и предположим, что мы поместили его в суперпозицию, измерив верхний и нижний спины. На циферблате этого прибора есть стрелка, указывающая либо вверх, либо вниз. Подобный аппарат не отделен от всего остального мира. Даже если кажется, что он просто стоит на месте, в него постоянно врезаются молекулы воздуха, от него отскакивают фотоны видимого света и так далее. Назовем прочую материю – то есть всю остальную Вселенную – средой. В обычных ситуациях невозможно предотвратить взаимодействие макроскопического объекта с окружающей средой, даже если делать все очень аккуратно. Вследствие этих взаимодействий аппарат оказывается запутан с окружающей средой: например, фотон отразится от него, если стрелка будет в одном положении, но будет поглощен, если стрелка будет указывать куда-то еще.

Таким образом, волновая функция, записанная выше, где аппарат был запутан с кубитом, не отражала всю ситуацию целиком. Заключив состояния среды в фигурные скобки, мы должны были бы записать: