Квантовые миры и возникновение пространства-времени

Важнее, что и теория Бома, и теория де Бройля в исходных формулировках сильно полагаются на идею о том, что в реальности существуют именно «частицы». Как и в случае с ГРВ, это оборачивается проблемой, когда мы пытаемся понять наилучшие модели мира, которыми располагаем, а именно – квантовые теории поля. Предлагались способы «бомизации» квантовой теории поля, причем в этом были достигнуты некоторые успехи: физики бывают довольно сообразительными, если захотят. Но эти результаты кажутся притянутыми за уши. Это еще не означает, что неизящные результаты – обязательно неправильные, однако это очко в пользу многомировых теорий, в которые поля или квантовая гравитация внедряются очень легко.

Рассуждая о бомовской механике, мы говорили о координатах частиц, но не об их импульсах. Это отголосок ньютоновских времен, когда считалось, что координата у частицы есть в любой момент времени, а скорость (и импульс) частицы выводится на основании ее траектории путем расчета скорости изменения этой траектории. Более современные формулировки классической механики (где-то после 1833 года) трактуют координату и импульс на равных основаниях. Когда мы переходим к квантовой механике, этот подход находит отражение в принципе неопределенности Гейзенберга, где координата и импульс представлены одинаковым образом. Бомовская механика отменяет этот ход, считая координату первичной, а импульс – производной от нее. Но оказывается, что непосредственно измерить эти величины не удается из-за неизбежных эффектов, оказываемых волновой функцией на координату частицы с течением времени. Итак, в конечном итоге принцип неопределенности в бомовской механике продолжает соблюдаться как практический факт реальности, но в ней он лишен той естественности, какой обладает в теориях, где единственной реальной сущностью является волновая функция.

Здесь действует более универсальный принцип. В силу своей простоты многомировая интерпретация также оказывается исключительно гибкой. Уравнение Шрёдингера принимает волновую функцию и позволяет определить, как быстро она будет изменяться, – для этого нужно применить гамильтониан, который определяет, сколько энергии будет в разных компонентах квантового состояния. Дайте мне гамильтониан – и я сразу же пойму эвереттовскую версию соответствующей ему квантовой теории. Частицы, спины, поля, суперструны – не важно. Многомировая интерпретация включается без дополнительных настроек.

В других подходах требуется проделать гораздо больше предварительной работы, причем далеко не всегда понятно, выполнима ли эта работа в принципе. Приходится указать не только гамильтониан, но и конкретный способ, которым происходит спонтанный коллапс волновых функций, либо конкретный новый набор скрытых переменных, которые придется отслеживать. Это проще сказать, чем сделать. Проблема обостряется еще сильнее при переходе от квантовой теории поля к квантовой гравитации (чем, в частности, изначально руководствовался Эверетт). В квантовой гравитации сам феномен «местоположения в пространстве» проблематичен, поскольку у разных веток волновой функции будут разные пространственно-временные геометрии. В многомировой интерпретации это не проблема, а в альтернативах – без пяти минут катастрофа.

И когда в 1950-х Бом и Эверетт разрабатывали свои альтернативы копенгагенской интерпретации, и когда в 1960-х Белл доказывал свои теоремы, на работы по основаниям квантовой механики в физическом сообществе смотрели косо. Ситуация начала немного меняться с возникновением теории декогеренции и квантовой информации в 1970-х и 1980-х, теория ГРВ была предложена в 1985 году. Хотя подавляющее большинство физиков до сих пор с подозрением относится к этой области исследований (хотя бы потому, что она привлекает философов), с 1990-х в ней был выполнен огромный объем интересной и важной работы, значительная часть которой стала известна широкой общественности. Однако можно смело сказать, что большая доля современной работы по основам квантовой механики до сих пор разворачивается в контексте кубитов или нерелятивистских частиц. Как только мы перейдем к квантовым полям и квантовой гравитации, некоторые вещи, которые мы принимали как должное, станут нам недоступны. Точно так же как физикам пришло время всерьез отнестись к квантовым основаниям, самим квантовым основаниям пора со всей серьезностью «отнестись» к теории поля и гравитации.

⚪ ⚪ ⚪

Размышляя над способами устранения множества миров, к признанию которых нас подталкивает голый квантовый формализм, мы попробовали отсекать миры с помощью случайного события (ГРВ), достигать некоторого порога (Пенроуз) и выбирать некоторые миры и считать их реальными, добавляя для этого дополнительные переменные (де Бройль – Бом). Что еще остается?