Квантовые миры и возникновение пространства-времени

В подходах, альтернативных многомировой интерпретации, часто требуются дополнительные переменные (как, например, в бомовской механике) или правила, описывающие спонтанный коллапс волновой функции (как в ГРВ). Обычно они выводятся из нашего опыта с учетом классического предела рассматриваемой теории, и именно этот опыт пока подводит нас в случае с квантовой гравитацией. Напротив, многомировая интерпретация не полагается ни на какую дополнительную надстройку. В конечном итоге это не теория о каких-то видах «материи», она описывает только квантовые состояния, эволюционирующие в соответствии с уравнением Шрёдингера. В обычных обстоятельствах для нас в таком случае появляется новый объем работы, поскольку приходится объяснять, почему мы вообще видим мир, состоящий из частиц и полей. Но в данном уникальном контексте квантовой гравитации это оказывается преимуществом, поскольку так или иначе от этой работы никуда не деться. Многомировая интерпретация, трактующая мир прежде всего с квантовой точки зрения, – самый подходящий вариант, когда становится очевидно, что никакая классическая теория не может служить подходящей отправной точкой для построения квантовой теории гравитации.

⚪ ⚪ ⚪

Прежде чем как следует углубиться в теорию квантовой гравитации, давайте выполним кое-какую подготовительную работу.

Общая теория относительности – это теория динамики пространства-времени, поэтому в данной главе мы зададимся вопросом о том, почему концепция «пространства» вообще так важна. Ответ кроется в концепции локальности – тела взаимодействуют, когда расположены в пространстве поблизости друг от друга. В следующей главе мы рассмотрим, как квантовые поля распространяются в пространстве и воплощают данный принцип локальности, а также помогают нам кое-что выяснить о природе пустого пространства.

Далее идет глава, в которой мы исследуем, как извлечь само пространство из квантовой волновой функции. Наконец, в последней главе мы увидим, что в условиях сильной гравитации приходится отказаться от локальности как таковой, поскольку она перестает быть центральным принципом. По-видимому, тайна квантовой гравитации теснейшим образом связана со всеми достоинствами и недостатками идеи локальности.

Следует аккуратно использовать термин «локальность», поскольку он используется в двух разных смыслах: можно говорить о локальности измерения и динамической локальности. Мысленный эксперимент ЭПР показывает, что квантовому измерению присуща некоторая нелокальность. Алиса измеряет спин своего электрона, и это сразу же повлияет на результат Боба, который попробует измерить спин своего электрона, даже если сам Боб об этом не знает. Теорема Белла предполагает, что любая теория, измерения в которой заканчиваются конкретными результатами, – в принципе, это касается всех подходов к квантовой механике, кроме многомировой интерпретации, – будет характеризоваться такого рода нелокальностью измерений. Ответ на вопрос, является ли многомировая интерпретация нелокальной в таком смысле, зависит от того, каким образом мы решим определять ветки нашей волновой функции. Есть как локальные, так и нелокальные варианты: в первых ветвление происходит только «поблизости», во втором случае – сразу во всем пространстве.

Динамическая локальность, в свою очередь, касается гладкой эволюции квантового состояния, когда не происходит ни ветвления, ни измерений. Именно в таком контексте физики ожидают, что все должно быть совершенно локальным, то есть локальные возмущения должны влиять на тела, расположенные только в непосредственной близости. Подобная локальность обусловлена одним из правил специальной теории относительности, согласно которому ничто не может перемещаться быстрее скорости света. Причем именно с такой динамической локальностью мы имеем дело, когда изучаем природу пространства и принципы его возникновения.

Имея это в виду, закатаем рукава и подробнее разберемся в том, какова структура наблюдаемой нами реальности. Мы живем в мире, который выглядит как совокупность расположенных в пространстве объектов, проявляющих свойства, аппроксимируемые классической физикой, за исключением эпизодических квантовых скачков, и этот мир проявляется из квантовой волновой функции. Эвереттовская квантовая механика претендует на то, что таких миров очень много, но в постулатах этой теории (волновые функции, их гладкая эволюция) никакие «миры» даже не упоминаются. Откуда же берутся миры и почему эти миры приблизительно воспроизводят классическую физику?