Квантовые миры и возникновение пространства-времени

Поговорим о воздухе в комнате. Допустим, мы поделили всю комнату на крошечные кубики, например с ребрами длиной по миллиметру каждое. В каждом из таких кубиков все равно окажется огромное количество молекул. Однако мы не станем отслеживать состояние каждой из этих молекул, а будем оперировать усредненными значениями, например плотностью, давлением и температурой воздуха в каждом кубике. Оказывается, вот и вся информация, которая нужна нам для точного прогнозирования того, что будет происходить с воздухом. Теория эмерджентности описывает иную сущность, она описывает жидкость, а не совокупность молекул, но такой подход оказывается достаточным для описания воздуха с высокой степенью точности. Для рассмотрения воздуха как жидкости требуется гораздо меньше информации, чем для рассмотрения его же в качестве совокупности частиц. «Жидкостное» описание является эмерджентным.

То же касается и эвереттовских миров. Нам не требуется отслеживать всю волновую функцию, чтобы предсказать динамику квантовой системы. Достаточно только знать, что происходит в отдельном мире. Для происходящих в мире явлений достаточно хорошее приближение можно получить с помощью классической механики, в которую будет лишь эпизодически вкрапляться квантовая – когда потребуется описать запутанность с макроскопическими системами в состоянии суперпозиции. Вот почему ньютоновских законов тяготения и уравнений движения достаточно для отправки ракет на Луну, без всяких подробных знаний о квантовом состоянии Вселенной. Наша конкретная ветка волновой функции описывает эмерджентный, почти классический мир.

Ветки волновой функции, описывающие отдельные миры, не упоминаются в постулатах многомировой интерпретации. Точно так же столы, стулья и воздух не упоминаются в постулатах Основной теории частиц и сил. По выражению философа Дэниела Деннетта, в категориях, позже перенесенных Дэвидом Уоллесом в квантовый контекст, каждый мир является эмерджентной сущностью, схватывающей «реальные закономерности», присущие основополагающей динамике. Реальная закономерность дает способ точного рассуждения о мире, не прибегая к подробному описанию этого мира на микроуровне. Именно в этом заключается бесспорная реальность эмерджентных паттернов вообще и эвереттовских миров в частности.

⚪ ⚪ ⚪

Поверив, что ветки волновой функции можно успешно трактовать как эмерджентные миры, следует задуматься о том, почему это множество миров получилось именно таким. Почему мы наблюдаем макроскопические объекты, обладающие вполне определенным местоположением в пространстве, а не находящиеся в суперпозициях сразу в нескольких местах? Почему «пространство» вообще является настолько центральным феноменом? Учебники по введению в квантовую механику иногда создают впечатление, что объекты начинают неизбежно подчиняться законам классической физики, как только становятся достаточно велики, но это полная ерунда. Совершенно не составляет труда представить себе волновую функцию, которая описывала бы крупный макроскопический объект во всевозможных причудливых суперпозициях. Настоящий ответ гораздо интереснее.

Мы можем подступиться к пониманию особой природы пространства, сравнив наши представления о координате и импульсе. Когда Исаак Ньютон впервые записал уравнения классической механики, привилегированная роль в них определенно отводилась координате, тогда как скорость и импульс были производными величинами. Координата описывает, «где вы находитесь в пространстве», а скорость – «как быстро вы в пространстве перемещаетесь». Импульс же равен произведению массы на скорость. Пространство представляется основной сущностью.

Но если глубже вникнуть в проблему, оказывается, что концепции координаты и импульса более равноценны, чем кажется на первый взгляд. Пожалуй, это не должно нас удивлять: в конце концов, координата и импульс – именно те две величины, которые определяют состояние классической системы. Действительно, в гамильтоновой формулировке классической механики координата и импульс явно обозначаются как равноценные величины. Отражает ли это какую-то основополагающую симметрию, которая не очевидна при поверхностном взгляде на вещи?

С обыденной точки зрения координата и импульс кажутся совершенно разными. То, что математик назвал бы «пространством всех возможных координат», мы называем просто «пространством». Это трехмерный мир, в котором мы живем. «Пространство всех возможных импульсов» или «пространство импульсов» также является трехмерным, но нам эта концепция кажется абстрактной. Никто не верит, что мы в нем живем. Но почему нет?