Наука плоского мира IV: Судный день

Так вот, в некотором смысле классическая Вселенная представляет собой суперпозицию всевозможных квантовых состояний, и именно к объяснению этого явления так стремятся квантовые физики. Тем не менее, все эти квантовые альтернативы порождают лишь одну классическую Вселенную вот почему коты не похожи на суперэлектроны. В книге КЭД[26] Фейнман объясняет это явление на примере световых лучей. Согласно классическому (то есть неквантовому) закону отражения, «угол падения луча, направленного в зеркало, равен углу отражения». Другими словами, луч падает и отражается под одним и тем же углом. В классической Вселенной есть только один исход, который определяется простым геометрическим правилом. В квантовой Вселенной луч света как таковой не существует его роль играет квантовая суперпозиция волнообразных фотонов, движущихся во всевозможных направлениях.

Если вы построите модель светового луча, опираясь на этот принцип, то окажется, что фотоны определенным образом концентрируются вблизи классического луча. Каждый фотон движется по собственной траектории; даже их точки соприкосновения с зеркалом могут отличаться друг от друга, а дальнейшее направление движения вовсе не обязано подчиняться классическому закону равных углов. Но если сложить волны, соответствующие каждому из фотонов то есть каждому из потенциальных квантовых состояний системы с учетом их вероятностей, то в результате мы как по волшебству получим ответ, весьма близкий к классическому отраженному лучу. Фейнман смог убедить читателей в справедливости этого специфического результата без каких-либо расчетов. Блестяще!

Обратите внимание на то, как полная квантовая суперпозиция, состоящая из всевозможных состояний, включая и такие безумные варианты, как движение по волнообразным траекториям или фотоны, которые многократно ударяются о зеркало, приводит к единственному классическому исходу именно его мы и наблюдаем. Она не порождает суперпозицию, состоящую из множества классических Вселенных, и этим отличается от традиционной истории о том, что мир, в котором Вторая мировая война завершилась победой Адольфа Гитлера, как и мир, в котором Гитлер потерпел поражение, а также неисчислимое множество других вариантов, реализующих все вероятные исходы в любой момент времени, сосуществуют друг с другом.

Да, но нельзя ли разделить такую квантовую суперпозицию на несколько классических сценариев, чтобы их суперпозиция совпадала с квантовой? Каждый классический сценарий был бы представлен в виде суперпозиции некоторых квантовых состояний, к тому же нам пришлось бы тщательно следить за тем, чтобы ни одно из состояний не использовалось дважды, но возможно ли это в принципе? Если да, то наше возражение насчет Вселенной с несколькими версиями Гитлера не будет иметь никакого значения.

Наиболее разумные классические отклонения от сценария с равными углами связаны с классическим выбором места падения луча (от которого зависит угол падения) и угла, под которым он возвращается обратно (угол отражения). Иначе говоря, мы рисуем множество прямых линий, которые выходят из источника света, достигают зеркала, а затем отражаются вероятно, под разными углами.

Так вот, в океане вероятных квантовых состояний действительно существуют фотоны, траектории которых воспроизводят всевозможные движения классического луча. Но если мы изменим точку, в которой этот луч касается зеркала, и попытаемся синтезировать луч в виде суммы близлежащих квантовых состояний, у нас ничего не получится. Чтобы воссоздать первоначальный набор фотонных траекторий, которые правильно описывают падающий луч, для каждой траектории необходимо указать вероятность, сконцентрированную вблизи этого луча. В таком случае траектории, расположенные в окрестности другого луча света, получат неправильные вероятности, которые не подойдут под описание его альтернативы. Словом, изменить точку соприкосновения с зеркалом нельзя. Это означает, что траектории, отражающиеся под другим углом, в принципе не являются классическими; в классической физике они невозможны, так как все классические траектории подчиняются закону отражения.