Отличная квантовая механика

В подразделе 2.4.1 мы проанализировали процесс измерения: квантовый объект становится запутанным с макроскопическим измерительным прибором, а затем и с экспериментатором. После этого мы обсудили процесс схожей природы, в котором роль экспериментатора играет окружающая среда. В обоих случаях ясно, что экспансия суперпозиции и постепенное «заражение» ею дальнейших объектов будут продолжаться и после того момента, на котором мы прервали свой анализ. Экспериментатор Алиса будет вести себя хотя бы немного по-разному в зависимости от того, на каком детекторе она зарегистрировала событие; эта разница, какой бы небольшой она ни была, повлияет на атомы и фотоны вокруг нее. Аналогично частицы, которые столкнулись с атомом, как это было описано в примере про декогеренцию, будут взаимодействовать с другими объектами, претерпевать оптические переходы и т. п. Чем более макроскопична квантовая суперпозиция, тем с большей вероятностью она будет включать в себя все новые объекты. Запутанность, возникающая при любом измерении, намеренном или ненамеренном, неизбежно расширяется и со временем охватывает всю Вселенную, порождая гигантское состояние суперпозиции.

Отступление 2.5. Кошка Шрёдингера

Кошка Шрёдингера представляет собой нечто более сложное, чем просто суперпозицию мертвого и живого состояний некоей кошки. Вот цитата из статьи Шрёдингера 1935 г. в немецком журнале Naturwissenschaften («Естественные науки»)[67].

«Кошка заперта в стальном ящике вместе со следующим устройством (которое должно быть ограждено от прямого вмешательства кошки): в счетчике Гейгера имеется крохотное количество радиоактивного вещества, настолько маленькое, что на протяжении часа может распасться один атом, а может, с равной вероятностью, не распасться ни одного; если атом распадется, трубка счетчика разрядится и посредством реле освободит молоток, который разобьет небольшую ампулу с синильной кислотой. Если предоставить всю систему самой себе на час, то затем можно сказать, что кошка все еще жива, если за это время не распалось ни одного атома. На пси-функции всей системы это отразится тем, что мертвая и живая кошка в ней (простите за выражение) смешаны, или размазаны, в равных пропорциях».

На современном языке квантовые состояния кошки и атома запутаны и описываются уравнением

С субъективной точки зрения кошки в ящике квантовая суперпозиция коллапсирует, как только эта запутанность образуется (подразд. 2.4.1). Однако экспериментатор снаружи ящика, обладающий бесконечными техническими возможностями, в принципе способен подтвердить присутствие суперпозиции, спроецировав и кошку, и атом на диагональные базисы.

Ситуации, подобные измерению, — в которых состояние микроскопического объекта влияет на состояние макроскопических — возникают в природе бесконечно часто. Соответственно, Вселенная оказывается в невообразимо сложном состоянии суперпозиции. Доводя эти рассуждения до логической крайности, можно было бы сказать, что вся случайность в мире имеет квантовую природу. Например, когда мы бросаем монетку, на ее движение влияют крохотные колебания наших рук и движение молекул воздуха; на то и другое, в свою очередь, действуют квантовые флуктуации. Каждый ураган является результатом какой-то квантовой флуктуации когда-то в прошлом где-то в мире. Для любого возможного результата некоторого случайного события или серии таких событий, сколь угодно маловероятной, существует «вселенная», в которой данное событие или события имели место.

Это называется многомировой интерпретацией квантовой механики. Предложил ее Хью Эверетт в 1957 г. Хотя эта интерпретация и разрешает логические противоречия копенгагенской, вывод о существовании множественных вселенных чисто спекулятивен в том смысле, что его невозможно проверить экспериментально. Как уже говорилось, став частью запутанного состояния суперпозиции, мы теряем всякую возможность оценивать и измерять его.