Сто лет недосказанности: Квантовая механика для всех в 25 эссе

Для дальнейшего нам потребуется одно уточняющее замечание об измерении и коллапсе. Всегда ли измерение портит волновую функцию, заставляя ее сколлапсировать? Не всегда-всегда; это не происходит в специальных случаях, когда результат измерения не отвергает никакую часть возможностей, содержащихся в волновой функции. Например, при измерении спина вдоль вертикального направления никак не портится волновая функция, имеющая просто вид «спин вверх» (как и волновая функция вида «спин вниз»). Несколько более тонкая ситуация имеет место с волновой функцией «спин вверх плюс спин вниз»: измерение специального вида может различать между такой волновой функцией и другой, вида «спин вверх минус спин вниз»; ни та ни другая от такого измерения не испортятся, потому что волновая функция «подтверждается» или «отвергается» в измерении целиком. В целом, однако, случаи, когда измерение не вызывает коллапса волновой функции, редки, потому что требуют сонастройки измерительной процедуры с видом волновой функции (уже известным, скажем, из предыдущего измерения).

Как бы то ни было, математическая схема квантовой механики так хорошо работала (и работает) в практических задачах, что «философские» вопросы и неясности интерпретации многим представлялись глубоко вторичными – а об использовании запутанности для квантовой криптографии и квантовых вычислений в течение долгого времени никто даже не задумывался. И совсем робко поначалу звучал вопрос об очень ранней фазе развития Вселенной: там, без сомнения, квантовая механика должна была действовать во всей полноте, но имевшиеся условия делали невозможным существование каких бы то ни было макроскопических приборов; а без них, вы говорите, квантовой механике и смысл придать нельзя?

Вполне обоснованным выглядит желание найти более прозрачное объяснение тому, как работает квантовая механика и что стоит за ее математической схемой.

11 Что за параллельные вселенные

А если все-таки главное уравнение квантовой механики – уравнение Шрёдингера – фундаментально по-настоящему и никогда не нарушается, а схлопывание (коллапс) волновой функции – что-то вроде иллюзии?! На первый взгляд, этого не может быть: ведь в каждом опыте ясно видно, что в результате измерения реализуется какая-то одна возможность из всех, содержавшихся в волновой функции; остальные в этот раз не случились и, значит, больше не актуальны, и, следовательно, состояние квантовой системы – уже не комбинация возможностей, а «данность» в виде одной-единственной. Все и правда выглядит так, как будто волновая функция схлопнулась – из многих возможностей осталась одна.

Однако проявим настойчивость: не будем отказываться от фундаментального характера уравнения Шрёдингера. Фундаментальные уравнения просто так не нарушаются, а раз так, то никакого исчезновения возможностей случиться просто не может – ведь математика запрещает коллапс, если выполнено уравнение Шрёдингера. А если мы видим, что реализовалась какая-то одна, то, значит, нам это только кажется; на самом деле возможности, присутствующие в волновой функции, никуда не исчезают, эволюция волновой функции под руководством уравнения Шрёдингера продолжается, и продолжается, и продолжается. Остается только понять, как согласовать подобное упрямство с опытными фактами.

Радикальное предложение на этот счет и сопутствующее ему неординарное объяснение мироздания восходит к Эверетту (середина 1950-х гг.). Два его лозунга можно, пожалуй, сформулировать так: «Уравнение Шрёдингера – навсегда» и «Волновая функция – наше всё». Волновая функция, согласно этим идеям, – самое главное, что есть в мире. Предлагается принять точку зрения, что она дает «полностью полное» описание квантовых систем: чего нет в волновой функции, того нет и в природе. Это вполне содержательное высказывание, особенно в оппозиции к восходящим к Эйнштейну предположениям, что где-то в глубине вещей могут прятаться «скрытые параметры». Но тут же делается и второе мощное заявление, что природа платит волновой функции взаимностью: все, что есть в волновой функции, есть и в природе. И конечно, развитие во времени этого «всего» управляется уравнением Шрёдингера.

Как следствие, все в мире имеет квантовую природу; квантовое поведение универсально «от мала до велика». Нет никаких декларативно классических приборов, беспричинно ускользающих из-под действия квантовых законов. И конечно, приборы вовлекаются в запутанность способом, который мы обсуждали в главе 10. Шрёдингеровские кошки?! – разумеется, и они. А если вы хотите возразить на это, что, мол, такие приборы и кошки не наблюдаются, то задайте себе ключевой вопрос: кем не наблюдаются?