Сто лет недосказанности: Квантовая механика для всех в 25 эссе

В программу квантового дарвинизма входит и вывод правила Борна для вероятностей (глава 10). Без него, как мы видели, в квантовой механике «совсем никуда», и было бы замечательно не принимать его как независимую аксиому, а получить в качестве следствия из декогеренции и сопутствующих идей. Прогресс в этом направлении есть, но остается и проблема, которую квантовый дарвинизм и вообще декогеренция не решают: это механизм коллапса (или объяснение, почему кажется, что коллапс есть, если его нет). Декогеренция останавливается «вплотную перед коллапсом», объясняя, каким образом различные ветви волновой функции (охватывающей, разумеется, среду) теряют связь друг с другом. Большего от декогеренции требовать нельзя, потому что коллапс не может происходить в согласии с уравнением Шрёдингера, а декогеренция – это ожидаемые следствия из уравнения Шрёдингера, только примененного к огромному числу частиц. Для объяснения коллапса все равно требуется привлечь к делу избранную вами интерпретацию квантовой механики. Пожалуй, самым естественным образом идеи декогеренции встраиваются в многомировые концепции (глава 11), заодно снимая имевшуюся там неясность относительно того, по каким именно ветвям расходятся различные вселенные (на этот счет я уже проговорился чуть выше: по ветвям, которые растут из указательных состояний и декогерируют относительно друг друга).

Прямая математическая проверка декогеренции вообще и квантового дарвинизма в частности со сколько-нибудь реалистичным числом участников невозможна (в том числе и на компьютере) именно из-за колоссального числа участников; вместо этого теоретически исследовались многие очень упрощенные ситуации, и в них находили свое подтверждение обсуждавшиеся выше эффекты, такие как устойчивость указательных состояний, распространение корреляций по среде, множественность копий и насыщение классического восприятия из среды. Кроме того, в ситуациях, поддающихся контролю в силу их простоты, ставились и реальные эксперименты с целью зафиксировать подобные эффекты. Например, замена в кристаллической структуре алмаза одного атома углерода на азот, у которого на один электрон больше, привносит в это место «одинокий спин» этого лишнего электрона. Он и становится исследуемой квантовой системой. В качестве среды выступает тот же алмаз, а точнее – те 0,3 % ядер атомов углерода, которые представляют собой изотоп углерод-13, а не углерод-12, как все остальные. У них, в отличие от прочих, имеется ненулевой спин. «Одинокий спин» нашего электрона взаимодействует с несколькими ядерными спинами, а те взаимодействуют между собой. Спином электрона можно управлять (например, переворачивать его), а затем смотреть, как реагируют ядерные спины. Удалось зафиксировать и многократно повторенные «отпечатки», и быстрое насыщение среды информацией. Разумеется, до исчерпывающих проверок пока далеко, и по мере того, как экспериментальные возможности будут нарастать, представления о механизме производства классической реальности из квантовой будут, наверное, уточняться. Обсуждаемые в этой главе идеи продолжают эволюционировать, и концепция квантового дарвинизма едва ли останется без изменений, но определяющая роль среды в формировании иллюзии классического мира не вызывает серьезных сомнений.

И конечно, декогеренция и вся схема квантового дарвинизма требуют разделения мира на «системы» и «среду». Пока такого разделения не проведено, нет, по-видимому, и никакой проблемы измерения: волновая функция всего содержимого Вселенной развивается во времени согласно уравнению Шрёдингера, и больше обсуждать, собственно говоря, нечего. Проблемы измерения и коллапса появляются, когда мы разделяем мир по крайней мере на две части и желаем приписать определенное квантовое состояние одной из этих частей («системе»). Только тогда нас начинают заботить такие понятия, как «наблюдение/измерение», «корреляция» и «взаимодействие» (и даже «факты»). Поскольку окружающий мир, да и мы сами построены как иерархия систем, такие заботы нам не чужды.

23 Что из моря

Науку XX в. отделяют от науки предыдущего столетия (со всеми ее неоспоримыми достижениями, включающими понимание электромагнетизма и теплоты) не только множество конкретных открытий, но и как минимум два эпизода смены парадигмы. Одним из них было возникновение квантовой механики, а другим, более ранним по времени и никак не связанным, – создание теории относительности.

Теория относительности, в ее простом варианте так называемой специальной теории относительности, – это, по существу, механика быстрого движения и все, что с ней связано. В быстрое зачисляется движение со скоростями, составляющими заметную долю от скорости света (от скорости света в пустоте, как всегда подразумевается в таком контексте). Кое-что при этом происходит не так, как мы ожидаем исходя из нашего опыта очень медленного движения – опыта, который и отражен в правилах классической ньютоновской механики.