Журнал «Компьютерра» №1-2 за 2006 год

Модель Эверетта была не первой и не последней попыткой упразднить или хотя бы обойти серьезную внутреннюю логическую рассогласованность квантовой механики, выявленную еще в конце 20-х годов. Как известно, вся физически интерпретируемая информация о квантовомеханическом объекте заложена в его волновой функции (она же волновой вектор). Квантовое описание имеет статистический характер – например, вероятность обнаружить электрон в определенной точке пространства в данный момент времени определяется квадратом модуля того значения, которое принимает в этой точке и в этот момент его волновая функция. Чтобы вычислить это значение, надо решить уравнение Шредингера, описывающее поведение волновой функции во времени и пространстве.

Тут-то и зарыта собака. Предположим, что мы размещаем в пространстве детекторы, один из которых пошлет в момент T0 сигнал о поимке электрона. Это означает, что вероятность нахождения отслеживаемой частицы в этот момент в месте расположения детектора тут же превращается в единицу, тогда как вероятность ее появления в любом другом месте и в иное время сразу падает до нуля. Но если бы мы решили уравнение Шредингера до срабатывания детектора, то оказалось бы, что волновая функция непрерывно распределена во времени и пространстве (в принципе она не равна нулю даже в туманности Андромеды и в эпоху динозавров). Выходит, что акт измерения мгновенно модифицирует волновой вектор, причем не гладко, а с разрывом. Эту модификацию называют коллапсом волновой функции или редукцией волнового пакета. Однако все дело в том, что уравнение Шредингера просто не имеет подобных «коллапсирующих» решений. Так что же происходит с волновой функцией в процессе измерения и как эти процессы описать на языке квантовой механики?

Этим вопросом задавались многие. С точки зрения стандартной, так называемой копенгагенской интерпретации квантовой механики, проблема разрешается просто. Измерение – это акт взаимодействия квантового объекта с классической системой, в результате которого она переходит от одного макросостояния к другому (в нашем примере речь идет об электроне и детекторе, но понятие измерения в квантовой механике куда шире). Поэтому измерение и не должно описываться шредингеровским уравнением, которое действует лишь в чисто квантовой зоне. Копенгагенская интерпретация принимает редукцию как объективную данность и фактически вводит ее в рассмотрение особым постулатом, который не вытекает из уравнения Шредингера, но, строго говоря, и не противоречит ему. На этом постулате основан хорошо разработанный формальный аппарат расчетов поведения квантовомеханических объектов, дающий результаты, стопроцентно совпадающие с данными эксперимента.

Однако этот подход все же не удовлетворяет многих физиков, а в особенности философов. Поэтому не приходится удивляться периодически предпринимаемым поискам такой интерпретации квантовых измерений, которая не нуждалась бы в редукционном постулате. Поиски ведутся с немалой изобретательностью и подчас дают весьма остроумные решения, но за недостатком места я вынужден ограничиться интерпретацией Эверетта. Он разделался с редукцией весьма радикально, попросту отказав ей в праве на существование. С его точки зрения волновая функция вообще никогда не коллапсирует! Существует бесконечное множество параллельных и равноправных «копий», «воплощений» физической реальности. Волновая функция описывает единый квантовый Мир, который представляет собой суперпозицию бесконечного числа своих возможных состояний. В процессах измерений он расслаивается на классические «отображения», в которых и оперируют наблюдатели (то есть мы с вами). Любой возможный результат каждого конкретного измерения с разной степенью вероятности реализуется в той или другой из этих альтернативных проекций.

В определенном смысле интерпретация Эверетта проще копенгагенской, поскольку обходится без постулирования коллапса волновой функции. Но за эту простоту приходится платить немалую цену, допуская постоянное расслоение классических миров. Любопытно, что вопрос о том, почему мы не ощущаем их присутствия, имеет весьма убедительный ответ (найденный, правда, не Эвереттом).

Можно допустить, что различные ветви единой волновой функции, которые описывают эти миры, осциллируют во времени не в фазе и поэтому друг для друга как бы не существуют. Это решение основано на элегантной концепции декогерентности, которую в 1970 году предложил немецкий физик Дитер Цех (Dieter Zeh).