Бог и Мультивселенная. Расширенное понятие космоса - [116]

Для нашего разговора о множественных мирах принципиально, что копенгагенская интерпретация считает измерительные приборы классическими системами, поэтому акт измерения представляет собой переход от квантовой физики к классической, который не описывается теорией, но подразумевается при акте измерения. До того как измерено положение частицы, волновая функция дает вероятности для области пространства, о которой известно, что в ней находится частица. Если ничего не известно, частица может быть где угодно во Вселенной. После измерения становится известно, что частица находится в пределах детектора, и говорят, что волновая функция мгновенно схлопывается, давая новую вероятность. Это проиллюстрировано на рис. 15.3.

Эйнштейн возражал против самой идеи мгновенного схлопывания волновой функции, называя его «жутким дальнодействием»^{348}. Схлопывание волновой функции должно происходить быстрее скорости света, по сути, с бесконечной скоростью.

Большинство распространенных интерпретаций квантовой механики обычно называют детерминистическими в том смысле, что статистические вероятности, которые даются волновой функцией или вектором состояния, предопределены в теории подобно тому, как движение частицы предопределено в ньютоновской механике. Однако в данном случае статистически определено коллективное поведение ансамбля идентичных систем, а не поведение отдельной системы. Я предпочитаю называть квантовую механику недетерминистической.

Рис. 15.3. Иллюстрация коллапса волновой функции электрона. После прохождения через большое отверстие в экране волновая функция распределена по области пространства размером примерно с отверстие. После измерения она схлопывается до размера детектора. Следует отметить, что в данном примере электрон имел равную априорную вероятность обнаружения на А и на Б. Авторская иллюстрация

Теперь давайте рассмотрим некоторые альтернативные точки зрения. В 1950-е Дэвид Бом предложил интерпретацию квантовой механики, основанную на значительно более ранней идее Луи де Бройля, в которой движение частиц предопределено. Это движение управляется скрытыми субквантовыми силами, которые де Бройль назвал «волнами-пилотами»^{349}. Хотя модель, основанная на этой интерпретации, в принципе детерминистична, она не предсказывает движение отдельных частиц. Она дает все те же статистические предсказания, что и все остальные интерпретации^{350}.

В своей докторской диссертации 1957 года, защищенной в Принстонском университете, Хью Эверетт III представил блестящую новую математическую формулировку квантовой механики. В ней он исключил искусственное разграничение между сферами действия квантовой и классической физики, которое существовало в копенгагенской интерпретации, а также отделался от коллапса волновой функции^{351}. И то и другое было значительным улучшением. Формулы Эверетта включали детектор вместе с наблюдаемым объектом в полную квантовую систему и заключали в себе все возможные результаты эксперимента.

В то время как математика Эверетта была безукоризненна, другие авторы попытались придать модели философскую интерпретацию, в которой при каждом акте измерения Вселенная (на самом деле) разделяется на две отдельные несвязанные вселенные^{352}. Она получила известность как многомировая интерпретация квантовой механики.

Рассмотрим ситуацию, показанную на рис. 153. Электрон может быть с равной вероятностью обнаружен на А или на Б. Вместо коллапса волновой функции математические формулы Эверетта считают обе возможности реализованными. В онтологической многомировой интерпретации эти два события происходят в отдельных вселенных, или мирах. В одном мире электрон сталкивается с А. В другом мире он сталкивается с Б. Если вероятность столкновения с А равна 3/4, а с Б — 1/4, то мы имеем четыре мира, в трех из которых электрон сталкивается с А, а в одном — с Б. Таким образом объясняется статистическая природа квантовой механики.

Действительно, при каждом измерении можно представить себе, как Вселенная расщепляется на много вселенных, по одной на каждый возможный результат эксперимента. Тем не менее мы снова получаем онтологическую установку, которая предсказывает те же эмпирические и статистические результаты, что и все остальные интерпретации квантовой механики.

Еще будучи студентом магистратуры Принстонского университета в 1940-х, Ричард Фейнман предложил математическую формулировку квантовой механики, названную суммированием по путям. Она заметно отличалась от моделей, которые в то время считались стандартными. (Разве это не чудесно, что в физике студенты магистратуры могут решить задачи, с которыми не справляются их более опытные и куда более высокооплачиваемые преподаватели?) В модели Фейнмана волновая функция и вектор состояния вообще отсутствуют, хотя они и могут быть выведены из нее.

В традиционной классической процедуре путь частицы вычисляется с помощью какого-нибудь уравнения движения, или, что то же самое, принципа (например, принципа наименьшего действия). В квантовой картине мира, предложенной Фейнманом, предполагается, что частица проходит все возможные пути между источником и детектором. В этом случае вероятность определенного акта наблюдения составляется из всех возможных путей, которые могли привести к наблюдению. Хотя суммирование по путям оказалось очень практичным и приобрело популярность среди специалистов в области элементарных частиц, оно опять же давало те же эмпирические результаты.