Квантовые миры и возникновение пространства-времени - [12]
Не очень-то внушает доверие. В первую очередь следовало бы предположить, что граница между квантовым и классическим миром придумана нами для нашего же удобства, а не является фундаментальным свойством природы. Если атомы подчиняются законам квантовой механики, а камеры состоят из атомов, то следовало бы предположить, что и камеры подчиняются законам квантовой механики. Если уж на то пошло, то и мы с вами должны подчиняться законам квантовой механики. Поскольку мы с вами – громоздкие макроскопические объекты, приближение на уровне классической механики позволяет хорошо описать нашу природу, но тем не менее мы должны в первую очередь предположить, что являемся квантовыми сверху донизу.
Если все действительно так, то волновая функция есть не только у электрона. У камеры должна быть собственная волновая функция. Как и у экспериментатора. Все – квантовое.
Столь простая смена перспективы подсказывает, что на проблему измерения можно взглянуть под новым углом. Позиция АКМ такова, что процесс измерения не должен восприниматься как нечто мистическое или даже описываемое собственным набором правил; камера и электрон просто взаимодействуют друг с другом согласно законам физики, точно так же как камень и Земля.
Квантовое состояние описывает системы как суперпозиции всех возможных результатов измерений. В принципе, исходным состоянием электрона является суперпозиция различных его положений – всех мест, где мы могли бы его увидеть, если бы посмотрели на него. Исходная волновая функция камеры может выглядеть сложно, но в целом сводится к следующему: «Это камера, еще не пронаблюдавшая электрон». Но затем электрон наблюдается через камеру, и между ними происходит физическое взаимодействие, подчиняющееся уравнению Шрёдингера. Причем после такого взаимодействия можно ожидать, что сама камера окажется в суперпозиции со всеми возможными результатами измерений, которые могла наблюдать: она зафиксировала электрон в этой точке или в той и так далее.
Если бы на этом все и заканчивалось, то АКМ была бы ни на что не годной мешаниной. Электроны в суперпозициях, камеры в суперпозициях – и близко не напоминает надежный, близкий к классическому восприятию мир, который мы видим вокруг.
К счастью, можно обратиться к еще одному поразительному свойству квантовой механики: если у нас есть два разных объекта (например, электрон и камера), то они описываются не разными волновыми функциями, а одной общей волновой функцией, характеризующей всю интересующую нас систему, и так вплоть до «волновой функции всей Вселенной», если не мелочиться. В рассматриваемом здесь случае есть волновая функция, описывающая систему, которая состоит из электрона и камеры. Итак, на практике мы имеем суперпозицию всех возможных сочетаний «где мог оказаться электрон» плюс «где его могла пронаблюдать камера».
Хотя такая суперпозиция в принципе учитывает все возможности, большинству из вероятных исходов в квантовом состоянии присваивается нулевой вес. Облако вероятностей обнуляется для большинства возможных комбинаций расположений камеры и электрона. В частности, не может быть такого, чтобы электрон находился в одном месте, а камера зафиксировала его в другом (если, конечно, ваша камера относительно исправна).
Такой квантовый феномен называется запутанностью. Существует единая волновая функция для комбинированной системы «электрон – камера», состоящая из суперпозиции различных возможностей вида «электрон был в данной точке, и камера пронаблюдала его именно в данной точке». Мы говорим не о том, что электрон у нас сам по себе, а камера сама по себе, – между этими системами есть связь.
Теперь заменим в вышеизложенной дискуссии камеру на вас. Мы (позволим себе это) вообразим, что не делаем снимки оптическим устройством, а обладаем настолько острым зрением, что можем рассмотреть отдельные электроны. В остальном ничего не меняется. Согласно уравнению Шрёдингера, исходная ситуация, в которой еще отсутствует запутанность – электрон находится в суперпозиции различных возможных местоположений, и вы на него еще не посмотрели, – гладко преобразуется в запутанное состояние, где есть электрон, находящийся в суперпозиции всех возможных местоположений, и вы, увидевшие его в каждом из этих мест.
Именно это и диктовали бы нам правила квантовой механики, если бы мы не заморачивались насчет всех этих дополнительных досадных деталей, касающихся процесса измерения. Может быть, все эти дополнительные правила были выдуманы напрасно. В АКМ та история, которую мы только что изложили – о постепенном запутывании между вами и электроном в суперпозицию, – это вся история. В измерении нет ничего особенного; оно просто происходит, когда две системы взаимодействуют соответствующим образом. И после этого вы и система, с которой вы взаимодействовали, оказываетесь в состоянии суперпозиции, в каждой части которой вы видели электрон в несколько ином месте.
Но проблема в том, что эта история все еще не совпадает с тем, что вы фактически испытываете, наблюдая квантовую систему. Вы никогда не почувствуете, что в результате развития ситуации превратились в суперпозицию различных возможных результатов эксперимента; вам покажется, что вы просто увидели определенный результат, который можно спрогнозировать с определенной вероятностью. Именно поэтому с самого начала и были добавлены все эти дополнительные правила измерений. В остальном у вас есть, казалось бы, очень симпатичный и аккуратный формализм (квантовые состояния, гладкая эволюция), который просто не согласуется с реальностью.
