Квантовые миры и возникновение пространства-времени - [14]

Учитывая необходимость двух этих элементов (волновой функции и уравнения Шрёдингера), существует несколько альтернатив для многомировой интерпретации, которые стоят рассмотрения. Один из таких подходов – это добавление новых физических сущностей поверх волновой функции. Подобный подход приводит нас к моделям со скрытыми переменными, которые с самого начала были на уме у таких людей, как Эйнштейн. В настоящее время наиболее популярный из таких подходов называется теорией де Бройля – Бома или просто механикой Бома. Альтернативный подход – оставить волновую функцию как есть, но предположить изменения в уравнении Шрёдингера, например ввести в него реальные случайные коллапсы. Наконец, можно предположить, что волновая функция – это вообще не физическое явление, а просто способ описания того, что нам известно о реальности. Такие подходы известны под общим названием «эпистемологические модели», и в настоящее время среди них особенно популярен кьюбизм, он же – квантовое байесианство.

Все эти варианты – в том числе те, что не перечислены выше, – это поистине разные физические теории, а не просто «интерпретации» одной и той же базовой идеи. Существование множества несовместимых теорий, которые все как одна (по крайней мере, пока) выводят нас к наблюдаемым эффектам квантовой механики, – это путаница для любого, кто хотел бы поговорить об истинном смысле квантовой механики. В то время как практикующие ученые и философы пришли к единой трактовке квантового рецепта, нет общего понимания того, какова основополагающая реальность, то есть что именно означает каждый конкретный феномен.

Я отстаиваю конкретную трактовку этой реальности – многомировую интерпретацию квантовой механики, и на протяжении большей части книги я просто буду объяснять вещи в терминах этой интерпретации. Это не означает, что эвереттовская перспектива безусловно правильная. Но я надеюсь, что смогу объяснить суть этой теории и почему с высокой вероятностью разумно полагать, что она – наилучшее из имеющихся у нас представлений о реальности. Выводы делайте сами.

3 Как подобное могло кому-то прийти в голову? Как возникла квантовая механика

«Иногда я еще до завтрака успевала поверить аж в шесть невозможных вещей», – говорит Белая Королева Алисе в книге «Алиса в Зазеркалье». Подобное умение может оказаться полезным, когда приходится разбираться с квантовой механикой вообще и многомировой интерпретацией в частности. К счастью, те, казалось бы, невозможные вещи, в которые мы должны поверить, – это не причудливые логические конструкции или взрывающие мозг дзеновские коаны; это свойства мира, к признанию которых нас подталкивает опыт. Как бы мы ни сопротивлялись, нас буквально тащат в этом направлении конкретные эксперименты. Мы не выбираем квантовую механику; мы лишь выбираем, признать ее или нет.

Физика стремится выяснить, из чего состоит мир, как его части естественным образом меняются с течением времени и взаимодействуют друг с другом. Я постоянно замечаю множество различных материалов вокруг себя: бумаги и книги на столе, компьютер, чашка с кофе, мусорная корзина, два кота (один из которых крайне заинтересован в содержимом корзины), не говоря уж о более эфемерных материях – воздухе, свете, звуках.

К концу XIX века ученым удалось разложить все подобные вещества до двух основных субстанций: частиц и полей. Частицы – это точечные объекты, находящиеся в определенном месте в пространстве, а поля (например, гравитационное поле) распределены в пространстве и в каждой точке пространства принимают конкретное значение. Когда поле колеблется в пространстве и времени, в нем возникает волна. Таким образом, когда кто-то противопоставляет частицы и волны, речь на самом деле идет о частицах и полях.

Квантовая механика в конечном итоге унифицировала частицы и поля в единую сущность – волновую функцию. И толчком к этому стали два фактора: изначально физики обнаружили, что те вещи, которые казались им волнами, например электрические и магнитные поля, обладают корпускулярными[5] свойствами, а затем выяснилось, что объекты, считающиеся частицами, например электроны, проявляют свойства, присущие полям. Чтобы решить эту головоломку, необходимо было признать, что на фундаментальном уровне мир подобен полю (речь о квантовой волновой функции), но когда мы смотрим на него, выполняя тщательное измерение, мир проявляет свойства частиц. На это потребовалось определенное время.

⚪ ⚪ ⚪

Кажется, что частицы – штуки совершенно незамысловатые; частица – это объект, расположенный в конкретной точке пространства.

Эта идея родилась еще во времена Древней Греции, когда члены небольшого философского кружка предположили, что материя состоит из точечных «атомов»; в переводе с греческого это слово означает «неделимый». По словам Демокрита, автора концепции атомизма, «сладкое только считается таким, горькое только считается таким, теплое только считается таким, холодное только считается таким, цвет только считается таким, в действительности же – атомы и пустота»[6].

На тот момент не было серьезных доказательств в пользу такой гипотезы, поэтому она была отвергнута вплоть до начала XIX века, когда ученые приступили к экспериментам по количественному изучению химических реакций. Ключевую роль при этом сыграл оксид олова – соединение, состоящее из атомов олова и кислорода: выяснилось, что оно существует в двух разных формах. Английский ученый Джон Дальтон отметил, что количество олова в двух этих формах не отличается, зато количество кислорода в одной из них ровно вдвое больше, чем в другой. В 1803 году Дальтон дал возможное объяснение происходящему, предположив, что оба элемента состоят из дискретных частиц, которые он назвал древнегреческим словом «атомы». Необходимо было всего лишь представить, что в молекулах одной формы оксида олова один атом олова соединяется с одним атомом кислорода, а в другой форме на каждый атом олова приходится два атома кислорода. Дальтон предположил, что любой химический элемент состоит из атомов уникального сорта, и склонность атомов образовывать самые разные соединения – это суть всей химии. Обобщение простое, но способное впоследствии перевернуть мир.