Всё ещё неизвестная Вселенная. Мысли о физике, искусстве и кризисе науке - [43]

Эти проблемы удается частично обойти в рамках реалистичного подхода в квантовой механике[103]. Здесь волновая функция и ее детерминистская эволюция воспринимаются как объекты реальности. Однако возникают другие сложности.

Из реалистичного подхода есть очень странное следствие, впервые рассмотренное в докторской диссертации, защищенной ныне покойным Хью Эвереттом в Принстоне в 1957 г. Согласно реалистичному подходу, когда физик измеряет спин электрона, скажем, в северном направлении, волновая функция электрона, измерительная система и сам физик изменяют свои состояния в полном соответствии с детерминистским уравнением Шрёдингера; но в результате их взаимодействия в процессе измерения волновая функция становится суперпозицией двух членов, в одном из которых спин электрона положителен, и в этом мире для любого наблюдателя он будет положительным, а во втором члене спин отрицателен, и для любого наблюдателя он будет отрицательным. А поскольку все разделяют веру в то, что спин имеет одно определенное значение, суперпозиция становится невыявляемой. В результате история мира разделяется на два несвязанных друг с другом потока.

Довольно странно, но разделение истории должно происходить не только когда кто-то измеряет спин. В реалистичном подходе история мира нескончаемо расщепляется, и всякий раз макроскопическое тело оказывается связано с выбором квантовых состояний. Такая множественность миров дает благодатный материал для научной фантастики, а также разумное объяснение для Мультивселенной, где конкретная реализация мира, в котором мы обнаруживаем себя, ограничена требованием о том, что это должна быть реализация с условиями, благоприятными для существования разумных существ. Однако будущее всех этих параллельных миров крайне тревожное, так что я, как и многие другие физики, предпочел бы существование одного-единственного мира.

В реалистичном подходе есть еще одна неприятная вещь, выходящая за рамки нашей узкой темы. В этом подходе волновая функция Мультивселенной эволюционирует согласно детерминистскому закону. Мы можем говорить о вероятности как о доли времени, в течение которого существует тот или иной возможный результат измерений при их многократном повторении в одном из миров; однако законы, которые определяют наблюдаемые вероятности, должны следовать из детерминистской эволюции всей Мультивселенной. Если бы это было не так, то для предсказания таких вероятностей нам бы потребовалось принять некоторые дополнительные предположения о том, что происходит при выполнении человеком измерений, и это вернуло бы нас к проблемам инструментального подхода. В рамках реалистичного подхода было предпринято несколько попыток вывести законы, такие как правило Борна, которое, как мы знаем, хорошо подтверждается экспериментами, однако, насколько я знаю, эти попытки так и не увенчались успехом.

Реалистичный подход в квантовой механике столкнулся с проблемой другого рода еще задолго до появления работы Эверетта о множественности миров. Этот парадокс был описан в статье, опубликованной Эйнштейном в соавторстве с его коллегами Борисом Подольским и Натаном Розеном в 1935 г., и связан он с явлением «запутанности»[104].

Мы интуитивно склонны считать, что реальность может быть описана локально. Я могу сказать, что конкретно происходит в моей лаборатории, а вы можете сказать, что происходит в вашей, но нам нет нужды говорить о том, что происходит в обеих лабораториях одновременно. Однако в квантовой механике система может находиться в состоянии квантовой запутанности, состояние устанавливает взаимосвязь между частями системы, расположенными на сколь угодно большом удалении друг от друга, как между двумя концами очень длинной твердой палки.

Например, предположим, что у нас есть пара электронов, суммарный спин которых в некотором направлении равен нулю. В таком состоянии волновая функция (учитывающая только спин) представляет собой сумму двух слагаемых: первое слагаемое задает положительный спин электрона А и отрицательный спин электрона В, скажем, в северном направлении, тогда как во втором слагаемом волновой функции положительный и отрицательный знаки меняются местами. Спины электронов находятся в запутанном состоянии. Если не происходит ничего, что могло бы повлиять на эти спины, запутанность будет сохраняться, даже если электроны разлетятся на огромное расстояние. Как бы далеко друг от друга они ни находились, мы можем говорить только о волновой функции двух электронов, но не каждого по отдельности. Квантовая запутанность внесла не меньший, а может и больший вклад в недоверие Эйнштейна к квантовой механике, чем вероятностная модель.

Как ни странно, запутанность, следующая из законов квантовой механики, действительно наблюдается в экспериментах. Но как нечто столь нелокальное может олицетворять реальность?

Так что же нам делать с проблемами квантовой механики? Один из разумных ответов содержится в легендарном совете для любознательных студентов: «Замолчи и считай!» Спор ведь не о том, как использовать квантовую механику, а только о том, как понимать ее смысл, так что, возможно, это всего лишь проблема терминологии.