Часть четвертая. Кот Шрёдингера и Мышь Эйнштейна


...

Глава девятнадцатая. Множественные вселенные

Квантовая теория вселенных, создаваемых наблюдателем, имеет гораздо более необычные следствия, чем те, которые обсуждались в предыдущих главах.

Некоторые физики не соглашаются с Копенгагенской Интерпретацией, считая, что мы можем делать утверждения о «глубокой реальности». К сожалению, утверждения, которые делают они, звучат скорее в духе научной фантастики или восточного мистицизма.

Давайте сначала рассмотрим «научно-фантастические» моменты квантовой теории. Все началось в 1935 году, когда нобелевский лауреат Эрвин Шрёдингер сформулировал проблему, о которой мы уже несколько раз упоминали — случай с котом, который одновременно занимает категории жизни и смерти.

Так как квантовые «законы» не имеют абсолютной природы законов Ньютона (или Аристотеля), вся квантовая теория строится на вероятностях. Как мы уже упоминали, аристотелевское «да», или 0%, и «нет», или 100%, представляют ту определенность, которую западный человек испокон веков привык искать. Эксперименты в области квантовой физики отказываются подчиняться подобной определенности, поэтому здесь мы всегда имеем дело с вероятностями между 0% и 100% — может быть, 24%, может, 51%, может, 75% … и т. д.

Во многих случаях вероятность равна 50%, что при подбрасывании монетки соответствует вероятности ее падения на одну из сторон: орел-решка. Шрёдингер рассматривал процесс квантового распада, в котором в любой момент времени t вероятность одного возможного события равна вероятности другого возможного события (50%). Для удобства примем наше время t равным 10 минутам. Теперь мы можем сказать, что по прошествии десяти минут вероятности событий А и Б равны и составляют 50%, однако мы не можем сказать, какое из событий произойдет, пока эти 10 минут не пройдут и мы не выполним измерение.

Теперь Шрёдингер предлагает представить шарик, наполненный ядовитым газом, который может взорваться (событие А) или не взорваться (событие Б). Очевидно, к исходу 10 минут вероятности событий будут равны 50%.

Поместим этот шарик в коробку с живым котом и закроем ее.

До того, как мы откроем коробку и увидим результат, вероятности того, что шарик взорвался, и того, что он остался целым, все еще равны и составляют 50%. То есть вероятность того, что кот жив, и вероятность того, что он мертв, также равны и составляют 50%.

На аристотелевском языке кот «является» одновременно живым и мертвым до тех пор, пока мы не откроем коробку.

Переформулирование этого высказывания на операциональном языке, как мы это и сделали, спасает нас от абсурда, но не решает проблему до конца. Модель, в которой содержится мертвый кот, существует с вероятностью модели, в которой кот жив, то есть вероятность каждой из этих моделей равна 50%. Мы ускользнули от более странных метафизических интерпретаций проблемы Кота Шрёдингера, однако загадка остается. Классическая физика может предсказать точные результаты даже до того, как мы заглянем внутрь, квантовая же физика может предсказывать только вероятности, пока мы не заглянем внутрь.

Неплохая основа для принятия Копенгагенской Интерпретации, скажете вы. Согласен.

Однако Эйнштейн и другие отвергли копенгагенизм, настаивая, что в конце концов будет найден способ делать утверждения относительно «реальности», даже в квантовом мире. Кот Шрёдингера поставил перед ними серьезные проблемы.

В 1952 году Хью Эверетт из Принстонского университета, вместе с Уилером и Грэхемом, предложил новую теорию в попытке описать «реальность» и ответить на загадку Кота.

В техническом языке вероятностная волна, описывающая возможные исходы квантового процесса, называется «вектором состояния». В проблеме Кота вектор состояния по определению может «коллапсировать» двумя способами — уступив «мертвому коту» или «живому коту».

Фон Нейман сказал бы, что до того, как мы откроем коробку, вектор состояния имеет три значения — мертвый кот, живой кот и может быть. Это значит, что вектор состояния может коллапсировать двумя способами, а мы, до того как увидим один из исходов данного случая, пребываем в состоянии «может быть».

Эверетт, Уилер и Грэхем предлагают иную модель, сокращенно называемую по начальным буквам их фамилий — ЭУГ (EWG.).

В этой модели вектор состояния никогда не «коллапсирует». Каждый возможный исход проявляется в различных собственных состояниях, или eigenstates (грубо говоря, в вероятностных множествах). Так как эти собственные состояния должны где-то существовать и не могут сосуществовать в пределах одного и того же пространства-времени, они существуют в различных вселенных.

Таким образом, в суперпространстве — это понятие было предложено Уилером для решения совершенно других задач (математической формулировки гравитации в эйнштейновской вселенной) — наш мир не одинок. В том же суперпространстве, которое содержит четырехмерную вселенную Эйнштейна, существует и неизвестное число других вселенных. В одной вселенной собственное состояние в конце опыта с ядовитым шариком содержит мертвого кота. В другой вселенной собственное состояние содержит живого кота.

Это происходит каждый раз, когда возникает вероятность 50% — вектор состояния «расщепляется» на два вектора в двух вселенных.

Итак, эта теория в буквальном смысле означает, что где-то в суперпространстве существует вселенная с такой же планетой Земля, только Адольф Гитлер там никогда не становился политиком и остался художником, а Ван Гог, после того как его мозг поразил парез, занялся политикой и стал Великим Диктатором. Если вы на минуту отвлечетесь от физики и отнесетесь к этому философски или пессимистически, то можете спросить себя, почему нам так не повезло попасть именно в этот, а не в какой-нибудь другой мир. Ответ — в модели ЭУГ — состоит в том, что «мы» — или нечто вроде наших ксерокопий — существуем и в той, другой, вселенной тоже.

Я же предупреждал, что это будет похоже на научную фантастику.

Где-то в суперпространстве существует вселенная, в которой Земля, как и в нашей вселенной, вращается вокруг Солнца, но на ней никогда не развилась жизнь и не появились Эверетт, Уилер и Грэхем, которые могли бы предположить существование других Земель, включая ту, где наши Эверетт, Уилер и Грэхем придумали эту идею.

Где-то в суперпространстве существует вселенная, в которой моя ксерокопия пишет этот абзац, приводя в качестве примера: «Где-то в суперпространстве существует вселенная, в которой Бетховен умер сравнительно молодым, поэтому у них есть его симфонии с Первой по Четвертую, но нет великолепной Девятой».

И так далее… но не до бесконечности. Никто еще не вычислил точного числа параллельных миров, существующих согласно этой модели, но так как все возможные вселенные должны были возникнуть из одного Большого Взрыва (как принимается в этой модели), это число является очень большим, но не бесконечным. Доктор Брайс де Витт в «Физикс тудэй» (1970) оценил его как превышающее 10100, но не смог уточнить, насколько превышающее.

Все же это достаточно большое число для любого научно-фантастического сюжета, который вам вздумается представить.

Предположим, что в одной из вселенных я ощутил необходимость написать книгу, подобную этой, однако, в силу иных импринтов и обучения, я отвергаю Копенгагенский подход, поэтому вся моя книга будет попыткой опровергнуть утверждение, что теория множественных вселенных более правдоподобна, чем любая другая интерпретация квантовой механики.

Что бы вы ни думали об этой теории в этом мире, в другом мире ваши убеждения окажутся противоположными.

Основной аргумент в поддержку модели ЭУГ заключается в ее предполагаемой экономичности. Вам это может показаться весьма странным. Принцип «лезвия Оккама»37, как когда-то было известно любому школьнику — в те реакционные годы, когда школьники должны были хоть что-то знать, — гласит, что в науке мы должны всегда выбирать наиболее экономичную модель, такую, в которой будет содержаться меньше всего предположений и допущений. Таким образом, модель, в которой утверждается, что более 10100 ваших ксерокопий читают то же число вариантов данного текста, не выглядит очень экономичной. Но сторонники ЭУГ настаивают, что все прочие интерпретации имеют еще менее «экономичные» следствия.


37 Уильям Оккам (ок. 1300 — ок. 1350) — английский философ, логик и писатель, главный представитель номинализма XIV века, член ордена францисканцев. Считал, что понятия, не сводимые к опытному знанию, должны удаляться из науки («отсекаться» от нее).


Копенгагенская Интерпретация, например, выглядит более экономичной, чем модель ЭУГ — в том виде, как я ее представил. Однако слишком многие физики представляют ее не на языке-прим, а на стандартном языке, используя идентификационное «является». Сформулированные с использованием идентификационного «является», Копенгагенские воззрения всегда будут казаться утверждением, что мы в буквальном смысле создаем физическую вселенную, наблюдая ее. А это ведь, в сущности, та позиция, которую отстаивал епископ Беркли, и ее легко свести к карикатурному солипсизму. (Как уже упоминалось, один из физиков даже написал, что никакой реальности вообще нет.)

Таким образом, приверженцы модели ЭУГ заявляют, что копенгагенизм нарушает оккамовский принцип экономии, постулируя вселенную, которая магически создается человеческой мыслью. Благодаря идентификационному «является» некоторые копенгагенисты действительно договорились до этого. Отсюда и знаменитое саркастическое замечание Эйнштейна о мыши, каждый новый взгляд которой на мир должен изменять этот мир. Доктор Фред Аллан Вольф торжественно ответил, что в мозгу мыши так мало клеток, что изменения, вызываемые наблюдением со стороны мыши, в сумме будут очень мало отличаться от 0%, поэтому мы можем ими пренебречь.

Я думаю, что копенгагенизм, как он изложен в этой книге, без идентификационного «является», защищен от подобной критики. (Чуть позже мы попробуем выяснить, может ли другая альтернативная теория — теория скрытой переменной — подобным образом избежать критики модели ЭУГ, если переформулировать ее без идентификационного «является».)

Тем не менее я не могу не заметить, что модель ЭУГ принимает основные волновые уравнения квантовой механики в чистом виде, тогда как Копенгагенская модель и модель скрытой переменной увенчивают эти уравнения философскими интерпретациями. В этом смысле модель ЭУГ может считаться более экономичной.

Как видите, в этой книге я не отстаиваю «фундаменталистский копенгагенизм» — не утверждаю, что копенгагенская модель является единственно истинной на все времена. Свою позицию я скорее назвал бы «либеральным копенгагенизмом». Я не верю, что какая-либо модель может равняться вселенной или вселенным, но думаю, что альтернативные модели будут продолжать появляться, так как современная наука обладает настолько сложной информацией, что в ее пределах возможно существование множества различных моделей. Некоторые называют такой либеральный копенгагенизм «модельным агностицизмом». Доктор Марсилло Труззи называет его «зететицизмом».

История модели ЭУГ демонстрирует степень фундаментального разногласия среди физиков по поводу этих предметов и таким образом, по моему мнению, укрепляет либеральный копенгагенизм или «модельный агностицизм», к которому в настоящее время примкнуло большинство физиков. Иначе говоря, модель ЭУГ вполне соответствует эстетическому подходу, которого я придерживаюсь в настоящей книге. Доктор Уилер, один из создателей теории ЭУГ, позднее отверг ее за «излишний метафизический багаж», но затем вновь к ней вернулся. Доктор Брюс де Витт сначала говорил, что не может относиться к модели ЭУГ серьезно, но теперь он — один из наиболее ярых ее сторонников. Большинство физиков до сих пор рассматривают ее как математический сюрреализм, однако среди молодого поколения ее популярность продолжает расти. Не меньше дюжины книг, вышедших за последнее десятилетие, либо открыто поддержали модель ЭУГ, либо отнеслись к ней с уважением, признавая ее настолько же правдоподобной, как и доминирующую Копенгагенскую теорию.

Теперь мы видим, что подобно тому, как современная нейрология отрицает существование единой личности или «души» аристотелевского толка и говорит о множестве «я» в мозгу каждого человека, одна из ветвей квантовой теории также определяет существование множества «я». Другими словами, и наука о мозге, и квантовая механика утверждают, что все «я» из множества возможных являются одинаково «реальными» — для нейрологов эти «я» содержатся в химических процессах нашего головного мозга, для сторонников теории ЭУГ — в других вселенных, но в обоих случаях о «единой личности», как и в буддийской теории, не может быть и речи.

В нейронауке доминирующее в данный момент «я» оказывается не более реальным, чем скрытые «я», могущие проявиться в любой момент, как только я приму спиртное или наркотик, или испугаюсь, или окажусь в незнакомой стране. В модели ЭУГ личность, которую я проявляю в этом мире, является не более реальной, чем все многочисленные женские личности, которыми я обладаю в половине возможных вселенных, или бесчисленные альтернативные мужские личности, которые я проявляю в остальных вселенных.

Нельзя не поразиться тому факту, что, в соответствии с фрейдистскими, юнгианскими и гештальт-терапевтическими методами интерпретации снов, эти альтернативные «я», иногда вместе с их альтернативными вселенными, проявляются каждую ночь в наших сновидениях. Некоторые физики описывают другие вселенные и другие личности как «виртуальные»38, но не является ли это справедливым и по отношению к реальности наших сновидений?


38 Виртуальный (от лат. virtualis) — возможный; тот, который может или должен проявиться.


И не кажется ли вам, что понятия виртуальных личностей и виртуальных реальностей проникли в психологию и физику — ведь, как утверждается в этой книге, любой достаточно глубокий анализ должен в конце концов отбросить аристотелевскую определенность и принять модели — туннели реальности, — основанные на вероятностях?