Говоря о параллельных вселенных, физики-теоретики подчеркивают: речь идет лишь о рассуждении с целью устранить некоторые шероховатости внутри квантовой теории. Однако это рассуждение логично и исходит из базовых принципов, лежащих в основе квантовой механики. В интервью "Газете.Ru" физик-теоретик, доктор физико-математических наук, специалист по квантовой теории поля Алексей Семихатов рассказал, где находятся параллельные вселенные и почему мы их не видим.
- Есть ли в нашем мире какие-то признаки существования параллельных вселенных?
- Признаки — неподходящее слово. Есть логическое рассуждение, которое к ним ведет. И нашим читателям, боюсь, придется немного потерпеть и проследить за логикой этого рассуждения.
- С чего начинается это рассуждение?
- С уравнения Шрёдингера. Это главное средство для работы с квантовой теорией. А эта теория превосходно описывает мир. Уравнение Шрёдингера в квантовой механике заменяет законы Ньютона. А как вы помните, законы Ньютона определяют важные вещи в привычном нам мире: вот запущено пушечное ядро, куда оно упадет? Далеко ли от Земли пролетит астероид?
Но в квантовой механике Ньютон "отдыхает". Однако там есть свое фундаментальное эволюционное уравнение — это уравнение Шрёдингера.
- Могут ли ученые ошибаться в том, что именно оно лежит в основе нашего мира? Что описывает уравнение Шрёдингера?
- Для наших целей сейчас я вполне готов утверждать, что ~это фундаментальное уравнение лежит в основе нашего мира~. Для начала, оно ответственно за существование атомов. А помимо этого, за колоссальное количество эффектов и явлений, включая сверхпроводимость, теплоемкость твердых тел, магнетизм, лазеры.
И вот смотрите, какая коллизия получается: это фундаментальное уравнение действует — можно сказать, "управляет миром" — лишь до того момента, как ученый попытается произвести измерение.
- Для чего ученому производить измерение?
- Измерение — это наш единственный способ контактировать с квантовой реальностью. Квантовые объекты — не маленькие песчинки или шарики. У них нет свойств, которые мы привычно приписываем телам. И для того, чтобы что-то узнать об их состоянии, нам необходим какой-то агент — квант света или, скажем, электрон, если у вас есть электронный микроскоп. Агент взаимодействует с системой, а затем сообщает нам о результате этого взаимодействия: скажем, на экране появляется пятно там, куда попал электрон.
Такая процедура и означает "измерение", и только так мы получаем информацию о состоянии квантовых объектов.
Но я недаром употребил слово "агент": невозможно "наблюдение" без вмешательства. Мы к такому не привыкли: вот вы сейчас сидите напротив меня и наблюдаете меня благодаря множеству фотонов, которые со мной взаимодействуют. Из-за того, что я, как и вы, макроскопический, я не сильно меняюсь от контакта с этими фотонами. Но квантовые системы чувствительны к любому контакту, и контакт меняет их состояние.
- Итак, нам необходимы измерения, но они каким-то образом нарушают уравнение Шрёдингера. А это не странно? Фундаментальное уравнение, которое описывает физические процессы, вдруг перестает действовать?
- Странно. Смотрите, откуда проблема. Пока квантовая система развивается во времени под управлением уравнения Шрёдингера, ее состояние описывается особым образом: в виде перечисления всех возможностей, всех ответов, которые могут получиться при измерении. Но измерение всегда дает однозначный ответ. Вот этот переход от "всех возможностей" к какой-то одной, но реализованной, и нарушает уравнение Шрёдингера.
- А на какое время оно перестает действовать? И чем заменяется?
- Мы не знаем ни чем оно заменяется, ни почему и как, ни на какое время.
По факту мы видим, что причина — в использовании измерительного прибора, но квантовая теория не отвечает на вопрос, что такое измерительный прибор. Вот пример: классический эксперимент с измерением спина электрона…
- Что такое спин электрона?
- Это неотъемлемое свойство электрона — его способность вести себя подобно магниту. Но это не совсем обычный магнит. Вы берете подходящее устройство — так называемый прибор Штерна–Герлаха — и пытаетесь выяснить, под каким углом к выбранному направлению этот магнит ориентирован. Эта ориентация и называется спином. И неожиданно оказывается, что ~прибор может показать только одно из двух: или спин точно "вперед" вдоль выбранного направления, или точно "назад"~. Никаких промежуточных вариантов, скажем, под углом 30 градусов к выбранному направлению. Этот эксперимент, кстати, был поставлен еще в 1922 году (правда, не с электронами) и существенно повлиял на формирование квантовой теории.
- Итак, прибор дает одну из двух возможностей. Как вы и говорили — в каждом измерении получаем один результат.
- Да, но до измерения состояние электрона включало в себя обе возможности. И если вы будете повторять одно и то же измерение на электронах, которые находятся в строго одинаковых состояниях, вы будете случайным образом получать то один ответ, то другой.
Прибор совершает "насилие" над электроном: заставляет его определиться — выбрать или спин "вперед", или спин "назад".
И одновременно это насилие над уравнением Шрёдингера. Оно не в состоянии описать этот выбор чего-то одного. Но и больше того! Уравнение Шрёдингера говорит еще, что и сам прибор должен откликнуться на каждую из возможностей: и спин "вперед", и спин "назад". А мы, конечно, не видим приборов в таких странных состояниях.
- А как вообще электрон узнает, что его измеряют? У него же нет глаз? Он что знает, что такое измерительный прибор?
- Мы задаем этот вопрос квантовой механике, но она не отвечает на него. Квантовая механика дает самые точные предсказания — но только для вероятностей неконтролируемых событий. В нашем случае это спин "вперед" или спин "назад". Вероятности превосходно соотносятся с экспериментальными данными, но механизм однозначного ответа остается тайной.
- Здесь и появляется мысль о параллельных вселенных?
- Да. Альтернатива им — это что-то додумывать и объяснять, на что в случае измерения заменяется уравнение Шрёдингера. Либо изобретать какие-то дополнительные подробности, - скрытые параметры, которые где-то там за кадром всем управляют.
Или же, действительно, давайте признаем, что уравнение Шрёдингера, как фундаментальное уравнение, никогда не нарушается, а прибор действительно показывает и "я измерил спин вперед", и "я измерил спин назад". Но тут приходится признать, что один вариант оказывается в одной вселенной, а другой — в другой.
- Так вот зачем нужен кот Шрёдингера? В одной вселенной он умер, в другой — он жив. И жизнь пошла по разным колеям, создавая ветки событий?
- Да. Если прибор измерил спин "вперед", то срабатывает система умертвления кота (к квантовой механике, прошу заметить, отношения не имеет). А если спин "назад", то ничего страшного.
И вот смотрите: если уравнение Шрёдингера не нарушается, то прибор показывает и результат "вперед", и результат "назад". Тогда кот и мертв, и жив. Но пойдем дальше! В первом случае хозяйка кошки расстраивается, а во втором случае она продолжает беспечно читать книгу. В первом случае позвонила ее мама, хозяйка расстроила ее сообщением, а сама не пошла на встречу со своим будущим бойфрендом. То есть, вся ее жизнь пошла по другому пути, чем во втором случае. Возникает большое количество различий, которые довольно быстро растаскивают эти два варианта развития событий.
На самом деле не нужна, конечно, ни хозяйка, ни ее мама и ее бойфренды. Еще до того, как хозяйка посмотрит на кота, сама среда так или иначе взаимодействует с животным — с его двумя вариантами — и откликается двумя способами, создавая разные ветви.
- Среда — это же не только воздух?
- Далеко не только. Воздух-то можно попытаться устранить. А еще есть магнитное поле Земли, пролетающие нейтрино, космическое микроволновое излучение, и так далее.
Ветви начинаются с измерительного прибора: он "посмотрел" на событие и распространил через среду знание о том, какие две возможности его реализации могли бы существовать. Среда передала эту информацию остальной Вселенной, и там возникли две ветви, соответствующие первой возможности и второй возможности.
- Почему же в нашем мире мы видим только одну возможность: живого или мертвого кота?
- Нам кажется, что мы видим одну вселенную, потому что каждая наша копия видит одну. Относительно спина "вперед" возникла одна копия хозяйки, которая видит прибор, определивший одно (плачевное) состояние ее кота. А другой ее вариант видит другое состояние. Вот это называется параллельными вселенными.
- Где же находятся эти вселенные?
- Вот прямо здесь, в этой же локации. Прямо вокруг нас.
- Почему мы их не видим?
- Видеть — это значит взаимодействовать. Почему нет взаимодействия с другими ветвями вселенной? Потому что из-за участия среды накапливается колоссальное количество различий, и это приводит к тому, что ветви становятся перпендикулярны.
Не в нашем, конечно, пространстве, а в том математическом пространстве, где разворачиваются квантовые события под управлением уравнения Шрёдингера. А это приводит к тому, что взаимодействие между ними подавляется.
- У идеи параллельных вселенных есть собственные сложности?
- Да. Если действительно вместо выбора какой-то одной возможности сосуществуют все, то я точно знаю, что возникнет и мертвый кот, и живой. Я точно знаю, что произойдёт и плохое, и хорошее, ведь все ветви одинаково реальны. Зачем мне тогда вообще стараться выбирать какие-то более или менее предпочтительные варианты развития событий?
- Этическая проблема. А кроме нее?
- Есть принципиальная сложность. Квантовая механика построена на предсказании вероятностей. Их проверка и есть, собственно, наша проверка квантовой механики. А в случае параллельных вселенных очень трудно объяснить, в каком смысле одни ветви вселенной окажутся более вероятны, чем другие.
И хуже того, имеется вот какой неприятный казус. ~Точно возникнут ветви Вселенных, в которых происходят цепочки крайне редких событий. ~Редкое и потом редкое, и еще много раз редкое. И эти ветви будут не менее реальны, чем те ветви, в которых мы живем, и где редкие события происходят редко. Можно примерно прикинуть количество этих экзотических ветвей с редкими событиями и количество ветвей условно нормальных. Если это посчитать, экзотических получается подавляющее большинство. Тогда возникает вопрос, почему мы не в одной из них?
- Кто-то из ученых сейчас пытается ответить на эти вопросы?
- Конечно. Но трудности в том, что в разделение ветвей вселенной вовлечена среда, а в ней — колоссальное число участников. Моделировать такое имеющимися средствами невозможно. Но недавно все же был проведен численный эксперимент на суперкомпьютере: удалось придумать модельную систему, которая, конечно, далека от реального мира, но достаточно сложная, чтобы там было что-то похожее на среду. И в этой условной вселенной получилось нечто замечательное.
Да, поначалу Вселенная делится на ветви, которые обособляются друг от друга — становятся перпендикулярными и перестают друг друга чувствовать. Но затем, по мере того как идет время, происходят новые квантовые события, и экзотические ветви перестают быть перпендикулярными друг другу, они снова начинают друг на друга наезжать.
- Экзотические ветви, которые, как вы говорили, составляют проблему, там возникают или нет?
- Цепочки редких событий там не обособляются в виде отдельных вселенных. Можно сказать, что у них не получается обособиться, они перепутываются друг с другом. Из них не возникает мира, где были бы устойчивые записи прошлого, где была бы классическая реальность, как у нас. А это значит, что там не могут возникнуть наблюдатели, - поэтому мы не можем там появиться, раз там нет классической реальности.
Относительно небольшое число "умеренных" ветвей остаются обособленными. И они не радикально отличаются от нашей.
– Насколько это действительно возможно?
- Никто не знает. Но сторонники множественных вселенных никуда не делись. Одну из идей пропагандирует британский физик-теоретик Дэвид Дойч. Он говорит, что полноценно работающий квантовый компьютер именно потому такой замечательный, что работает одновременно в нескольких вселенных.
Как, спрашивается, это проверить? Ну, посадить туда искусственный интеллект высокого уровня, который потом сможет ответить нам на вопрос, действительно ли он побывал в нескольких Вселенных. Вы спросите, а с человеком такое может случиться? Нет, потому что человека нельзя полностью изолировать от среды слишком большой, а среда, как мы помним, это примерно всё.
Но и за искусственный интеллект можно порадоваться: нехилое такое переживание без запрещенных веществ - приобрести опыт пребывания в нескольких Вселенных сразу и потом "вернуться".
Так что, возможно, ответы на эти вопросы будут получены.
Свежие комментарии