Квантовая механика — удивительная вещь. Она позволяет задавать неимоверные вопросы и получать, мягко говоря, странные ответы. В том числе и фантастические.
Например: в какой мере события в нашей жизни можно считать вероятностными? Становятся ли они реальными в параллельной Вселенной?
Фундаментальная неопределенность
Одним из самых больших различий между классическим и квантовым миром является понятие детерминизма. В классическом мире все уравнения, которые определяют законы природы, прописываются через «воспринимаемые» показатели – время, массу, заряд, положение и импульс. Они подскажут прошлое или будущее частиц.
Но в квантовой Вселенной все не так. Независимо от того, насколько точно вы измеряете определенные свойства объектов, всегда существует фундаментальная неопределенность, которая не позволяет выявить эти свойства «здесь и сейчас».
Чем точнее вы измеряете свойства, которыми может обладать частица или система, тем больше становится присущая им неопределенность — от нее нельзя избавиться, уменьшить критические значения измерений. Это фундаментальное соотношение, известное как принцип неопределенности Гейзенберга, его невозможно обойти.
Например, если вы с предельной точностью измеряете положение частицы, то тем неопределеннее становится импульсе этой частицы. Независимо для каждого из трех пространственных измерений, которые мы занимаем.
Если вы измеряете массу покоя нестабильной частицы, вы обнаружите фундаментальную неопределенность, связанную с ее массой покоя. Ибо есть связь между временем жизни частицы и энергией, включая энергию массы покоя (через E = mc2) этой частицы.
Если вы экспериментируете со стабильной частицей, то вы можете измерить ее спин в любом направлении: x, y или z.
Однако при этом вы уничтожаете всю имевшуюся до этого информацию о его спине в двух других перпендикулярных направлениях. Есть фундаментальная неопределенность между собственным угловым моментом в разных направлениях.
В квантовой физике вполне нормально получить не просто два возможных результата, а непрерывный спектр вероятностей. Только измеряя Вселенную, мы узнаем, какой из вероятностных исходов описывает нашу реальность. А это, согласитесь, Задача.
Эксперимент с двойной щелью
Одной из проблем квантовой механики: “что необходимо для того, чтобы физически существовала Вселенная?”.
У нас есть представление о некоей объективной реальности – “действительной реальности” – которая не зависит ни от системного наблюдателя, ни от внешнего влияния. Вселенная существует так, как она существует, не обращая внимания на то, что кто-то наблюдает или взаимодействует на нее.
Сама по себе объективность (“реальность”) не является чем-то, в чем мы уверены. Она прочно существует в нашем мозгу; мы не можем отделить субъективное восприятие от “объективного мира”.
Что происходит, когда мы проводим эксперимент с двойной щелью? Если на экране имеются две узко расположенные щели, и вы просвечиваете их светом, то освещенная картина, которая появляется за экраном, представляет собой множество ярких линий, повторяющих форму щели, в перемешку с темными линиями между ними.
Суть эксперимента с двойной щелью: пока вы не поймете, через какую щель проходит свет, вы всегда получите интерференционную картину.
Эксперимент подтверждается, даже если вы пропускаете свет по одному фотону за один раз. Несколько фотонов не интерферируют друг с другом. Каждый отдельный фотон интерферирует сам с собой.
Посылая более тяжелые частицы, электроны к примеру, вы все равно получите интерференционную картину.
Она перестает быть истинной, если вы начинаете измерять, через какую щель прошел каждый фотон (или другая частица).
Бесконечное число параллельных Вселенных
Это одна из загадок квантовой механики: кажется, что она открыта для интерпретации. Существует ли неопределенное по своей сути распределение возможных исходов, а конкретное измерения просто “выбирает”, какой именно исход произошел в этой Вселенной?
Является ли все неопределенным до того момента, когда производится измерение, а сам факт измерения является критическим действием, которое приводит к коллапсу квантовомеханической волновой функции?
Или же дело обстоит так, что каждый возможный исход, который мог бы произойти, на самом деле фиксируется, но просто не в нашей Вселенной? Возможно ли, что существует бесконечное число параллельных Вселенных, и что все возможные исходы бесконечны во множестве из них? Но для того, чтобы узнать, какой из них «объективен», требуется акт “измерения”?
Мы имеем дело лишь с интерпретациями квантовой механики. На данный момент единственные различия между Вселенными, которые они описывают, носят философский характер. С физической точки зрения, все интерпретации утверждают точные результаты для любого эксперимента, который мы проводим, независимо от времени и даже момента опыта.
Однако если существует бесконечное число параллельных Вселенных – и не просто в математическом смысле, а в физически реальном, – то частицам надо где-то «жить».
Нам нужна всего лишь одна “Вселенная”, чтобы в ней было место, где каждый возможный исход представлялся «реальным». А это сработает только в том случае, если:
– Вселенная родилась бесконечной по размеру или она пребывает в бесконечном времени,
– космологическая инфляция – а точнее, вечная инфляция – правильно описывает нашу раннюю, до Большого взрыва, Вселенную.
Вселенная должна родиться бесконечной, потому что число возможных исходов, которые происходят в ней, увеличивается быстрее, чем число независимых Вселенных, которые появляются даже в вечно раздувающейся Вселенной.
В противном случае просто невозможно иметь “достаточно Вселенных”, чтобы вместить все возможные исходы.
Но если Вселенная родилась бесконечной и произошла космическая инфляция, то Мультивселенная включает бесконечное число независимых Вселенных, которые начинаются с начальных условий, идентичных нашим.
В таком случае все происходит бесконечное количество раз. Существует бесконечное число копий вас, меня, Земли, Млечного Пути и т.д., в бесконечном числе независимых Вселенных.
И в некоторых из них реальность разворачивается идентично тому, как она присутствует здесь, вплоть до момента, когда происходит одно конкретное квантовое измерение.
Для нас в нашей Вселенной все сложилось одним образом; для версии нас в параллельной реальности, возможно, этот исход – единственное различие всей космической истории.
Граница между определенностью и неопределенностью; прошлое и будущее
Но когда мы говорим о неопределенности в квантовой физике, мы обычно имеем в виду результаты, которого еще не измерены или не определены.
В нашей Вселенной неопределенными являются не прошлые/определенные события, а только события, возможные результаты которых еще не ограничены измеряемыми величинами. То есть «возможные события» становятся «определенными» в момент «акта творения», когда они происходят, переходя из мира вероятностей в мир реальный, физический.
Если мы подумаем об эксперименте с двойной щелью, который уже произошел, то после того, как мы увидели интерференционную картину, невозможно сказать, прошел ли конкретный электрон через “щель №1” или “щель №2” в прошлом.
Мы произвели измерение, мы могли его сделать, но то, что мы не сделали, привело к появлению интерференционной картины, а никак не к появлению двух “куч” электронов.
Не существует Вселенной, где электрон проходит либо через “щель №1”, либо через “щель №2” и при этом создает интерференционную картину, интерферируя сам с собой.
Либо электрон проходит сразу через обе щели и попадает на экран таким образом, что тысячи и тысячи электронов создают интерференционную картину, либо происходят какие-то измерения, заставляющие электрон проходить только через “щель №1” или “щель №2”, и никакой интерференционной картины не получается.
Что это означает?
Это значит – как признал сам Гейзенберг почти столетие назад что описание волновой функции Вселенной не применимо к прошлому. В настоящее время во Вселенной существует огромное количество неопределенных вещей, и все потому, что критическое измерение или взаимодействие для определения квантового состояния этой “вещи” еще не было произведено.
Другими словами, есть граница между классическим и квантовым – определенным и неопределенным – и граница между ними – то, когда вещи становятся реальными, а прошлое – фиксированным.
Такая граница, по мнению физика Ли Смолина, и определяет “сейчас” в физическом смысле: момент, когда то, что мы наблюдаем в данный момент, фиксирует определенные наблюдаемые события как окончательно произошедшие в нашем прошлом.
Мы можем думать о бесконечных параллельных вселенных в терминах возможного будущего, как о некоем бесконечно разветвленном дереве вариантов, но выбранная нами линия рассуждений не применима к прошлому.
По крайней мере, в нашей Вселенной, – для нашего восприятия определенные события уже были метафорически записаны на камне.
Иначе говоря, объективности не существует. Как и субъективного восприятия. Есть лишь вариант реальности, который фиксируется в момент измерения. Через мгновение мы имеем дело с иной физической реальностью, которую еще предстоит измерить.
