Читать книгу "Уродливая Вселенная - Сабина Хоссенфельдер"

Однако декогеренция не объясняет, как после измерения распределение вероятностей обновляется до варианта, при котором измеренное состояние обретает вероятность, равную 1. Так что декогеренция разгадывает только часть загадки.

Безнадежная затея

Я все еще в кабинете Стивена Вайнберга в Остине. Он только что уведомил меня, что у него садится голос, и спросил, не можем ли мы прерваться. Проигнорировав его вопрос, я говорю: «Хотела спросить, что вы думаете об основаниях квантовой механики. В своей книге вы написали: трудно изменить хоть что-то в квантовой механике, не исковеркав ее всю».

«Да, это так, – соглашается Вайнберг. – Но у нас нет ни одной по-настоящему удовлетворительной теории квантовой механики».

Он бросает на меня усталый взгляд и берет со стола книгу.

«Могу прочитать вам один абзац из второго издания моего учебника по квантовой механике. В разделе 3.7 первого издания я написал в этом абзаце довольно негативные вещи, а затем, по дальнейшем размышлении, высказался еще негативнее и резче. Вот как я написал:

Я делаю вывод, что сегодня не существует интерпретации квантовой механики, которая не имела бы серьезных недостатков. Не все разделяют эту точку зрения. Многие физики вполне удовлетворены своей собственной интерпретацией квантовой механики. Однако разные физики удовлетворяются разными интерпретациями. По-моему, нам следует серьезно отнестись к возможности найти еще одну удовлетворительную, другую теорию, для которой квантовая механика окажется лишь неплохим приближением.

И я действительно так думаю. Я очень старался разработать эту более удовлетворительную, другую теорию – абсолютно безуспешно… Квантовую механику крайне трудно переплюнуть. Но, хотя она и не противоречива, у нее есть ряд особенностей, которые мы находим отталкивающими. И противен не тот факт, что в ней есть вероятности. А то, какого рода эти вероятности».

Он продолжает объяснять: «Будь у нас теория, которая гласила бы, скажем, что частицы двигаются с места на место и есть некая вероятность, что частица окажется тут, или там, или в другом каком-то месте, я бы с этим смирился. Что мне не нравится в квантовой механике, так это то, что она является способом вычислить вероятности, которые получает человек, когда осуществляет определенные вмешательства в природу, называемые им экспериментами. А теория не должна ссылаться на человека в своих постулатах. Хочется понять макроскопические вещи вроде экспериментального инструментария и человеческих существ с помощью стоящей за ними теории, а не обнаруживать их на уровне ее аксиом».

* * *

Чтобы сделать квантовую механику попривлекательнее, физики придумали различные способы переосмысления ее математики. Две широкие категории предлагают либо принять волновую функцию (обычно обозначаемую буквой ψ, «пси») как нечто реальное (пси-онтический подход), либо же считать ее неким элементом, в котором просто зашифровано знание о мире (пси-эпистемологический подход).

Пси-эпистемологический подход не столько отвечает на вопросы, сколько провозглашает их бессмысленными. Наиболее известный представитель этого класса – копенгагенская интерпретация. Это толкование квантовой механики, которое чаще всего преподают (и выше я тоже использовала именно его). Согласно копенгагенской интерпретации, квантовая механика – это черный ящик: мы залезаем в экспериментальную установку, нажимаем на «математическую» кнопку – и выскакивает вероятность. Что делала частица до измерения – вопрос, который задавать не полагается. Иными словами, «заткнись и считай», как выразился Дэвид Мермин 101. Прагматичная позиция, но коллапс волновой функции многими воспринимается как «уродливый шрам» (Лев Вайдман), из-за которого теория выглядит «нелепой» (Макс Тегмарк)102.

Более современная пси-эпистемологическая интерпретация – это квантовый байесонизм (QBism, где Q означает quantum, «квантовый», а B – Bayesian inference, «байесовский вывод»), метод для вычисления вероятностей. В квантовом байесонизме волновая функция служит устройством, собирающим информацию наблюдателя о реальном мире, и обновляется, когда он или она производит измерение. В этой интерпретации подчеркивается, что может быть несколько наблюдателей (людей или приборов), обладающих разной информацией. Ящик все еще черный, но теперь у каждого свой. Дэвид Мермин называет это «однозначно интереснейшим вариантом», а вот Шон Кэрролл – «стратегией “отрицания”»103.

Что же касается пси-онтических интерпретаций, то они обладают тем преимуществом, что идейно они ближе к полюбившимся нам доквантовым теориям. Зато недостаток пси-онтических интерпретаций в том, что они вынуждают нас сопротивляться другим аспектам квантовой механики.

В теории волны-пилота (теории де Бройля – Бома) нелокальное ведущее поле разводит в остальном классические частицы по траекториям. Звучит совершенно непохоже на квантовую механику, но на самом деле это та же теория, только сформулированная и истолкованная иначе[73]. Сейчас теория волны-пилота непопулярна, поскольку не была так тщательно разработана, как копенгагенская интерпретация, и не так гибка в применении. Однако же теория волны-пилота интуитивно понятна, поэтому Джон Белл считал ее «естественной и простой»104. Джон Полкинхорн, напротив, убежден, что ей присущ «непривлекательно оппортунистический душок»105.

Многомировая интерпретация (или интерпретация множественных историй) постулирует, что волновая функция никогда не коллапсирует. Вместо этого она расщепляется, или «разветвляется», на параллельные вселенные – по одной на каждый возможный результат измерения. В многомировой интерпретации проблемы измерения нет, а есть только вопрос, почему мы живем в этой конкретной вселенной. Стивен Вайнберг считает все эти вселенные «отвратительными», тогда как Макс Тегмарк находит логику «красивой» и верит, что «самая простая и, пожалуй, самая элегантная теория по умолчанию задействует параллельные вселенные»106.

Кроме того, есть еще модели спонтанного коллапса. В них волновая функция не сначала расширяется, а затем резко коллапсирует, а непрерывно понемножечку сжимается, так что она вообще никогда сильно и не расширяется. Это не столько новая интерпретация квантовой механики, сколько поправка к ней, добавляющая явный процесс для коллапса. Эдриану Кенту, считающему, что в квантовой механике «элегантность служит на удивление сильным индикатором физической пригодности», модели коллапса кажутся «несколько специальными и утилитарными», но все же «гораздо менее уродливыми, чем теория де Бройля – Бома»107.

И это лишь главные интерпретации квантовой механики. Есть и другие, и каждая из них может пребывать в нескольких различных состояниях одновременно.