Читать книгу "О происхождении времени. Последняя теория Стивена Хокинга - Томас Хертог"

различные описания того, что происходит при квантовых измерениях и наблюдениях. В то время как, согласно Бору, реализуется только один исход из всех, Эверетт объявляет, что это всего лишь взгляд в рамках данной ветви истории. В его схеме любому данному наблюдателю лишь кажется, будто все другие исходы исчезли. В трактовке Эверетта, если бы мы каким-то образом смогли обратить вспять все многочисленные взаимодействия, вовлеченные в наблюдение, то в принципе могли бы восстановить все различные ветви и заставить их снова проинтерферировать. Разумеется, фантастическое количество частиц, вовлеченных в любой акт наблюдения, делает это устрашающее задание практически невыполнимым. Но все же, если бы волновая функция при наблюдении коллапсировала, сделать это очевидно было бы невозможно даже теоретически.

Противостояние «Бор против Эверетта» приобретает важнейшее значение, когда мы рассматриваем прошлое. Боровская модель коллапса запрещает нам даже думать о повторном восстановлении прошлого. Согласно Бору, бесполезно обращать уравнение Шрёдингера назад во времени для описания прошлого, потому что бесчисленные прошлые акты наблюдения уже проинтерферировали с гладкой эволюцией, описываемой этим уравнением. Но для космологии воспроизводство прошлого с целью понимания, как возникло настоящее, – центральный момент. Выходит, что для космологии копенгагенская формулировка совершенно неадекватна. Чтобы реализовать возможности квантовой космологии, требуется эвереттовское интегрирование процесса наблюдения в математический формализм теории. Схема Эверетта выдвигает глубокую систему принципов, на которых основывается квантовая теория, – принципов, оказавшихся критически важными для применения квантовой теории к Вселенной в целом.

В свое время, однако, предложение Эверетта не встретило понимания. Его коллеги либо не поняли, что он хотел сказать, либо остались равнодушными. Да и сама мысль о приложении квантовой теории ко всей Вселенной казалась нелепой. Даже визионер Уилер, который никогда не стеснялся грандиозных спекуляций, почувствовал себя обязанным написать к статье Эверетта примечание[166], в котором объяснял данную его студентом формулировку квантовой механики в более мягких выражениях, – так он надеялся сделать ее более приемлемой. Но все оказалось тщетно. Обескураженный и раздосадованный Эверетт, сравнив своих коллег с антикоперниканцами в эпоху Галилея, оставил академическую науку и сделал карьеру в сфере оборонных исследований.

Скептицизм научного сообщества был в значительной степени связан с тем, что в качестве физической картины мира эвереттовская формулировка квантовой теории выглядела озадачивающей и экстравагантной. Почему для того, чтобы просто объяснить наблюдаемые явления, нам требуется невообразимо огромное количество ненаблюдаемых путей развития событий и копий самих себя? Не помогало делу и то, что схема Эверетта получила известность как «многомировая интерпретация квантовой механики». Все эти «миры» часто описывались как одинаково реальные, тогда как на деле это слово всего лишь значило, что физические системы имеют множество различных возможных историй.

В конечном счете, однако, альтернативы этому подходу не было. Эвереттовская концепция универсальной волновой функции оказалась тем основополагающим прозрением, которое позволило начать думать о Вселенной в целом в квантовых терминах, как о системе an sich («в себе»), недоступной ни копированию, ни помещению в больший объем. Работа Эверетта позволила надеяться, что правильный квантовый взгляд на Вселенную действительно дает потенциальную возможность расстаться со «взглядом с позиции Бога» и заново выстроить космологию «с позиции червя». Она посеяла семена квантовой космологии, которую позже разовьют Стивен, его кембриджская группа и многие другие исследователи.

Набросок архитектуры квантовой космологии, которая выросла из этих усилий, дан на рис. 43. Ее схема имеет форму взаимосвязанной триады, в которую кроме модели космогенеза (к примеру, гипотезы об отсутствии границы) и понятия эволюции (например, фейнмановской идеи о множестве возможных историй в контексте теории струн) входил и третий, ключевой элемент: наблюдатель и наблюдения.

Рис. 43. Обычные рамки физического предсказания предполагают фундаментальное различие между законами эволюции, граничными условиями и наблюдениями или измерениями. Для решения большинства научных вопросов такой схемы достаточно. Но «загадка замысла» в космологии глубже: она ставит вопросы о происхождении законов и о нашем месте в грандиозной картине космоса. Для ответа на них требуется более общая предсказательная схема, в которой переплетаются эти три составляющих. Именно такую схему и обеспечивает квантовый взгляд на космологию. Изображенная на рисунке взаимосвязанная триада образует концептуальное ядро новой квантовой теории космоса, в которой эволюция, граничные условия и наблюдения сведены в единую целостную схему предсказания. Ее взаимосвязанность означает, что любые законы квантовой космологии проистекают из смеси всех трех этих компонентов.

Спешу сообщить: в этой схеме элемент «наблюдения» не относится к ситуации, когда вы любуетесь окрестностями, крутя педали велосипеда. В квантовой космологии термин «наблюдение» воплощает фундаментальный квантовый акт, который я обсуждаю на всем протяжении этой главы: процесс, посредством которого в точках ветвления истории некий частный результат из диапазона возможных опций преобразуется в факт. Хотя такой процесс всегда включает в себя взаимодействие некоторого вида, он никоим образом не ограничивается наблюдениями, выполняемыми человеком, а порождаемые при этом факты не обязаны иметь что-либо общее с жизнью как таковой. Наблюдение может быть выполнено специально предназначенным для него приемником: котом Шрёдингера, куском кварца, нарушением симметрий в ранней Вселенной или даже единичным фотоном микроволнового фона.

Tриада, изображенная на рис. 43, подводит концептуальный итог разработанной Стивеном и мной новой космологии. В этом видении физическая реальность возникает в процессе, состоящем из двух шагов. На первом рассматриваются все возможные расширения историй Вселенной, каждая из которых зарождается, скажем, в лишенном границы начале. Истории разветвляются – причем каждое ветвление включает в себя игру случая, – производя в каждой ветви свои законы физики и, возможно, более высокие уровни сложности. Но этот непредставимый мир неопределенности и потенциальных возможностей описывает космос лишь в некотором состоянии предсуществования. На этом уровне не существует никаких предсказаний, здесь нет объединительных уравнений, нет глобального понятия времени, вообще ничего определенного – только спектр возможностей. Однако затем следует второй шаг – наблюдение, интерактивный процесс, который преобразует что-то из того, что может случиться, в то, что действительно случается.

Помните пустой дневник Тома Реддла из книг о Гарри Поттере? С космосом та же история. Область возможного содержит ответы на бесконечное множество разнообразных вопросов, но она говорит нам что-то о мире только, когда ее об этом спрашивают. В квантовой Вселенной – нашей Вселенной – осязаемая физическая реальность возникает из широкого горизонта возможностей посредством непрерывного процесса постановки вопросов и выполнения наблюдений.

Если говорить о будущем, то наблюдение есть обрезка ветвящегося дерева будущих путей развития; посредством наблюдения в опыте данного наблюдателя реализуется лишь один из них. Это направленное изнутри наружу эвереттовское описание ситуации квантового измерения, о котором я рассказывал. Но наблюдение обращено также и к прошлому. Когда Хокинг, как дельфийский оракул, произнес свое пророчество «история Вселенной зависит от вопроса, который вы ей задаете», я воспринял эти слова в буквальном смысле. Стивен по