Тайны квантового мира. О парадоксальности пространства и времени - Олег Фейгин

В физику идея многомирности впервые вошла в совершенно ином контексте парадоксальной интерпретации квантовой теории измерений, которую в 1957 году предложил аспирант выдающегося астрофизика Д. Уилера Хью Эверетт.

Эверетт обратился к анализу одного из основных принципов квантовой теории, согласно которому любой макроскопический измерительный прибор мгновенно «схлопывает» волновой вектор микрочастицы при ее наблюдении. Это явление называют коллапсом волновой функции или редукцией волнового пакета (рис. 14 цв. вкл.).

Публикация статьи Эверетта, поддержанная Нильсом Бором, породила целый новый раздел квантовой механики, часто называемый ее «многомировой интерпретацией». В последующем гипотезу Эверетта о «многомировом» механизме редукции волновой функции разрабатывали такие видные теоретики, как Дж. Уилер, Де Витт, М. Гелл-Ман, С. Хокинг, С. Вайнберг, М. Тегмарк, М. Риса, А. Линде, А. Сахаров, М. Марков и др.

Сегодня понятие Мультиверса чаще всего включает практически стремящееся к бесконечности количество параллельных физических миров с различными геометриями, метриками и топологиями. Параллельные миры могут описываться картиной абсолютно независимых от нашей действительности сущностей.

Взаимодействие между ними может заключаться в наличии неких «склеек-порталов», по которым при определенных обстоятельствах можно проникать из одного мира в другой. В этих гипотетических местах пересечения и слияния миров должны были бы происходить разные «чудеса», такие, как появление или исчезновение физических предметов. Еще одним любопытным понятием многомирья является «ветвление» Мультиверса в динамических процессах квантовой механики.

Б. Грин в своей «Структуре реальности» так характеризует принципы ввода образа Мультиверса:

«Слово „вселенная“ традиционно использовали для обозначения „всей физической реальности“. В этом смысле может существовать не более одной вселенной. Придерживаясь этого определения, мы могли бы сказать, что то, что мы привыкли называть „вселенной“, а именно: вся непосредственно ощутимая материя и энергия вокруг нас, все окружающее нас пространство, — далеко не вся вселенная, а лишь небольшая ее часть. В этом случае нам пришлось бы придумать новое название для этой маленькой реальной части. Но большинство физиков предпочитает продолжать пользоваться словом „вселенная“ для обозначения того, что оно всегда обозначало, несмотря на то что сейчас эта сущность оказывается лишь маленькой частью физической реальности. Для обозначения физической реальности в целом создали неологизм — мультиверс».

Рождение еще одного мира

Нет ничего удивительного в том, чтобы в большом магазине готового платья подобрать костюм себе по плечу. Аналогично в великом множестве Вселенных, в каждой из которых реализуется какой-то определенный набор космологических параметров, вполне может найтись хоть одна, где существуют предпосылки для возникновения жизни. В такой Вселенной мы и находимся.

По мысли Эверетта, при измерении какого-либо эффекта в микромире имеется столько миров, сколько возможно альтернативных результатов. В каждом из этих миров имеется и измеряемая система, и прибор, и наблюдатель. И состояние системы, и состояние прибора, и сознание наблюдателя в каждом из этих миров соответствует лишь одному результату измерения, но в разных мирах результаты измерения различны. Проще всего эту головокружительную картину можно понять на примере того же поляризованного фотона из опытов профессора Зайлингера. Если такой фотон проходит поляризатор, который отсеивает частицы только со строго одним направлением поляризации, то он оказывается в одном мире Эверетта — Уилера, а если не проходит — то в другом. Любопытная ситуация, не правда ли? Как здорово было бы реализовать в одном мире надоедливую тещу, в другом сварливую жену, в третьем оболтусов-студентов, а самому в четвертом (лучшем из миров) с приятелями-теоретиками обсуждать за кружкой пива хитросплетения Мультиверса, изредка (чтобы контролировать ситуацию) реализуясь в первых трех Вселенных. Прекрасная, но, увы, судя по всему, абсолютно недостижимая мечта… Дело в том, что в интерпретации Эверетта проблема выбора результата измерения все же существует, она лишь иначе формулируется. Вместо основного вопроса квантовой физики: «Какой из возможных результатов реализуется в ходе процедуры измерения?» — возникает новая задача: «В каком из эвереттовских миров локализовалась лаборатория наблюдателя?» Так что ни управляющего воздействия на выбор мира, ни тем более связи между альтернативными вселенными не существует даже в теории, а жаль…

Возможность существования Мультивселенной порождает различные научные, философские и теологические вопросы. Данная идея активно используется, например, в теории струн. В теории бесконечной вложенности материи под одной вселенной можно понимать ряд уровней материи, доступных прямому наблюдению и эксперименту (от уровня элементарных частиц до скоплений галактик и метагалактик).

Тогда более мелкие или более крупные уровни материи будут входить в другие вселенные, образуя в совокупности Мультивселенную. Предположение о существовании Мультивселенной используется также в одной из интерпретаций квантовой механики.

В современной многомировой интерпретации квантовой механики подразумевается, что любой квантовый объект может находиться сразу в нескольких состояниях. Это состояние объекта продолжается до физического измерения, после которого мы можем наблюдать объект только из одной вселенной в определенном состоянии.

Несмотря на то что статью Эверетта с его первоначальным вариантом многомировой интерпретации к опубликованию рекомендовал сам Бор, большинство физиков не приняло такую фантастическую идею. Ситуация изменилась только после того, как к ней проявили интерес такие крупные физики, как Брюс де Витт и Джон Уилер. Особенно много для популяризации новой теории сделал Уилер, и именно после его работ термин «многомировая интерпретация Эверетта — Уилера» получил широкое распространение. Вообще-то, такое название неточно и уже ввело в заблуждение множество журналистов, литераторов и философов, правильнее было бы говорить «многопроекционная интерпретация», однако менять что-то уже было поздно — терминология «устоялась».

Несмотря на шокирующую экзотику построений Эверетта — Уилера, сама по себе гипотеза множественных Вселенных оказалась довольно продуктивной, вызвав еще один поток работ в области квантовой космологии. В их основе лежит удивительная модель инфляционного Большого взрыва. Согласно инфляционному сценарию, наш мир родился 13,7 миллиарда лет назад из неизвестно чего под названием космологическая сингулярность (иногда, чтобы поставить на место излишне любопытствующих об этом совершенно непонятном состоянии материи, ученые весомо добавляют: «Это была квантовая космологическая сингулярность!»). По истечении 10-43 секунды постсингулярного развития Вселенная «приобрела свое тело», мгновенно расширившись до наблюдаемых размеров. Это кратковременное сверхбыстрое (инфляционное) расширение и дало название данной теории (рис. 15 цв. вкл.). Что же «сдетонировало» в ходе Большого взрыва, породившего наш мир?