Наша математическая вселенная. В поисках фундаментальной природы реальности - Макс Тегмарк

Рис. 8.5. Если фотографировать со вспышкой тёмную комнату, фотоны, возвращающиеся в камеру, будут нести информацию о том, что находится в комнате. Здесь показано, как даже одиночный фотон может «измерять» предметы: после того как он отразился от зеркала, информация о положении зеркала кодируется в его собственном положении. Если зеркало находится одновременно в положениях (а) и (б) в квантовой суперпозиции, то неважно, человек или фотон обнаружит, где оно: в любом случае квантовая суперпозиция разрушается.

Более того, если молекула воздуха отскочит от шара для боулинга и зафиксирует информацию об его положении в своём собственном положении (рис. 8.5), эта молекула вскоре столкнётся со многими другими молекулами, которые также получат эту информацию. Это похоже на публикацию секретных материалов на «Викиликс»: информацию копируют, затем копируют её копии, и вскоре кот высовывается из мешка настолько, что почти невозможно загнать его обратно. И так же, как вы не можете вновь засекретить распространившуюся информацию, нельзя восстановить квантовую суперпозицию. Теперь, наконец, понятно, почему параллельные вселенные III уровня остаются параллельными!

Я чувствовал, что той ночью ко мне пришёл успех. Вместе с тем я проработал вопрос в количественном аспекте. Большинство предметов могут находиться не в двух, а сразу во многих местах, и я рассмотрел этот случай (рис. 8.6). По сути, я открыл, что хотя фотон в основном разрушает квантовую суперпозицию, части её позволяет уцелеть: суперпозиция остаётся сравнимой по ширине с длиной волны фотона. Фотон, имеющий длину волны 0,0005 мм, действует практически так же, как наблюдатель, способный измерить положение предмета с точностью до 0,0005 мм. В предыдущей главе мы видели, что все частицы ведут себя, как волны, и характеризуются длиной волны. Я показал, что когда любая частица отскакивает от чего-либо, квантовая суперпозиция в масштабах, превосходящих длину её волны, разрушается.

Уже много лет я знал, что люблю физику и хочу посвятить ей жизнь. Я всегда задавался вопросом, смогу ли я сам что-нибудь привнести в неё, а не только изучать её, подбадривая с трибуны «игроков». Когда в ту ночь я отправился спать, то впервые в жизни подумал: «Да, я могу это!» Может быть, моё открытие назовут эффектом Тегмарка? Я знал: что бы ни случилось, я никогда не забуду тот вечер. Я чувствовал себя счастливым благодаря возможностям, которые у меня были, и замечательным людям, которые позволили мне присоединиться к великому делу развития науки. Мне казалось, что всё это слишком хорошо, чтобы быть правдой.

Рис. 8.6. Ваше знание о положении упавшей карты описывается матрицей плотности, которая может быть представлена в виде бугристой поверхности. Высота этой поверхности на диагонали (пунктирная линия) даёт вероятность того, что вы обнаружите карту в определённых местах, тогда как высота этой поверхности в других точках характеризует, грубо говоря, количество квантовых причуд, степень, в которой карта находится более чем в одном месте сразу. Левая матрица плотности соответствует карте, которая в равной мере находится в квантовой суперпозиции в обоих изображённых внизу положениях, на что указывают два пика, помеченных «Квантовая интерференция». После того, как от карты отразится фотон, декогеренция уничтожает эти два пика, приводя матрицу плотности к виду, изображённому справа. Она соответствует карте, фактически находящейся в одном из двух мест, но вы не знаете, в каком именно. Небольшая ширина этих пиков соответствует остающейся квантовой неопределённости вблизи положений лицом вверх и лицом вниз.

Так и оказалось. Через две недели я изложил свои соображения в первом черновике статьи, которую назвал «Кажущийся коллапс волновой функции, вызванный рассеянием». Рассеяние — это научный термин для описания поведения частиц, отскакивающих от вещества. Я впервые готовил статью для публикации и чувствовал себя, как ребёнок у рождественской ёлки. Я левша, и у меня ужасный почерк (почти каждое школьное задание возвращалось с пометкой «Поработайте над аккуратностью!»), так что было восхитительно видеть, как мои каракули превращаются в прекрасно набранные уравнения. В то же время было смешно, как я панически боялся, что найденное мной кто-то уже открыл. Я полагал, что нечто столь фундаментальное, если оно уже известно, должно упоминаться в учебниках и на моих аспирантских занятиях. Ничего подобного не было, но всё равно меня чуть не бросало в дрожь каждый раз, когда в процессе поиска литературы я открывал подозрительную ссылку. Пока всё было хорошо…

Готовясь к своей первой публикации, я даже изменил фамилию: вместо отцовской, Шапиро, взял материнскую — Тегмарк. В Швеции мне нравилось называться Шапиро. Мы привыкли быть единственной в стране семьёй с такой фамилией. А в международном научном сообществе Шапиро было столько, сколько в Швеции Андерсонов. Последней каплей стало то, что, введя в базе данных физических статей «М. Шапиро», я получил тысячи результатов. Даже на моём физическом факультете, в Беркли, нашлось трое М. Шапиро, и одна из них, Марджори, обучала меня физике элементарных частиц! Напротив, моя мать и её родственники были, насколько я могу судить, единственными Тегмарками на планете. Меня слегка тревожило, что отец может воспринять перемену фамилии как своего рода отстранение, но он заверил, что его это не беспокоит, процитировав Шекспира: «Что значит имя?»

Так продолжалось целый месяц, пока я не вернулся с рождественских каникул из Швеции. Я уже был готов отослать статью, когда всё рухнуло. Кто виноват? Энди Элби. Это он рассказал мне, что польский физик Войцех Зурек уже сделал всё это. Забудьте про эффект Тегмарка — у него уже есть название: декогеренция. Вскоре я узнал, что немецкий физик Дитер Це открыл этот эффект ещё в 1970 году.

Сначала я мало что почувствовал, как обычно, когда получаешь плохие новости. Потом я шутил об этом со своими друзьями Уэйном, Джастином и Тедом. Потом пошёл домой, не понимая, насколько я был близок к краю, и вступил в глупую перепалку с подругой о чём-то совершенно тривиальном: что она сварила рис только для себя, а мне даёт размороженный рис, из холодильника. Неожиданно я почувствовал такую тоску, что захотелось рыдать, но даже на это я оказался неспособен.

Постепенно, однако, моё отношение к тому, что меня опередили, полностью переменилось. Прежде всего, главная причина, по которой я занимаюсь наукой, состоит в том, что мне доставляет наслаждение открывать, как устроены вещи, и переоткрыть нечто бывает столь же восхитительно, как и впервые открыть, поскольку в момент открытия вы не знаете, с чем имеете дело. Во-вторых, поскольку я верю, что где-то существуют другие, более развитые цивилизации — в параллельных вселенных, если не в нашей собственной, — всё, что мы откроем здесь, на нашей планете, будет переоткрытием, и этот факт нисколько не умаляет нашей радости. В-третьих, когда вы открываете лично для себя, вы, вероятно, понимаете это гораздо глубже и, конечно, выше это цените. Изучая историю, я также пришёл к пониманию того, что значительная часть всех прорывов в науке совершалась неоднократно: когда правильные вопросы носятся в воздухе, а инструменты для работы с ними уже доступны, многие независимо друг от друга будут, естественным образом, находить одни и те же ответы. Я помню, как на лекции по квантовой механике Юджин Комминс с серьёзным лицом произнёс: «Это называется уравнением Клейна — Гордона, поскольку его открыл Шрёдингер».