На лужайке Эйнштейна. Что такое НИЧТО, и где начинается ВСЕ - Аманда Гефтер

Мы с Войцехом Журеком в Лос-Аламосе.

Фото: У. Гефтер.

Размазывая когерентность суперпозиций и придавая квантовым распределениям вероятностей классический вид, декогеренция в среде, на первый взгляд, приводит к обрезанию квантовых волновых функций, превращая множество возможностей в единственную актуальную действительность. В реальности никакого коллапса волновых функций не происходит. В реальности электрон запутывается с каждой молекулой воздуха, с которой он взаимодействует, его волновая функция накладывается на волновую функцию каждой молекулы. В реальности все становится еще более квантовым. Мы просто этого не замечаем, потому что мы не наблюдаем за молекулами воздуха. Если бы мы измеряли не только электроны и регистрирующий их прибор, но также окружающую их среду, мы бы увидели такую интерференционную картину, какую до сих пор никто никогда не наблюдал.

Журек встретил нас в дверях своего дома. Он тепло нас приветствовал, но выглядел немного диковато – с взлохмаченными рыжими волосами, такого же цвета бородой и тяжелым польским акцентом. Мы проследовали за ним в большую гостиную, которая была выполнена в юго-западном стиле: облицованный камнем камин в одном конце комнаты и панорамные окна от пола до потолка, с видом на горы и каньоны внизу, – в другом.

– Как вы познакомились с Уилером? – спросила я, едва мы расселись на диванах.

– В 1975 году я начал работать над дипломом в Техасском университете, а через год туда приехал Джон Уилер, – начал Журек. – Я ходил на его лекции по электродинамике. Особенно мне нравилось, когда Джон пытался вывести что-нибудь на доске. Иногда у него это не получалось, и вместо того чтобы испытывать досаду, он перечеркивал написанное и выводил большими буквами «неверно». Такая свобода в признании права на ошибку стала для меня одним из самых важных уроков. Еще через год или два я записался на его семинар по квантовым измерениям. Там мы знакомились с новыми безумными идеями – и тоже, случалось, не оставляли от них камня на камне. Как будто опять писали на доске «неверно». Вы можете увлекаться безумными идеями, но в какой-то момент им надо дать честную оценку. После этого я стал приверженцем подхода Уилера к изучению физики и квантовой механики. Не просто квантовой механики – чего-то значительно бо́льшего. Проблема квантовых измерений, если заняться ею серьезно, приводит к завораживающему открытию, уводящему далеко за пределы собственно квантовой физики: вы начинаете понимать, как мы, наблюдатели, живые существа, существуем во Вселенной. Как наше существование согласуется с физическими законами.

– И с тех пор значительную часть своего внимания вы сосредоточили на проблеме, как классический мир возникает из квантового, – сказала я.

– Суперпозиция означает, что если у вас есть два квантовых состояния, то вы можете их комбинировать в произвольной пропорции, получая новое квантовое состояние, – пояснил Журек. – Пока нет декогеренции, любое такое состояние, любая суперпозиция любых суперпозиций законна. И все же Луна находится где-то в одном месте, а кошки – либо живы, либо мертвы. Эйнштейн указывал, что квантовая механика замкнутых систем не дает объяснения такой однозначности. Его дает декогеренция.

– Недавно вы предложили теорию, которую назвали квантовым дарвинизмом, – выпалила я. – Я встречала где-то упоминание о ней, но не могла понять, в чем заключается теория.

– Квантовый дарвинизм идет значительно дальше одной только декогеренции. Он начинается с признания, что мы ничего не измеряем напрямую, – сказал Журек. – Мы просто выделяем объекты из окружающей среды. Вот вы сейчас смотрите на меня. Мы находимся всего в паре метров друг от друга. Среди всех регистрируемых вами фотонов вы выделяете крошечную долю тех, что были рассеяны на мне – и это единственная причина, по которой вы знаете, где я нахожусь и как я выгляжу. Очевидно, что эта информация рассеяна вокруг меня во множестве копий. Для декогеренции достаточно одного вопроса. Но в реальной жизни окружающая среда занудно задает один и тот же проклятый вопрос множество раз и распространяет один и тот же скучный ответ во все стороны. Мы выхватываем лишь крошечную его часть.

Что ж, это было интересно. Главное отличие квантовой информации от классической заключается в том, что, получая бит квантовой информации, вы тут же ее изменяете. У вас возникает запутанное квантовое состояние. Вы не можете взглянуть на квантовое состояние, получить какую-то информацию о нем и пойти себе – пусть теперь другие на него смотрят. В этом суть теоремы о запрете клонирования, которую многие физики считают одним из проявлений важного физического закона, полагая, что в будущем на его основе они разработают средства, обеспечивающие тайну переписки и кодирования конфиденциальной информации. Квантовое сообщение невозможно перехватить, не изменив его при этом. Даже если ко мне случайно попадет одно-единственное квантовое состояние, единственный бит квантовой информации, – больше никакой другой наблюдатель никогда не сможет увидеть его в прежнем виде. Оно не может быть инвариантом. Что такое? Сбитая с толку, я записала себе в блокнот: «Может ли быть реальным единичное, уникальное квантовое состояние? Или реальность раздается в порядке живой очереди?»

– Таким образом, объективная реальность возникает тогда, когда в нашем распоряжении существует достаточное количество копий, чтобы все мы пришли к согласию о том, что мы наблюдаем? – спросила я.

– Да, именно так, – ответил Журек, кивая. – В том-то все и дело. Надо понять объективность. В квантовой Вселенной мы ничего не измеряем напрямую. Если бы я проводил прямое измерение системы, я бы нарушил ее состояние. Но я никогда не делаю этого, потому что, как правило, среда сама делает измерения за меня. Она принимает решение, какой набор состояний измерить и размножить, а я никогда не взаимодействую с системой непосредственно. Я просто использую окружающую среду в качестве свидетеля. Наблюдатель получает информацию, которая уже широко распространена в окружающем пространстве.

– Много лет назад у нас был разговор с Уилером, и тогда он произнес две загадочных фразы. Мы надеемся, что вы можете рассказать нам, что он имел в виду. Первый тезис состоял в том, что Вселенная представляет собой самонастраивающийся контур.

– Я думаю, что это была такая формула, вроде даосской. Ее предназначение в том, чтобы вдохновить вас. Не похоже, что под этим крылось что-то конкретное. Он нарисовал свою картинку, где большое U с глазом рассматривает себя, – мне нравится этот рисунок. Но я не знаю, как передать смысл этой формулы на языке математики. Поговорите с космологами: антропный принцип сегодня набирает все больше и больше сторонников и восходит отчасти к работам Джонни Уилера. Я не сторонник этой идеи, она мне кажется чем-то не совсем законным, как будто от нас скрывают что-то важное. Но в ней есть признание связи между тем фактом, что мы наблюдаем Вселенную, и тем, что она пригодна для существования наблюдателей. И если существует огромное множество возможных вселенных с разными физическими законами, то условие возможности существования наблюдателей может рассматриваться как фильтр, который позволит выбрать из этого множества небольшое подмножество вселенных, удовлетворяющих этому условию. Но я не думаю, что эта точка зрения в полной мере отражает точку зрения Уилера. Я думаю, что он предполагал уникальность Вселенной.