Шон Кэрролл - Вселенная

Эвереттовская многомировая интерпретация квантовой механики во многом привлекательна. С онтологической точки зрения она экономична и эффективна; в ней есть всего одно квантовое состояние и одно уравнение, описывающее развитие системы. Она совершенно детерминистична, хотя отдельно взятый наблюдатель и не может сказать, в каком мире находится, пока не посмотрит на него. Поэтому в тех прогнозах, которые делает человек, неизбежно присутствует некоторый вероятностный компонент. В данном случае мы без труда можем объяснить такие вещи, как измерительный процесс, причём для выполнения таких измерений абсолютно не требуется участия сознающего наблюдателя. Всё вокруг — просто волновая функция, а все волновые функции развиваются единообразно.

Разумеется, существует бесчисленное количество Вселенных.

Многие возражают против многомировой интерпретации, так как им просто не нравится идея обо всех этих Вселенных. Особенно о Вселенных, недоступных для наблюдения, — согласно теории, они существуют, но нет никакого реального способа когда-либо их увидеть. Это не очень рациональное возражение. Если наша наилучшая теория прогнозирует, что нечто является истинным, то мы должны присвоить такой истинности относительно высокую субъективную вероятность по Байесу, пока у нас не появится теория получше. Если вам неуютно думать о множестве Вселенных, либо вы априори относитесь к этой идее негативно, то во что бы то ни стало постарайтесь выработать более точную формулировку квантовой механики. Однако негативное ощущение — не принципиальная позиция.

Чтобы примириться с многомировой интерпретацией, важно понять, что эта гипотеза не начинается с формального представления квантовой механики, к которому затем добавляется подозрительно большая Мультивселенная. Формальное представление уже допускает существование всех этих Вселенных, как минимум потенциально. Квантовая механика описывает отдельные объекты как суперпозиции различных результатов измерений. Волновая функция Вселенной автоматически допускает возможность, что вся Вселенная находится в такой суперпозиции, которую мы далее начинаем трактовать как «множество миров». Все остальные версии квантовой механики только тем и занимаются, что пытаются избавиться от множественности миров , — для этого меняется динамика, добавляются новые физические параметры либо отрицается существование реальности как таковой. Но такие теории не дают никакого выигрыша в объяснении или прогнозировании явлений, а также без надобности подменяют простую структуру более сложной — по крайней мере, так считают сторонники Эверетта.

Это не означает, что у нас нет веских причин скептически относиться к эвереттовской квантовой механике. По Эверетту, разветвление волновой функции в разные параллельные миры — это не объективное явление, а просто удобный способ рассуждения о базовой реальности. Но по какому именно признаку лучше всего проводить границу между Вселенными? Почему мы наблюдаем эмерджентность реальности, которая хорошо аппроксимируется законами квантовой механики? Это совершенно оправданные вопросы, но сторонники многомировой интерпретации считают, что вполне могут на них ответить.

Говоря об общей картине, из этой дискуссии следует сделать два важных вывода. Во-первых, хотя мы пока не вполне представляем, как работает квантовая механика на фундаментальном уровне, мы не знаем о ней ничего такого, что однозначно развенчивало бы детерминизм (будущее всегда проистекает из настоящего), реализм (существует объективный реальный мир) или физикализм (мир — чисто физический). Все эти свойства ньютоновской/лапласовской Вселенной, напоминающей часовой механизм, вполне могут оставаться истинными и на уровне квантовой механики — но пока мы в этом не уверены.

Другой важный вывод применим ко всем интерпретациям квантовой механики: наблюдаемая нами картина мира очень отличается от складывающегося у нас описания ненаблюдаемого мира. По мере того как на протяжении веков человек приобретал новые знания, мы были вынуждены радикально реорганизовывать наши планеты убеждений, чтобы соотнести их с новыми представлениями о физической Вселенной, и квантовая механика — определённо одна из таких переделок. В некотором смысле она является окончательной унификацией: оказывается, на глубочайшем уровне реальности не просто нет таких вещей, как «горы» и «океаны», — там нет даже «электронов» и «фотонов». Есть только квантовая волновая функция. Всё остальное — условные описания.

Насколько нам сейчас известно, Вселенная устроена по законам квантовой механики. Но квантовая механика — это не конкретная теория для описания мира, а контекст, в рамках которого могут быть сформулированы те или иные теории. Точно так же, как классическая механика включает в себя теорию движения планет вокруг Солнца или теорию электричества и магнетизма, или даже эйнштейновскую общую теорию относительности, существует огромное число самостоятельных физических моделей, считающихся «квантовомеханическими». Если мы хотим знать, как именно устроен мир, то должны спросить: «Квантовомеханическая теория чего ?».

Возможно, сразу захочется ответить: «Частиц и взаимодействий». Например, говоря об атоме, мы знаем, что его ядро — это совокупность частиц, которые называются протонами и нейтронами , а частицы, вращающиеся вокруг ядра, называются электронами . Протоны и нейтроны удерживаются вместе под действием силы ядерного взаимодействия, а электроны удерживаются вокруг ядра под действием другой силы (силы электромагнитного взаимодействия). Все физические тела притягиваются друг к другу под действием ещё одной силы (гравитационного взаимодействия). Логично предположить, что мир состоит именно из частиц и взаимодействий, и эту фундаментальную материю описывает квантовая теория реальности.

Почти так, но не совсем. Наша наилучшая теория мира — как минимум в той области применения, которая включает повседневный опыт, — делает ещё один шаг в сторону унификации и полагает, что и частицы, и взаимодействия возникают из полей . Поле в некотором отношении противоположно частице; частица занимает определённое место в пространстве, а поле простирается через всё пространство и в каждой точке пространства имеет конкретное значение. Согласно современной физике, все частицы и взаимодействия, благодаря которым образуются атомы, возникают из полей. Такая концепция называется квантовой теорией поля . Именно квантовая теория поля со всей определённостью свидетельствует о том, что нельзя согнуть ложку силой мысли и что нам известны все частички, из которых состоим я и вы.