Пол Халперн - Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность [litres]

Эверетту не нравилась ни одна из существующих квантовых интерпретаций, все они выглядели произвольными и субъективными. Однажды вечером, выпив пару стаканов шерри, он поделился своими чувствами с Петерсеном, как раз зашедшим в Градуэйт-колледж. Он заявил, что квантовая физика крайне нуждается в объективном толковании, и что идея измеряемых переменных, базирующаяся на том, что ты собираешься измерять, выглядит абсурдной. Почему выбор экспериментатора должен влиять на то, что происходит в мире частиц?

Петерсен счел себя обязанным защитить взгляды своего наставника. Датчанин предложил точку зрения, согласно которой квантовое измерение было в значительной степени решенной проблемой.

Принцип дополнительности Бора обеспечивал философское обоснование, а более детальные интерпретации, такие как у фон Неймана, показывали, как рассчитывать экспериментальные результаты. Оставалось так много неисследованного в физике, и зачем изобретать колесо заново, ставить под вопрос столь успешную теорию, как квантовая механика?

Мизнер наблюдал за спором с большим интересом. Он знал, что им предстоит еще не одна такая дискуссия на протяжении семестра, и ему нравились оба подхода.

С одной стороны, он понимал сомнения Эверетта, брошенные в лицо догмам физического мейнстрима в лице Петерсена. «Хью думал, что интерпретация Петерсена просто невыносима», – вспоминал он позже.

Мизнер соглашался с Эвереттом, что неестественным кажется тот факт, что уравнение Шредингера работает для постоянных изменений, но не объясняет проблему измерения. «Это выглядело странным подходом к фундаментальному закону физики» 90, – писал он.

С другой стороны, Мизнера интересовали более злободневные вопросы теории. Работа над геометродинамикой шла полным ходом, и методы Фейнмана, приложенные к гравитации, пусть и спорным образом, предлагали более осязаемую проблему, чем донкихотовская попытка внести объективность в теорию квантовых измерений.

В погоне за квантовой гравитацией Мизнер и Уилер вскоре поняли, что ассортимент измеряемых переменных (базовых физических величин, которые будут определяться – эквиваленты позиции, импульса, энергии и т. д. для описания простых частиц) не столь очевиден. Общая теория относительности в исходной форме, предложенной Эйнштейном, поместила пространство и время на общую основу. Одно с легкостью могло быть превращено в другое, как вода и лед.

Тем не менее при любой разновидности реалистического наблюдения мы замечаем, как нечто изменяется пространственно на протяжении определенных временных интервалов – так вселенная расширяется на протяжении долгих эонов. Следовательно, процесс измерений естественным образом разделяет пространство и время, требуя, чтобы четырехмерный блок пространства-времени нарезался на трехмерные ломти с течением времени. Такое «нарезание» не может быть произвольным, оно осуществляется в соответствии с динамикой Эйнштейна.

Физики Ричард Арновитт и Стэнли Десер вместе с тем же Мизнером найдут решение этой внушительной проблемы через несколько лет, и оно получит название «АДМ-формализм».

Более философской оказалась задача отделения наблюдателя от наблюдаемого. Если вся вселенная представляет собой некоторую систему под наблюдением, как может иметь место независимое наблюдение, ведь никто не имеет возможности покинуть вселенную, чтобы осмотреть ее и измерить снаружи?

С другой стороны, все, находящиеся внутри вселенной, являются частью системы.

Задача увидеть, как может работать концепт волновой функции, не ссылаясь при этом на внешнего наблюдателя, представлялась сложной и интересной. Попытка развить способ проведения квантовых измерений без подобного коллапса выглядела равным образом устрашающей.

Эверетт постоянно думал об альтернативах Копенгагенской интерпретации, и однажды он явился к Уилеру с революционной новой гипотезой: предположим, что нет коллапса, предположим, что волновые функции каждой квантовой системы и вселенной как целого продолжают беспрепятственно развиваться в соответствии с уравнением Шредингера, уравнением Дирака и всеми непрерывными способами описания квантовых систем. Если нет коллапса, то нет нужды и во внешнем наблюдателе, следовательно, волновая функция вселенной может быть определена однозначным образом.

Это приносит нам единственное следствие, но очень необычное.

Вообразим, что у нас есть простая квантовая система, такая как атом, и ученый измеряет в ней некий параметр. Такие измерения происходят все время, и если проводятся корректно, то обычно получается один, а не несколько результатов. В таких случаях факт наблюдения в тот момент, когда оно происходит, не инициирует коллапс функции, а побуждает саму вселенную разветвляться на многочисленные возможности. Каждая ветвь будет представлять отличающийся результат, иными словами, альтернативную реальность.

Мизнера заинтриговала такая концепция, но у него возникли и сомнения в гипотезе Эверетта, которая очевидно нуждалась в доработке. Как он вспоминал: «Поначалу я отреагировал так, что мне не нравятся заключения Хью, но я уважаю его способность логически отстаивать свою точку зрения. Меня откровенно не устраивала теория Бора» 91.

Уилер же был искренне воодушевлен, он побудил своих аспирантов искать путь определения волновой функции вселенной, и Эверетту оказалось некуда деваться. После некоторых дискуссий он решил писать диссертацию по теме, а Уилер стал его научным руководителем.

Тем временем Уилер продолжал играть с червоточинами и геонами в их разных формах, словно ребенок, которому подарили новый конструктор. Он хотел сделать геоны ключевым компонентом в мире частиц, но по расчетам все выходило так, что минимальный размер классического геона-бублика сопоставим с размером Солнца, масса же его измерялась бы в миллионах солнечных, и вряд ли такой объект можно было отнести к элементарным частицам. Тем не менее Джон упорствовал, считая, что концепция слишком интересна, чтобы ее отбросить. Вероятным казалось, что квантовые коррекции помогут в конечном итоге уменьшить массу и размер.

Находясь в недолгой поездке в Европу, Уилер написал Эйнштейну и попросил у него совета по поводу геонов. Тот ответил, что они должны поговорить, когда Уилер вернется, но в октябре 1954-го у них состоялась телефонная беседа, и австриец изложил первоначальное мнение о концепции геонов.

Хотя они представляли реальные решения уравнений общей теории относительности, выглядели они при этом нестабильными. Поскольку гравитация слаба по сравнению с прочими фундаментальными силами, то будет трудно собрать устойчивую конфигурацию энергетических полей, опираясь только на их гравитационное взаимодействие.