Олег Фейгин - Квантовые миры Стивена Хокинга

Главная проблема этих теорий заключается в неполной совместимости с теорией относительности. В момент, когда Вселенная представляла собой безразмерную точку, она должна была обладать бесконечной плотностью энергии и кривизной пространства и внутри нее должны были возникать мощные квантовые флуктуации, что невозможно с точки зрения творения Эйнштейна.

Для решения этой проблемы ученые разработали несколько альтернативных теорий, в которых Вселенная рождается в иных, менее экстремальных условиях. К примеру, Стивен Хокинг и Джеймс Хартл предположили в 1983 году, что Вселенная была точкой не только в пространстве, но и во времени, и до ее рождения времени просто не существовало. Это лишает смысла вопрос о «начале» Мироздания.

Видный космолог Александр Виленкин считает, что наша Вселенная — это своеобразный пузырь ложного вакуума внутри вечного и постоянно расширяющегося Мультиверса. Там, в результате квантовых флуктуаций вакуума, постоянно возникают подобные «пузыри», рождаясь в буквальном смысле из ничего.

Обе эти теории позволяют обойти вопрос «начала времени» и несовместимости условий Большого взрыва с эйнштейновской релятивистской физикой. При этом встает новый вопрос: способны ли подобные варианты расширения Вселенной породить ее в том виде, в котором она сейчас существует, и можно ли найти следы других миров за пределами нашего?

Следующий шаг в поисках иного варианта Мультиверса в границах квантовой реальности Хокинг сделал в семидесятых годах прошлого века, изучая теоретические построения Хью Эверетта. Тут самое время вспомнить наш рассказ о самой необычной попытке объяснить вероятностный характер квантовой механики американского физика Эверетта, который предложил теорию проекций множественных вселенных. Его «многомировая интерпретация» квантовой механики описывала Вселенную в целом, т. е. в космологическом плане. В концепции Эверетта каждый раз, когда происходит взаимодействие между двумя квантовыми системами, волновая функция Вселенной расщепляется, порождая «ветвистый куст» разнообразных мировых линий, составляющих разнообразные исторические последовательности.

Согласно этой теории, существует не одна, а сразу множество вселенных, в точности подобных нашей по физическому составу материальных тел. Если мы наблюдаем за распадом какого-то радиоактивного элемента и видим, что этот распад произошел, скажем, через 5 минут, то это верно только для данной вселенной. В другой, «параллельной» вселенной его копия распадется через 10 минут, а в третьей — через 15. Иными словами, вероятность распада соответствует множеству вселенных, в которых копия распадается через данное время; сам же радиоактивный элемент ведет себя вполне однозначно и никакой статистичностью не обладает.

С самого начала вокруг теории Эверетта возникла бурная дискуссия. Ведь для тех квантовых расчетов, которыми пользуются физики при описании своих экспериментов с элементарными частицами и при создании различных квантовых приборов, совершенно безразлично, верна теория Эверетта, или нет. Но вот для квантовой гравитации, которой занимаются Хокинг и Торн, такая теория может означать очень многое.

Что же представляла собой волновая функция Вселенной? Хокинг считал, что и сам Эверетт не имел ясного представления о столь глубокой абстракции. Разумеется, он оперировал с соответствующим математическим образом и использовал довольно сложный математический аппарат. Однако реальная сущность его построений до сих пор вызывает не утихающие споры.

Надо заметить, что исторически более наглядна модельная схема, получившая впоследствии название «железнодорожная аналогия Уилера». В этой модели при квантовых измерениях перед наблюдателем как бы оказывается железнодорожная стрелка, и его «мировой поезд» может пойти в одном из нескольких направлений. В зависимости от того, в каком направлении пойдет поезд, наблюдатель увидит тот или иной результат измерения. Возможные направления поезда соответствуют альтернативным результатам измерения или различным эвереттовским мирам.

Строя свое квантовое многомирье, Хокинг оперировал сугубо космологическими понятиями, главным из которых был вектор состояния для Вселенной в целом. Нет ничего более макроскопичного, чем сама Вселенная, и в этом случае граница классичности исчезает полностью. Однако Хокинг считал, что многомировая интерпретация в своем исходном варианте реально не упраздняет границу микромакромира, а смещает ее в направлении между физической Вселенной и сознанием наблюдателя.

Иными словами, квантовая кошка Шрёдингера может быть действительно живой и мертвой в один и тот же момент времени, но в разных проекциях нашего Мира.

В этом подходе Хокинга окружающая физическая реальность рассматривается как замкнутая система, включающая и измеряемую подсистему, и прибор, и наблюдателя, словом, всю Вселенную в целом. Согласно интерпретации Хокинга, позже дополненной Пенроузом, каждый вариант развития нашей действительности описывает целый мир, и ни один из них не имеет преимущества перед другим. Имеется столько миров, сколько альтернативных результатов имеет рассматриваемое измерение, и в каждом из этих мирозданий имеется и измеряемая система, и прибор, и наблюдатель. Получается, что 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.

Таким образом, в интерпретации Эверетта одинаково реальны все результаты измерения, но реализуются они в разных мирах. Конечно, и в интерпретации Эверетта проблема селективного выбора результата измерения все же существует, но формулируется она иначе. Выходит, что поскольку все результаты измерений одинаково реальны, то главным является вопрос о том, в каком же из эвереттовских миров оказался данный наблюдатель.

В последней работе Хокинг и его коллега Томас Эртог из Левенского университета (Бельгия) попытались дать ответ на этот вопрос, построив еще одну теоретическую модель вечно расширяющегося Мультиверса и представив ее в виде двумерной голограммы.

Главная идея этой статьи сводится к поиску следов существования именно параллельных вселенных и тому, как человечество может найти эти следы. Еще раньше вместе со своим другом и коллегой Пенроузом Хокинг предложил интересную идею о том, что в Мультиверсе каждая составляющая этот мегамир вселенная может сохранять отпечатки существования соседних вселенных. В нашем случае это могут быть некие неоднородности в так называемом фоновом микроволновом излучении Вселенной, которое называют реликтовым эхом Большого взрыва. В принципе, неоднородности микроволнового фона можно зафиксировать детекторами космических зондов. По словам самого Хокинга, эта идея дает потрясающую перспективу открытия первых следов существования иных миров…