Павел Амнуэль - Уходящие в темноту. Собрание сочинений в 30 книгах. Книга 22

Похоже, что да. Такие эксперименты уже проводятся, и начало им положила работа израильских физиков Авшалома Элицура и Льва Вайдмана, опубликованная в 1994 году.

Как увидеть черную кошку в черной комнате?

Многие физики считают, что многомирие – красивое предположение, действительно избавляющее квантовую механику от странного парадокса коллапсирующей волновой функции. «Но, – продолжают они, – всякая научная теория, согласно Проппу, должна быть верифицируемой и фальсифицируемой. Иными словами, истинно научную теорию можно проверить в эксперименте, а можно и опровергнуть. Однако ни проверить экспериментом, ни опровергнуть предположение о многомирии невозможно, а потому это не физическая теория, а всего лишь философическое измышление».

И это действительно было так лет двадцать назад. Уже в начале девяностых годов прошлого века физики обсуждали несколько вариантов «многомирий» и не представляли, как доказать, что существует на самом деле хотя бы одно из них. Многомирие получалось, например, в расчетах инфляционной модели Большого взрыва, которую предложил Андрей Линде. Если предположения и расчеты правильны, то, оказывается, в результате хаотического процесса инфляции после Большого взрыва возникает не единственная Вселенная, а великое множество вселенных, которые «отпочковываются» друг от друга подобно виноградной грозди. И казалось, что проверить (доказать или опровергнуть) это утверждение не удастся никогда: ведь другие вселенные многомирия по Линде образуются за пределами нашей, видимой, Вселенной!

Однако в 2012 году были опубликованы результаты измерений температуры реликтового излучения в разных точках неба, и неожиданно оказалось, что это излучение не так однородно, как представлялось прежде. Видны странные области с пониженной температурой реликтового фона, и ученые выдвинули гипотезу: наша Вселенная столкнулась с другой, соседней, вселенной, результат этого столкновения мы и наблюдаем. Значит, существуют другие вселенные! Значит, многомирие – реальность?

А есть еще многомирие по Эверетту. Предположение о том, что всякий раз, когда в природе происходит процесс, имеющий несколько возможных исходов, то реализуется не один вариант (в нашей вселенной), а все, какие только возможны (но каждый – в своей вселенной). То есть, в результате любого физического процесса вселенная ветвится, возникают новые вселенные, которые затем развиваются своим путем. У многих физиков (а не у физиков – тем более) сложилось мнение, что доказать многомирие по Эверетту невозможно (недавно считалось, что невозможно доказать многомирие и по Линде). На самом деле и этот вид многомирия можно обнаружить экспериментально. Не только можно – это уже было сделано больше десяти лет назад! А сегодня с помощью иных миров можно наблюдать то, что, казалось, увидеть невозможно в принципе.

Вот пример.

Как обнаружить черную кошку в черной комнате, не зная даже, находится ли там кошка? По идее, нужно или зафиксировать хотя бы один фотон, этой кошкой излученный (но тогда кошка перестает быть черной), или осветить кошку каким-нибудь излучением (но тогда перестает быть черной комната, в которой проводятся измерения). В обоих случаях или кошка, или комната перестают быть черными, и сам эксперимент теряет смысл.

А можно ли обнаружить местоположение черной кошки в черной комнате, не получив от нее ни одного фотона – излученного или отраженного?

Классическая физика дает на этот вопрос однозначный ответ: нет, невозможно. Однако с появлением квантовой физики и, особенно, после работы Хью Эверетта, предположившего существование не одного, а множества ветвящихся миров, ситуация принципиально изменилась. Квантовые законы позволяют узнать, есть ли кошка в комнате, и даже более того – выяснить, где именно она находится, не только не касаясь бедного животного, но не получив от него ни единого фотона. Мы можем сказать «в нашем мире здесь есть кошка» или «в нашем мире здесь ее точно нет», получив информацию из другой ветви эвереттовского многомирия, т. е. мы можем узнать о существовании предмета, не имея от него ни единого бита реальной информации, и все это – благодаря странным свойствам квантового ветвящегося мира.

Метод, с помощью которого можно изучать предмет, никак с ним не соприкасаясь, получил название бесконтактного метода измерений, и ученые, исследующее это удивительное явление, считают, что в будущем вся измерительная техника станет совсем другой. Возможно это только в том случае, если мы живем в реальном многомирии. В ветвящейся Вселенной.

В 1993 году два израильских физика Авшалом Элицур и Лев Вайдман описали в статье, опубликованной в Found. Physics, интересный мысленный эксперимент. «Предположим, – сказали они, – что на складе находятся бомбы, половина из которых исправна, а половина испорчена. Нужно отделить исправные бомбы от испорченных. Но есть одна особенность: каждая бомба (неважно – исправна она или нет) снабжена детектором, и если на него попадет один-единственный фотон, исправная бомба немедленно взорвется. Неисправная бомба не взорвется, конечно, но нам-то какая от этого польза, если в результате проверки мы будем иметь только неисправные бомбы, а все исправные взорвутся – ведь невозможно обнаружить что бы то ни было, не направив на предмет луч света или не получив от предмета излученный им фотон».

Если предположить (согласно идее Эверетта), что при каждом взаимодействии мироздание расщепляется, то всё не так, и Элицур с Вайдманом придумали способ, с помощью которого можно определить, исправна ли бомба, вообще ее не касаясь и ни единым фотоном не нарушая ее спокойствие.

Для этого они предложили использовать интерферометр Маха-Цандера. От обычного прибор отличается наличием двух зеркал, полностью отражающих падающий на них свет, и двух полупрозрачных – половину фотонов эти зеркала пропускают, а половину отражают. Расположены зеркала таким образом:

Рисунок 1. Слева внизу – источник света (фотонов). А и В – детекторы, фиксирующие попадание (или отсутствие) фотона. Черные параллелограммы – зеркала, полностью отражающие излучение, серые – полупрозрачные. Бомба, которую нужно обнаружить и протестировать, расположена на нижнем рисунке под первым (полупрозрачным) зеркалом.

«Давайте, – предложили Элицур и Вайдман, – под одним из зеркал поместим бомбу, о которой мы хотим узнать, исправна она или нет. Запустим в интерферометр один-единственный фотон и посмотрим, что произойдет».

Фотон может двигаться от зеркала к зеркалу разными путями, и Элицур с Вайдманом рассмотрели, что будет происходить в каждом случае. В конце пути – это легко видеть на схеме – фотон будет зарегистрирован или детектором А, или детектором В, других возможностей нет. Какой из них сработает, зависит от хода лучей света в каждом конкретном эксперименте.