Андрей Бочаров - Настоящая фантастика – 2013 (сборник)

Теперь вернёмся к каталогу автомашин. Вещь по имени автомобиль – это вовсе не то, что вы думаете. Не рычащая железяка. Это – вот этот каталог, со всеми возможными позициями. Такому правильному взгляду на жизнь учит нас квантовая механика. Машина – это кисель возможностей из каталога, суперпозиция предлагаемых вариантов. И в каждом варианте вы встретите свой коэффициент – это цена позиции.

Выбор машины с точки зрения квантовой теории – это акт измерения. Но сказать только это – значит преднамеренно ввести вас в заблуждения. Потому что каждый полагает, что выбрать – это значит полистать каталог и ткнуть пальцем в картинку со словами: «Куплю эту «Хонду». Нет, в квантовой теории выбрать означает заплатить продавцу цену согласно коэффициенту при волновой функции и получить свою железяку. Происходит так называемый коллапс волновой функции. Квантовая система перестаёт быть таковой. Вместо каталога вы имеете материальный автомобиль. Вещь.

А то, что считаете выбором вы, – это и есть тот самый загадочный и тонкий процесс, которому и посвящён весь доклад. И в этом тонком процессе задействованы такие материи, как предпочтение по цвету, марке, престижность данного авто, как вы это понимаете. Если к вашей даче ведёт разбитая дорога, то вас интересуют в первую очередь полноприводные машины с высоким клиренсом. И так далее. Заметим главное: ваши явные, и особенно неявные, предпочтения как бы соединяются с каталогом, многие даже проявляются только тогда, когда вы этот каталог листаете. «Оба-на, какая ещё марка есть!»

Итак, вы купили. Распад суперпозиции в одно из альтернативных состояний называется редукцией фон Неймана или «объективной редукцией», сокращённо – OR, ИЛИ.

Многие слышали про знаменитого кота Шрёдингера, но мало кто толком помнит, что там, в ящике, происходит. Мысленный эксперимент Шрёдингера описывает незавидное положение кота в ящике, в котором испущенный фотон падает на полупрозрачное зеркало, а переданная часть его волновой функции регистрируется датчиком. Поскольку зеркало полупрозрачное, датчик может обнаружить фотон, а может не обнаружить. Если датчик обнаруживает фотон, то срабатывает пистолет, убивающий кота. Если датчик не обнаруживает фотон, то кот остаётся жив и здоров. Волновая функция такой системы является суперпозицией этих двух возможностей… То есть, пока не произведено измерение, кот и жив, и мёртв равновероятно.

Как измерить эту систему? Просто: открыть ящик. Измерительным прибором будут наши органы чувств, а то, что мы увидим, обратно же – коллапс волновой функции . Нет больше никаких таинственных суперпозиций, а есть либо окровавленная тушка, либо из ящика выпрыгнет живой и здоровый кот. Квантовое состояние разрушено измерением. Это и есть редукция фон Неймана.

Но в квантовой физике измерительный прибор влияет на квантовую систему, а – внимание – квантовая система в свою очередь влияет на измерительный прибор! Вспомним пример с каталогом, когда многие желания у нас возникли только после того, как мы его полистали. Запомните это внимательно: КВАНТОВАЯ СИСТЕМА ВЗАИМНО ВЛИЯЕТ НА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР. Это нам пригодится.

Ещё одна штука: результат измерений зависит от того, есть ли на шкале нашего прибора соответствующие риски, чёрточки для фиксации возможных состояний. В ситуации с автомобилем это означает – есть ли у вас права, умеете ли вы водить. Если нет, то каталог вам не нужен. Нет, полистать вы его, конечно, можете, но процесс измерения вам недоступен.

В случае с котом мы умеем видеть два состояния: жив или мёртв. Не бывает чуточку беременных, не бывает немного мёртвых, знаем мы. Но это только потому, что на шкале нашего прибора нет соответствующих рисок.

Что ещё может произойти с котом? Возможна реализация ещё двух квантовых состояний. Известный историк Гумилёв любил говорить (повторяя вслед за В.И. Вернадским): смерть есть отделение пространства от времени. В квантовой механике мы вполне можем глянуть на кота Шрёдингера в геометрии пространства-времени.

Мгновенно обнаруживаются ещё два состояния при вскрытии ящика: в геометрии пространства кот жив, но в геометрии времени – мёртв. И наоборот. В геометрии пространства кот мёртв, в геометрии времени – жив.

Всё это вроде как бы не наблюдаемо, но в фантастике есть точное описание состояния, когда пространственно объект жив, а во времени – мёртв: это старый добрый зомби. Обратное состояние представить сложнее, но очевидно, что это мёртвая, неподвижная тушка кота, а рядом – его активный, яростно мяукающий призрак. Как видите, ничего сложного, просто никакие наши приборы не умеют отделять пространство от времени, оттого мы этих чудес и не наблюдаем.

2. Явление квантовой запутанности и декогеренции (потери фазовых соотношений между элементами волновой функции). Измерительный прибор как квантовая система, запутанная на измеряемую квантовую систему. Мозг как квантовый компьютер и сознание как квантовый феномен.

Многие, если не все, специфические свойства и парадоксы квантовых измерений имеют своим источником свойства так называемых запутанных состояний. Поэтому, чтобы прояснить сложные процессы, протекающие, например, при выборе автомобиля (а мы уже с вами убедились, что это таки квантовый процесс), нам крайне необходимо осмыслить ещё одно важное явление – квантовая запутанность или перепутанность (entanglement). Это понятие введено самим Шрёдингером в 1935 году, тогда же, когда он придумал своего кота, а явление запутанности стало объектом активных исследований начиная с девяностых годов. О запутанности говорят, когда вроде бы имеют дело с несколькими объектами, но которые ведут себя настолько согласованно, словно образуют единое целое. При этом сами системы могут быть разнесены в пространстве. В этом случае объекты описываются единой волновой функцией.

Если две запутанные системы находятся в суперпозиции состояний, то, измерив состояние одной, можно узнать состояние другой. Например, можно запутать два электрона, спин одного из которых направлен вверх, а другого – вниз. Если перевернуть спин одного электрона вверх, окажется, что спин другого опрокинулся вниз. При этом взаимодействия между электронами нет, поскольку находятся они друг от друга очень далеко, хоть за миллион парсеков. С парсеками пока плохо, но есть сведения, что недавно физикам удалось запутать атомы на расстоянии метра друг от друга. А это уже макрорасстояния. Как выясняется, запутанные состояния электронов отвечают и за навигацию птиц в их сезонных миграциях, и за фотосинтез.

Проблема и она же суть любого измерения (выбора) состоит в том, что взаимодействие между системой и её окружением приводит к их запутыванию. Запутываются все и запутывается всё. Запутываются каталог и покупатель, запутывается ассортимент товаров в мегамоле и опять же покупатель. Вот вам экзистенциальная проблема, обнаруженная Камю. Самая страшная проблема – проблема выбора. Не зря многие покупатели покидают супермаркет, набрав огромное количество ненужных им вещей. Потому что именно запутываются, в буквальном смысле. Иногда до головокружения. Можно сказать, что в момент выбора из суперпозиции возможностей мы впадаем в состояние лёгкой шизофрении. И не всегда лёгкой. И не всегда можем рационально объяснить свой выбор. А если объясняем рационально, это вовсе не означает, что объяснение хоть как-то соответствует истинной причине выбора. Квантовая механика даёт нам строгое понимание этого процесса. Называется он декогеренцией .