Терри Пратчетт - Наука плоского мира IV: Судный день

Так вот, в некотором смысле классическая Вселенная представляет собой суперпозицию всевозможных квантовых состояний, и именно к объяснению этого явления так стремятся квантовые физики. Тем не менее, все эти квантовые альтернативы порождают лишь одну классическую Вселенную вот почему коты не похожи на суперэлектроны. В книге КЭД [26] Квантовая электродинамика прим. пер. Фейнман объясняет это явление на примере световых лучей. Согласно классическому (то есть неквантовому) закону отражения, «угол падения луча, направленного в зеркало, равен углу отражения». Другими словами, луч падает и отражается под одним и тем же углом. В классической Вселенной есть только один исход, который определяется простым геометрическим правилом. В квантовой Вселенной луч света как таковой не существует его роль играет квантовая суперпозиция волнообразных фотонов, движущихся во всевозможных направлениях.

Если вы построите модель светового луча, опираясь на этот принцип, то окажется, что фотоны определенным образом концентрируются вблизи классического луча. Каждый фотон движется по собственной траектории; даже их точки соприкосновения с зеркалом могут отличаться друг от друга, а дальнейшее направление движения вовсе не обязано подчиняться классическому закону равных углов. Но если сложить волны, соответствующие каждому из фотонов то есть каждому из потенциальных квантовых состояний системы с учетом их вероятностей, то в результате мы как по волшебству получим ответ, весьма близкий к классическому отраженному лучу. Фейнман смог убедить читателей в справедливости этого специфического результата без каких-либо расчетов. Блестяще!

Обратите внимание на то, как полная квантовая суперпозиция, состоящая из всевозможных состояний, включая и такие безумные варианты, как движение по волнообразным траекториям или фотоны, которые многократно ударяются о зеркало, приводит к единственному классическому исходу именно его мы и наблюдаем. Она не порождает суперпозицию, состоящую из множества классических Вселенных, и этим отличается от традиционной истории о том, что мир, в котором Вторая мировая война завершилась победой Адольфа Гитлера, как и мир, в котором Гитлер потерпел поражение, а также неисчислимое множество других вариантов, реализующих все вероятные исходы в любой момент времени, сосуществуют друг с другом.

Да, но нельзя ли разделить такую квантовую суперпозицию на несколько классических сценариев, чтобы их суперпозиция совпадала с квантовой? Каждый классический сценарий был бы представлен в виде суперпозиции некоторых квантовых состояний, к тому же нам пришлось бы тщательно следить за тем, чтобы ни одно из состояний не использовалось дважды, но возможно ли это в принципе? Если да, то наше возражение насчет Вселенной с несколькими версиями Гитлера не будет иметь никакого значения.

Наиболее разумные классические отклонения от сценария с равными углами связаны с классическим выбором места падения луча (от которого зависит угол падения) и угла, под которым он возвращается обратно (угол отражения). Иначе говоря, мы рисуем множество прямых линий, которые выходят из источника света, достигают зеркала, а затем отражаются вероятно, под разными углами.

Так вот, в океане вероятных квантовых состояний действительно существуют фотоны, траектории которых воспроизводят всевозможные движения классического луча. Но если мы изменим точку, в которой этот луч касается зеркала, и попытаемся синтезировать луч в виде суммы близлежащих квантовых состояний, у нас ничего не получится. Чтобы воссоздать первоначальный набор фотонных траекторий, которые правильно описывают падающий луч, для каждой траектории необходимо указать вероятность, сконцентрированную вблизи этого луча. В таком случае траектории, расположенные в окрестности другого луча света, получат неправильные вероятности, которые не подойдут под описание его альтернативы. Словом, изменить точку соприкосновения с зеркалом нельзя. Это означает, что траектории, отражающиеся под другим углом, в принципе не являются классическими; в классической физике они невозможны, так как все классические траектории подчиняются закону отражения.

По-видимому, этот мысленный эксперимент, в котором описывается мини-Вселенная с зеркалом и световым лучом, указывает на то, что упомянутая квантовая суперпозиция соответствует единственному классическому состоянию, и разделить ее на несколько классических состояний не представляется возможным. Вероятно, этого можно добиться с помощью какого-нибудь хитроумного способа, но только не в мире падающих и отраженных лучей. Иначе говоря, несмотря на то, что множество квантовых состояний в этой мини-Вселенной бесконечно велико, существует лишь одна суперпозиция, которая подчиняется классической сюжетной линии. И поскольку это свойство проявляется в такой простой мини-Вселенной, можно предположить, что более сложные миры устроены аналогичным образом. В частности, несмотря на то, что классический вариант истории, в котором Гитлер проиграл Вторую мировую войну, можно разделить на невообразимое число квантовых альтернатив, все эти состояния описывают только одну классическую сюжетную линию поражение Гитлера. Более того, нельзя разбить это состояние на несколько классических альтернатив, просто поделив на части квантовые состояния, лежащие в его основе.

Если эти рассуждения верны, то у нас нет оснований считать, что отдельные квантовые состояния это нечто большее, что просто полезные математические функции.

Главная проблема, связанная с котом Шредингера, заключается вовсе не в квантовой суперпозиции, а в нашей неспособности описывать результаты квантовомеханических наблюдений так, чтобы они соответствовали реальному экспериментальному оборудованию. Когда мы проводим наблюдения и видим, что только одно из множества потенциальных состояний проявляется в действительности, мы отказываемся признавать собственное непонимание происходящего и вместо этого продолжаем настойчиво утверждать, что Вселенная делится на части, которые в совокупности реализуют все возможные варианты выбора. С тем же успехом мы могли бы настаивать на том, что Вселенная движется вокруг неподвижной Земли, вместо того, что допустить возможность вращения самой Земли.

Когда вы появились на свет, многие возможности остались нереализованными как же в таком случае быть с теми событиями, которые все-таки произошли? Могло ли большинство из них произойти случайно, благодаря генетической рулетке, из-за которой сперматозоид, несущий конкретный набор генов, достиг цели, а остальные 200 миллионов нет? Или же дело в конкретном пушечном ядре, которое лишило человека руки, но не зацепило туловище и не убило других людей? Были ли другие а возможно, и все события строго предопределены тем, что случилось мгновением раньше, которое в свою очередь было предопределено тем, что произошло за мгновение до него? Действительно ли у нас нет иного выбора, кроме как между миром, где все происходит по воле случая, и миром, в котором все события строго обусловлены и предопределены, начиная с Большого Взрыва и далее, минуя настоящее, вплоть до бесконечно далекого будущего? Действительно ли существует только одно возможное будущее?