«Квантовые миры и возникновение пространства-времени». Глава из книги

Глава 2. Смелая формулировка

Аскетичная квантовая механика

Отношение к проблеме, которое насаждается на страницах современных учебников по квантовой механике, емко сформулировал физик Н. Дэвид Мермин: «Заткнись и считай!» Сам Мермин не отстаивает такую позицию, чего не скажешь о других. Каждый уважающий себя физик проводит немало времени за математическими расчетами, как бы он ни относился к основам квантовой механики. Так что предыдущее назидание можно сократить до «Заткнись!»^*.

Так было не всегда. На то, чтобы собрать квантовую механику по кусочкам, ушли десятилетия: свою современную форму она обрела примерно в 1927 году. Тогда в Бельгии прошел V Международный Сольвеевский конгресс, на котором собрались ведущие физики мира, чтобы обсудить статус и значение квантовой теории. К тому времени экспериментальные доказательства уже были ясны, и физикам не терпелось дать количественную формулировку правил квантовой механики. Пришло время закатать рукава и выяснить, что же служит причиной именно такого устройства этого безумного нового мира.

Дискуссии, проходившие на этой конференции, помогают понять контекст, но мы здесь не ради исторического экскурса. Мы хотим понять физику. Поэтому наметим логический путь, который приведет нас к полноценной научной теории квантовой механики. Никакого зыбкого мистицизма, никаких, казалось бы, взятых с потолка правил. Лишь простой набор предположений, которые приведут нас к впечатляющим выводам. Если держать в уме такую картину, то многие вещи, которые в иной ситуации показались бы зловеще таинственными, начинают обретать смысл.

* * *

Сольвеевский конгресс вошел в историю как мероприятие, с которого началась знаменитая серия дебатов между Альбертом Эйнштейном и Нильсом Бором относительно того, как следует воспринимать квантовую механику. Бор — датский физик, обосновавшийся в Копенгагене, по праву считается крестным отцом квантовой теории. Он отстаивал примерно такой подход, который принят в современных учебниках: использовать квантовую механику для расчета вероятностей тех или иных результатов измерений, но не требовать от нее ничего более. В частности, не следует слишком серьезно задумываться о том, что происходит «за кулисами». Бор, заручившись поддержкой более молодых коллег, Вернера Гейзенберга и Вольфганга Паули, настаивал, что в уже имеющемся виде квантовая механика — это совершенно нормальная теория.

Участники Сольвеевского конгресса 1927 года. Наиболее известные участники обозначены цифрами: 1. Макс Планк, 2. Мария Кюри, 3. Поль Дирак, 4. Эрвин Шрёдингер, 5. Альберт Эйнштейн, 6. Луи де Бройль, 7. Вольфганг Паули, 8. Макс Борн, 9. Вернер Гейзенберг и 10. Нильс Бор (фото из «Википедии»)

Эйнштейн с ним решительно не соглашался. Он был глубоко убежден, что долг физики — досконально во всем разобраться и что состояние квантовой механики в 1927 году и близко не позволяло дать удовлетворительное описание природы. Эйнштейн, у которого также нашлись сочувствующие, например Эрвин Шрёдингер и Луи де Бройль, призывал рассматривать проблему глубже, попытаться расширить и обобщить квантовую механику настолько, чтобы она превратилась в удовлетворительную физическую теорию.

Эйнштейн и его единомышленники имели основания для осторожного оптимизма и полагали, что такая «новая улучшенная теория» вот-вот будет открыта. Всего несколькими десятилетиями ранее, в конце XIX века, физики разработали теорию статистической механики, описывавшую принципы движения больших групп атомов и молекул. Ключевым шагом в развитии этих исследований, которые проводились под эгидой классической механики (в то время квантовая механика еще не вышла на сцену), стала идея о том, что можно осмысленно рассуждать о поведении большой совокупности частиц, даже если мы в точности не знаем координаты и скорости каждой из них в отдельности. Все, что требуется знать — распределение вероятностей, описывающее, с какой вероятностью частицы могут повести себя тем или иным образом.

Иными словами, в статистической механике предполагается, что существует некое конкретное классическое состояние всех частиц, но мы этого состояния не знаем. Все, что у нас есть — это распределение вероятностей. К счастью, для описания довольно большого количества полезных физических явлений этой информации достаточно, так как она фиксирует определенные свойства системы, например температуру и давление. Но распределение не является полным описанием системы; это просто отражение того, что мы знаем (или чего не знаем) о ней. Чтобы обозначить это различие с помощью философских терминов, отметим, что распределение вероятностей является эпистемологическим феноменом, описывающим состояние наших знаний, а не онтологическим, который описывал бы некоторое объективное свойство реальности. Эпистемология — это учение о знаниях; онтология — учение о том, что реально существует.

В 1927 году естественно было полагать, что и к квантовой механике разумно подходить с подобных позиций. В конце концов, к тому моменту ученые уже выяснили, что волновые функции используются для расчета вероятности любого конкретного результата измерения. Конечно, разумно было предположить, что сама природа доподлинно знает, каков будет этот результат, но формальный аппарат квантовой теории просто не позволяет получить это знание и, следовательно, нуждается в улучшении. Согласно такой трактовке, волновая функция — это еще не всё; существуют еще какие-то «скрытые переменные», фиксирующие, какими именно должны быть результаты конкретного измерения, даже если мы не знаем (и пожалуй, даже не можем определить до акта измерения), каковы их значения.

Может быть. Но в последующие годы удалось получить ряд результатов, среди которых особого внимания заслуживают те, к которым пришел физик Джон Белл, подразумевающих, что самые простые и прямолинейные попытки следовать этим путем обречены на провал. Попытки были — де Бройль даже выдвинул особую теорию, которая в 1950—х была повторно открыта и расширена Дэвидом Бомом, а Эйнштейн и Шрёдингер спорили, перебрасываясь идеями. Однако по теореме Белла предполагается, что любая такая теория требует наличия «дальнодействия», то есть феномена, при котором акт измерения в одной точке может сразу же повлиять на состояние Вселенной в сколь угодно отдаленной точке. Казалось, что это по духу, если не по букве, противоречит теории относительности, согласно которой объекты не могут перемещаться, а действия — распространяться быстрее скорости света. Подход, предусматривающий существование «скрытых переменных», по-прежнему активно прорабатывается, но все попытки такого рода довольно неуклюжи, и их сложно примирить с современными теориями, например со стандартной моделью физики частиц, не говоря уже о спекулятивных идеях о квантовой гравитации; их мы обсудим позже. Пожалуй, именно поэтому Эйнштейн, основоположник теории относительности, так никогда и не сформулировал собственной удовлетворительной теории.

Принято считать, что Эйнштейн проиграл дебаты с Бором. Нам рассказывают, что Эйнштейн, в молодости отличавшийся творческим и революционным мышлением, состарился и стал консервативен и поэтому не смог ни принять, ни даже понять важности следствий из новой квантовой теории. (Во времена Сольвеевского конгресса Эйнштейну было сорок восемь.) Далее физика развивалась без его участия, и великий человек сошел со сцены, погрузившись в собственные причудливые поиски единой теории поля.

Все эти измышления крайне далеки от истины. Хотя Эйнштейну и не удалось сформулировать полное и убедительное обобщение квантовой механики, его уверенность в том, что физика нуждается в более разумном подходе, чем «заткнись и считай», была более чем справедливой. Полагать, будто он не понимал квантовой теории, — полное безумие. Эйнштейн понимал ее столь же хорошо, как и все остальные, и продолжал вносить фундаментальный вклад в эту тему — в частности, он продемонстрировал важность квантовой запутанности, которая играет центральную роль в наших наилучших современных представлениях о том, как именно устроена Вселенная. Чего ему не удалось, так это убедить коллег-физиков в несостоятельности копенгагенского подхода и в важности поиска самых основ квантовой теории.

* * *

Если мы хотим продолжить амбициозные стремления Эйнштейна к созданию полной, недвусмысленной и реалистичной теории естественного мира, но нас удручают сложности, связанные с применением новых скрытых переменных к квантовой механике, остается ли в нашем распоряжении еще какая-нибудь стратегия?

Один из вариантов — забыть о новых переменных, отбросить все сомнительные идеи, связанные с измерением, очистить квантовую механику до самых ее основ и задаться вопросом: что происходит? Что собой представляет самая простая, обедненная версия квантовой теории, которую мы могли бы изобрести в надежде, что, опираясь на нее, по-прежнему сможем объяснять экспериментальные результаты?

Любая версия квантовой механики (коих существует множество) использует волновую функцию или некий эквивалентный феномен и постулирует, что волновая функция подчиняется уравнению Шрёдингера, по крайней мере в большинстве случаев. Эти составляющие должна включать любая теория, которую стоит воспринимать всерьез. Давайте посмотрим, удастся ли нам применить подобный упрямый минимализм, и попробуем рассуждать, не добавляя почти ничего к квантовому формализму.

У такого минималистического подхода есть два аспекта. Во-первых, мы серьезно воспринимаем волновую функцию, считая ее непосредственным отражением реальности, а не просто «учетным инструментом», с помощью которого удобно упорядочивать наши знания. Мы считаем ее онтологической, а не эпистемологической. Это самая аскетичная из возможных стратегий, поскольку в любой другой формулировке над волновой функцией будут надстраиваться какие-то вышестоящие структуры. Но такой шаг по-своему рискован, поскольку волновая функция сильно отличается от того, что мы наблюдаем в окружающем мире. Мы видим не волновые функции, а результаты измерений — например, координату частицы. Но теория, по-видимому, требует, чтобы центральная роль в ней отводилась волновой функции. Итак, давайте посмотрим, как далеко можно зайти, предположив, что квантовая волновая функция является точным описанием реальности.

Во-вторых, если волновая функция обычно эволюционирует гладко, в соответствии с уравнением Шрёдингера, то предположим, что именно таковы ее свойства в любой ситуации. Иными словами, давайте полностью избавимся от всех этих дополнительных правил, касающихся измерений по «квантовому рецепту», и вернемся к жесткой простоте классической парадигмы: есть волновая функция, она эволюционирует по детерминистскому правилу, и на этом все. Можем назвать такую версию «аскетичной квантовой механикой», или, для краткости, АКМ. Такая формулировка контрастирует с хрестоматийным описанием квантовой механики, сторонники которого делают отсылку к коллапсу волновых функций, вообще избегая разговоров о фундаментальной природе реальности.

Смелая стратегия. Но с ней сразу же возникает проблема: явно создается впечатление, что волновые функции коллапсируют. Измеряя квантовую систему с распределенной волновой функцией, мы получаем конкретный ответ. Даже если представить, что волновая функция электрона — это диффузное облако, в центре которого находится ядро, в попытках рассмотреть электрон мы увидим вовсе не облако, а точечную частицу в конкретном месте. Если же мы незамедлительно снова посмотрим на электрон, то увидим его практически на том же месте. Поэтому у первопроходцев квантовой механики были весьма серьезные основания полагать, что волновые функции коллапсируют, — ведь именно так все и выглядит.

Но вполне вероятно, что мы просто спешим с выводами. Вместо того чтобы исходить из увиденного и сразу пытаться изобрести теорию, начнем с аскетичной квантовой механики (описывающей лишь гладкую эволюцию волновых функций) и зададимся вопросом: что должны испытывать люди, живущие в мире, описываемом такой теорией?

Подумайте о том, что бы это могло значить. В предыдущей главе мы с осторожностью говорили о волновой функции как о некоем математическом черном ящике, из которого можно извлекать предсказания результатов экспериментов: волновая функция присваивает каждому конкретному результату амплитуду, и вероятность получить данный результат равна квадрату этой амплитуды. Макс Борн, предложивший данное правило, присутствовал на Сольвеевском конгрессе в 1927 году.

Теперь мы говорим о чем-то более глубоком и одновременно простом. Волновая функция — это не инструмент учета, а точное представление квантовой системы, как если бы набор координат и скоростей был бы представлением классической системы. Мир — это и есть волновая функция. Термин «квантовое состояние» можно использовать в качестве синонима «волновой функции», точно так же как набор координат и скоростей можно называть классическим состоянием.

Это очень серьезное утверждение, касающееся природы реальности. В обычной беседе, даже среди седовласых ветеранов квантовой физики, принято обсуждать такие понятия, как «координата электрона». Но предлагаемая точка зрения, при которой «все есть волновая функция», подразумевает, что подобные разговоры уводят от сущности, причем в одном из основополагающих вопросов. Нет такой вещи, как «координата электрона». Есть только волновая функция электрона. Квантовая механика подразумевает принципиальное отличие между «тем, что мы можем наблюдать» и «тем, что есть на самом деле». Наши наблюдения не открывают ранее существовавшие факты, о которых мы просто не знали; в лучшем случае они дают крошечный срез гораздо более масштабной, фундаментально неизмеримой реальности.

Задумайтесь об идее, которую вам часто озвучивали: «Атомы почти полностью состоят из пустоты». Если взять за основу картину мира АКМ — это вопиюще неверное утверждение. Оно проистекает из упрямого стремления считать электрон крошечным классическим шариком, который носится кругами в волновой функции, а не признавать, что электрон — это и есть волновая функция. В АКМ ничего нигде не носится: есть только квантовое состояние. В атомах нет пустоты; они описываются волновыми функциями, каждая из которых целиком заполняет атом.

Способ вырваться из наших «интуитивных» классических представлений — решительно отвергнуть идею о том, что электрон действительно имеет какую-то конкретную координату. Электрон находится в суперпозиции всех возможных координат, в которых мы можем его увидеть, и не привязан ни к какому конкретному местоположению до того самого момента, пока мы его там не увидим.

С помощью термина «суперпозиция» физики подчеркивают, что электрон существует в комбинации всех координат, каждой из которых соответствует конкретная амплитуда. Квантовая реальность — это волновая функция; координаты и скорости, как в классической физике — лишь то, что мы можем наблюдать, когда исследуем эту волновую функцию.

* * *

Итак, согласно аскетичной квантовой механике, реальность квантовой системы описывается волновой функцией или квантовым состоянием, которое можно считать суперпозицией всех возможных результатов любого возможного наблюдения, которое мы могли бы провести. Как от этого перейти к досадной реальности, где кажется, что волновые функции коллапсируют, когда мы делаем такие измерения?

Для начала давайте немного внимательнее разберемся с утверждением «мы измеряем координату электрона». Что на самом деле включает в себя такой процесс измерения? Предположительно, нам понадобится некоторое лабораторное оборудование и чуточку экспериментаторской сноровки, но частности нас не волнуют. Всё, что нужно знать — есть некоторый измерительный прибор (камера или что-то еще), который каким-то образом взаимодействует с электроном, а затем позволяет считывать, где именно мы увидели электрон.

Вот и все, что позволяет нам узнать эксперимент, описываемый в учебнике по квантовой механике. Некоторые из ученых, первыми испробовавших этот подход, в том числе Нильс Бор и Вернер Гейзенберг, были готовы зайти немного дальше, говоря о том, что измерительный прибор следует считать классическим объектом, пусть даже наблюдаемый с его помощью электрон является квантово-механическим. Такое разграничение между элементами реальности, одни из которых приходится рассматривать с классической, а другие — с квантовой точки зрения, иногда называется «разрез Гейзенберга». Вместо признания, что квантовая механика фундаментальна, а классическая механика в подходящих условиях просто является хорошим приближением квантовой, в учебниках по квантовой механике классический мир ставится во главу угла как наиболее верный подход в рассуждениях о людях, камерах и других макроскопических объектах, взаимодействующих с микроскопическими квантовыми системами.

Не очень-то внушает доверие. В первую очередь следовало бы предположить, что граница между квантовым и классическим миром придумана нами для нашего же удобства, а не является фундаментальным свойством природы. Если атомы подчиняются законам квантовой механики, а камеры состоят из атомов, то следовало бы предположить, что и камеры подчиняются законам квантовой механики. Если уж на то пошло, то и мы с вами должны подчиняться законам квантовой механики. Поскольку мы с вами — громоздкие макроскопические объекты, приближение на уровне классической механики позволяет хорошо описать нашу природу, но тем не менее мы должны в первую очередь предположить, что являемся квантовыми сверху донизу.

Если все действительно так, то волновая функция есть не только у электрона. У камеры должна быть собственная волновая функция. Как и у экспериментатора. Все — квантовое.

Столь простая смена перспективы подсказывает, что на проблему измерения можно взглянуть под новым углом. Позиция АКМ такова, что процесс измерения не должен восприниматься как нечто мистическое или даже описываемое собственным набором правил; камера и электрон просто взаимодействуют друг с другом согласно законам физики, точно так же как камень и Земля.

Квантовое состояние описывает системы как суперпозиции всех возможных результатов измерений. В принципе, исходным состоянием электрона является суперпозиция различных его положений — всех мест, где мы могли бы его увидеть, если бы посмотрели на него. Исходная волновая функция камеры может выглядеть сложно, но в целом сводится к следующему: «Это камера, еще не пронаблюдавшая электрон». Но затем электрон наблюдается через камеру, и между ними происходит физическое взаимодействие, подчиняющееся уравнению Шрёдингера. Причем после такого взаимодействия можно ожидать, что сама камера окажется в суперпозиции со всеми возможными результатами измерений, которые могла наблюдать: она зафиксировала электрон в этой точке или в той и так далее.

Если бы на этом все и заканчивалось, то АКМ была бы ни на что не годной мешаниной. Электроны в суперпозициях, камеры в суперпозициях — и близко не напоминает надежный, близкий к классическому восприятию мир, который мы видим вокруг.

К счастью, можно обратиться к еще одному поразительному свойству квантовой механики: если у нас есть два разных объекта (например, электрон и камера), то они описываются не разными волновыми функциями, а одной общей волновой функцией, характеризующей всю интересующую нас систему, и так вплоть до «волновой функции всей Вселенной», если не мелочиться. В рассматриваемом здесь случае есть волновая функция, описывающая систему, которая состоит из электрона и камеры. Итак, на практике мы имеем суперпозицию всех возможных сочетаний «где мог оказаться электрон» плюс «где его могла пронаблюдать камера».

Хотя такая суперпозиция в принципе учитывает все возможности, большинству из вероятных исходов в квантовом состоянии присваивается нулевой вес. Облако вероятностей обнуляется для большинства возможных комбинаций расположений камеры и электрона. В частности, не может быть такого, чтобы электрон находился в одном месте, а камера зафиксировала его в другом (если, конечно, ваша камера относительно исправна).

Такой квантовый феномен называется запутанностью. Существует единая волновая функция для комбинированной системы «электрон—камера», состоящая из суперпозиции различных возможностей вида «электрон был в данной точке, и камера пронаблюдала его именно в данной точке». Мы говорим не о том, что электрон у нас сам по себе, а камера сама по себе, — между этими системами есть связь.

Теперь заменим в вышеизложенной дискуссии камеру на вас. Мы (позволим себе это) вообразим, что не делаем снимки оптическим устройством, а обладаем настолько острым зрением, что можем рассмотреть отдельные электроны. В остальном ничего не меняется. Согласно уравнению Шрёдингера, исходная ситуация, в которой еще отсутствует запутанность — электрон находится в суперпозиции различных возможных местоположений, и вы на него еще не посмотрели, — гладко преобразуется в запутанное состояние, где есть электрон, находящийся в суперпозиции всех возможных местоположений, и вы, увидевшие его в каждом из этих мест.

Именно это и диктовали бы нам правила квантовой механики, если бы мы не заморачивались насчет всех этих дополнительных досадных деталей, касающихся процесса измерения. Может быть, все эти дополнительные правила были выдуманы напрасно. В АКМ та история, которую мы только что изложили — о постепенном запутывании между вами и электроном в суперпозицию, — это вся история. В измерении нет ничего особенного; оно просто происходит, когда две системы взаимодействуют соответствующим образом. И после этого вы и система, с которой вы взаимодействовали, оказываетесь в состоянии суперпозиции, в каждой части которой вы видели электрон в несколько ином месте.

Но проблема в том, что эта история все еще не совпадает с тем, что вы фактически испытываете, наблюдая квантовую систему. Вы никогда не почувствуете, что в результате развития ситуации превратились в суперпозицию различных возможных результатов эксперимента; вам покажется, что вы просто увидели определенный результат, который можно спрогнозировать с определенной вероятностью. Именно поэтому с самого начала и были добавлены все эти дополнительные правила измерений. В остальном у вас есть, казалось бы, очень симпатичный и аккуратный формализм (квантовые состояния, гладкая эволюция), который просто не согласуется с реальностью.

* * *

Давайте немного пофилософствуем. Что именно означает «вы» в предыдущем разделе? Чтобы сформулировать научную теорию, недостаточно записать несколько уравнений; нужно также указать, как эти уравнения проецируются на окружающий мир. Когда речь заходит о нас с вами, нам кажется, что соотнести себя с каким-то элементом научного формализма достаточно просто. Определенно, в вышеизложенной истории, где наблюдатель измеряет координату электрона, складывается такое впечатление, будто этот человек переходит в запутанную суперпозицию различных возможных результатов измерения.

Но есть и альтернативная возможность. Перед актом измерения у нас был один электрон и один наблюдатель (или камера, если угодно: неважно, кто или что в этой ситуации взаимодействует с электроном, достаточно, чтобы он(о) был(о) большим, макроскопическим объектом). Однако после того как взаимодействие состоится, мы должны полагать, что в суперпозицию возможных состояний перешел не один наблюдатель, а что появилось множество возможных наблюдателей. Выбирая такую трактовку, мы, описывая состояние системы после измерения, полагаем, что у нас не один наблюдатель с множеством представлений о том, где он мог увидеть электрон, но много миров, в каждом из которых есть человек, совершенно точно представляющий, где он увидел электрон.

Открою большую тайну: концепция, которую мы описали под названием аскетичной квантовой механики, более известна как эвереттовская, или многомировая, интерпретация квантовой механики, впервые предложенная Хью Эвереттом в 1957 году. Эвереттовская интерпретация возникла из-за фундаментальной неудовлетворенности всеми этими специальными правилами о проведении измерений, которыми обставляется рецепт квантового опыта в стандартном учебнике; эвереттовская интерпретация, напротив, предполагает, что есть всего один вариант квантовой эволюции. Цена, которую приходится заплатить за то, что теоретический формализм сразу становится гораздо стройнее, — это предположение, что данная теория одновременно описывает множество копий известной нам «Вселенной», и каждая из этих копий немного отличается от прочих, но в определенном смысле реальна. По поводу того, стоит ли такой порядок заплаченной цены, у ученых нет единого мнения. (Да, стоит.)

Натолкнувшись на многомировую интерпретацию, мы ни в коем случае не берем обычную квантовую механику и не применяем ее ко всему множеству Вселенных. Потенциально эти Вселенные все время «где-то рядом» — у Вселенной есть волновая функция, которая может запросто описывать суперпозиции всевозможных вещей, в том числе суперпозиции целой Вселенной. Здесь мы всего лишь подчеркнули, что этот потенциал естественным образом актуализируется в ходе обычной квантовой эволюции. Признав, что электрон может быть в суперпозиции, находясь при этом в разных местах, мы заключаем, что и человек может быть в суперпозиции, учитывающей, в каких разных точках он мог увидеть электрон. И в самом деле, вся реальность может находиться в суперпозиции, и каждое слагаемое в этой суперпозиции допустимо трактовать как отдельный «мир». Мы ничего не добавили к квантовой механике, а просто признали то, с чем имели дело все это время.

Можно по праву назвать эвереттовский подход смелой формулировкой квантовой механики. Он воплощает философию, согласно которой следует всерьез воспринимать простейшую версию основополагающей реальности, учитывающую именно то, что мы видим, даже если такая реальность радикально отличается от нашего обыденного опыта. Хватит ли нам смелости принять ее?

* * *

После такого краткого введения в многомировую интерпретацию многие вопросы остаются без ответов. В какой именно момент волновая функция распадается на множество миров? Чем один мир отделен от другого? Сколько всего миров? На самом ли деле «реальны» эти другие миры? Как мы вообще узнаем, доступны ли они для наблюдения? (И можем ли узнать?) Как все это объясняет вероятность того, что мы окажемся в одном мире, а не в другом?

На все эти вопросы есть хорошие ответы — или как минимум правдоподобные, — и значительная часть этой книги посвящена им. Но мы должны быть готовы и к тому, что вся эта картина может оказаться неверной и нам потребуется что-то совершенно иное.

В каждой версии квантовой механики фигурируют две вещи: (1) волновая функция и (2) уравнение Шрёдингера, управляющее эволюцией волновых функций во времени. Эвереттовская формулировка в ее целостном виде постулирует, что, кроме двух этих вещей, больше ничего нет и что этих ингредиентов достаточно, чтобы составить полное, эмпирически адекватное представление мира. («Эмпирически адекватное» — так вычурно философы выражают мысль «согласуется с экспериментальными данными».) В любом другом подходе к квантовой механике приходится или что-то добавлять к этому голому формализму, или как-то его модифицировать.

Самым поразительным следствием чистой эвереттовской квантовой механики является предполагаемое существование множества миров, поэтому целесообразно называть ее многомировой. Однако суть теории в том, что реальность описывается гладко эволюционирующей волновой функцией — и на этом все. С этой философией связаны дополнительные трудности, особенно когда речь заходит о сопоставлении необычайной простоты формализма с богатым разнообразием мира, который мы наблюдаем. Но она выигрывает в ясности и проницательности. Обратившись к квантовой теории поля и квантовой гравитации, мы убедимся, что трактовка волновых функций как подлинных первоэлементов, не обремененных каким-либо балластом, оставшимся от нашего классического восприятия, исключительно полезна при попытках подступиться к глубинным проблемам современной физики.

Учитывая необходимость двух этих элементов (волновой функции и уравнения Шрёдингера), существует несколько альтернатив для многомировой интерпретации, которые стоят рассмотрения. Один из таких подходов — это добавление новых физических сущностей поверх волновой функции. Подобный подход приводит нас к моделям со скрытыми переменными, которые с самого начала были на уме у таких людей, как Эйнштейн. В настоящее время наиболее популярный из таких подходов называется теорией де Бройля — Бома или просто механикой Бома. Альтернативный подход — оставить волновую функцию как есть, но предположить изменения в уравнении Шрёдингера, например ввести в него реальные случайные коллапсы. Наконец, можно предположить, что волновая функция — это вообще не физическое явление, а просто способ описания того, что нам известно о реальности. Такие подходы известны под общим названием «эпистемологические модели», и в настоящее время среди них особенно популярен кьюбизм, он же — квантовое байесианство.

Все эти варианты — в том числе те, что не перечислены выше, — это поистине разные физические теории, а не просто «интерпретации» одной и той же базовой идеи. Существование множества несовместимых теорий, которые все как одна (по крайней мере, пока) выводят нас к наблюдаемым эффектам квантовой механики, — это путаница для любого, кто хотел бы поговорить об истинном смысле квантовой механики. В то время как практикующие ученые и философы пришли к единой трактовке квантового рецепта, нет общего понимания того, какова основополагающая реальность, то есть что именно означает каждый конкретный феномен.

Я отстаиваю конкретную трактовку этой реальности — многомировую интерпретацию квантовой механики, и на протяжении большей части книги я просто буду объяснять вещи в терминах этой интерпретации. Это не означает, что эвереттовская перспектива безусловно правильная. Но я надеюсь, что смогу объяснить суть этой теории и почему с высокой вероятностью разумно полагать, что она — наилучшее из имеющихся у нас представлений о реальности. Выводы делайте сами.

^* В интернете можно найти множество источников, где фраза «Заткнись и считай!» приписывается Ричарду Фейнману, физику, справлявшемуся со сложными вычислениями лучше, чем кто-либо и когда-либо. На самом деле он никогда не говорил ничего подобного, равно как и не разделял такой точки зрения; Фейнман тщательно размышлял о квантовой механике, и никто никогда не обвинял его в подобных манерах. Часто случается, что та или иная цитата приписывается вероятным людям, которые более знамениты, чем истинный автор цитаты. Социолог Роберт Мертон назвал этот феномен «эффектом Матфея», ссылаясь на следующую строку из Евангелия от Матфея: «ибо всякому имеющему дастся и приумножится, а у неимеющего отнимется и то, что имеет».