«Костыли». Чем так неприятно жуткое дальнодействие

«Костыли»

Долгое время в начале своей карьеры я твердо знал, как нужно поступать с жутким дальнодействием. Я просто верил, что волновая функция – это костыль, нечто определенно полезное при размышлениях о квантовой физике, но, вообще говоря, ненужное. Хотелось думать, что когда‑ нибудь будет создана теория, позволяющая обойтись без нее, – теория, в которой вообще не будет коллапсирующей волновой функции. Однако эксперимент Фридмана− Клаузера безжалостно разрушил мои надежды. Регистрация на одном поляризаторе влияет на регистрацию на втором, несмотря на то, что эти два события не «связаны» скоростью света, и несмотря даже на то, что происходят они невероятно далеко – поэтому ответ на вопрос, которое из двух событий произошло первым, зависит от выбора системы отсчета. Жуткое дальнодействие – не просто составная часть теории: это составная часть реальности.

«Костыли» в физике известны давно. Это концепции, которые были введены специально, чтобы облегчить первоначальное понимание и принятие какой‑ то теории, но позже отставлены как ненужные и, возможно, внушающие ложные представления. Джеймс Максвелл в своей электромагнитной теории представил, что пространство заполнено крохотными механическими шестеренками, передающими радиоволны и свет. Может быть, Максвелл действительно так себе это представлял. Или для него это был всего лишь удобный способ передать концепцию электромагнетизма другим физикам, прекрасно разбиравшимся в механике, но недолюбливавшим новомодную абстрактную концепцию «поля», которое распространяется по пустому в остальном пространству.

Сегодня на оригинальные диаграммы Максвелла ссылаются разве что для развлечения, чтобы показать студентам: смотрите, даже великий теоретик может рисовать глупые картинки. Но если свет – это волна, то что выступает в роли ее переносчика? В какой среде эта волна распространяется? Вскоре был придуман новый «костыль» – эфир, вещество, колеблющееся при распространении электромагнитных волн. Концепция эфира была скомпрометирована в 1887 году, когда Майкельсон и Морли не сумели обнаружить эфирный ветер. Эйнштейн в теории относительности показал, что подобное движение зарегистрировать невозможно, потому что скорость света постоянна и одинакова во всех направлениях. В каком‑ то смысле эфир похож на квантовую волновую функцию: его тоже невозможно наблюдать.

В нынешней квантовой теории по‑ прежнему полно мгновенно коллапсирующих волновых функций. Пользы от них никакой; увидеть или еще как‑ то зарегистрировать их нельзя; использовать для передачи информации невозможно. Создается впечатление, что какой‑ то космический цензор тщательнейшим образом отделяет их от настоящей реальности. (Если помните, в главе 7 я рассказывал о цензуре черной дыры, которая разрешает время «за пределами вечности». ) Думаю, в один прекрасный день мгновенно коллапсирующие волновые функции окажутся ненужными для расчетов – и будут забыты. И этот день еще не настал, поскольку мы пока не нашли способа проводить расчеты без них[217].

Но эксперимент Фридмана− Клаузера позволяет предположить, что проблема причинности никуда не денется вне зависимости от использования или неиспользования волновых функций. Результаты одного эксперимента могут повлиять на результаты другого, далекого эксперимента со скоростью, превышающей скорость света.

Чем так неприятно жуткое дальнодействие

В стандартной квантовой физике – в копенгагенской интерпретации – имеется жуткое дальнодействие. И что? Никакие предсказания, сделанные этой теорией для экспериментов, не нарушают принципов относительности. Так кого это волнует? С одной стороны, это волнует меня. Лишь немного утешает то, что мгновенный коллапс невозможно использовать для сверхсветовой передачи сигналов. И многие другие физики со мной согласны. Вот почему они продолжают посещать конференции по «основам физики». Они подозревают: что‑ то не так, и давно не так. Ради потенциально великого открытия они даже готовы рискнуть «сойти с ума».

На одной из недавних таких конференций было предложено проголосовать за ту интерпретацию квантовой физики, которая им лично больше нравится. Примечательно, что за копенгагенскую интерпретацию проголосовали ни много ни мало 42 %[218]. Следующей по числу поддержавших оказалась информационная интерпретация, за которую отдали свой голос 24 %. Одобрение интригующей идеи, известной как многомировая интерпретация, снизилось до 18 %. Еще менее популярной оказалась тема, упомянутая в главе 18, – объективный коллапс Пенроуза, где Вселенная непрерывно измеряет сама себя; ее приняли всего 9 % участников. (Именно эта идея получила бы мой голос. )

Поразительно, что даже на конференции, где собираются ученые, наиболее глубоко размышляющие над этими вопросами, копенгагенская интерпретация оказалась вне конкуренции. Несмотря на свой жуткий характер, она пока выдерживает испытание экспериментами.

В самом деле, некоторые из альтернативных интерпретаций выглядят не менее жутко. Немало внимания привлекает многомировая интерпретация (несмотря на ее скромное положение в опросе) – возможно, потому, что имеет значительно более яркое название, чем все остальные. Она утверждает просто, что волновые функции никогда не схлопываются; в парадоксе с котом Шрёдингера существуют оба варианта будущего. На рисунке показаны два мира, но «на самом деле» их бесконечное число, поскольку пленка расщепляется постоянно с интервалом в одну неизвестно какую, но очень‑ очень‑ очень маленькую долю секунды.

Мне этот сценарий кажется не менее жутким, чем бесконечно быстрый коллапс волновой функции. В каком из множества миров и бесконечного числа Вселенных я живу? Каким‑ то образом моя душа выбирает всего один из невероятного множества вариантов. Но кто‑ то другой, возможно, движется по совершенно иной траектории – и в той Вселенной я тоже есть. А я скорее готов принять дальнодействие, чем согласиться с тем, что одновременно существую в бесконечном числе Вселенных.

Или мне просто отказывает воображение? Может быть. Но единственная потенциальная ценность этой многомировой картинки – немного задобрить мое воображение; сама теория абсолютно непроверяема. Она не позволяет сделать каких бы то ни было предсказаний, отличающих ее от копенгагенской интерпретации. Тем не менее некоторые из ее сторонников, в первую очередь Шон Кэррол, говорят, что она самоочевидна. Ее приверженцы убеждены, что она просто отражает уравнения и избавляет от необходимости разбираться со смыслом измерения. Делая это, она вводит совершенно новую концепцию: то, что каждый из нас существует во множестве миров, но воспринимает только один. Не знаю, покажется ли вам такой вариант жутким. Мне лично кажется[219].