О происхождении времени. Последняя теория Стивена Хокинга

Неудивительно поэтому, что теперь интерференционная картина на экране больше не появляется – вместо нее мы видим две яркие полосы примерно напротив обеих щелей. Эта картина отражает два главных пути частицы к экрану. На языке Эверетта мы говорим, что среда, состоящая из частиц в окрестности щелей, выполнила акт наблюдения. Это привело к декогеренции волновых фрагментов на две ясно различающиеся истории – ветви реальности, – которые с этого момента развивались независимо. Мы могли бы сказать, что фактически газ задал вопрос: «Через какую из щелей прошел электрон?» – и что тем самым он вынудил волновую функцию электрона расщепиться на два разобщенных фрагмента, соответствующих двум возможным ответам.

Два варианта опыта с двойной щелью иллюстрируют два ключевых свойства схемы Эверетта. Первое: природа задаваемых нами вопросов влияет на структуру дерева независимых ветвей возможных исходов эксперимента. Второе: значимые предсказания в форме оценок разумных исходов, сумма вероятностей которых равна единице, могут быть сделаны только о независимых, декогерентных и существенно различных исторических траекториях. Мы вернемся к этому вопросу в главе 7, где я расскажу, что остается от мультивселенной, когда мы становимся на точку зрения квантовой космологии.

Рис. 42. Вариант эксперимента с двумя щелями: вблизи щелей находятся газовые облака частиц, которые взаимодействуют с электронами. Даже если эти столкновения не очень влияют на траектории электронов, они так или иначе устраняют слабые корреляции между всеми возможными путями частиц к экрану. Вследствие этого интерференционная картина разрушается и вместо нее на экране, примерно напротив щелей, появляются две яркие полосы, соответствующие двум главным путям к экрану. В квантовом смысле частицы газа выполняют акт наблюдения.

В макроскопическом мире процессы, вызывающие декогеренцию, поистине вездесущи. Ежесекундно наша окружающая среда выполняет бесчисленные акты наблюдения, уничтожая квантовую интерференцию и приводя мириады потенциальных возможностей к немногим реальным исходам. Таким образом, среда играет роль естественного мостика между призрачным микромиром суперпозиций и твердо определенным макромиром ежедневного опыта. Даже более того, процессы декогеренции в среде и есть то, что вообще делает довольно грубую классическую реальность возможной, несмотря на постоянные квантовые вибрации на микроскопических масштабах.

Возьмем высокоэнергетическую частицу, испущенную радиоактивным атомом, скажем, атомом урана в земной коре. Вначале эта частица существует как волновая функция, распространяющаяся во всех возможных направлениях; она остается не вполне реальной, пока не провзаимодействует, например, с куском кварца. Когда это случается, одна из множества возможных траекторий частицы сгущается в реальную. Взаимодействие с кварцем преобразует то, что могло бы случиться, в то, что на деле произошло, когда атом урана распался. Внутри любой данной ветви истории этот процесс проявляется как «замороженный случай» в структуре набора атомов, на который воздействовала высокоэнергетическая частица; треки таких частиц иногда используются для датировки минералов. Вселенная, которую мы видим вокруг – данная ветвь реальности, – есть коллективный результат бесчисленного количества таких актов наблюдения. Зафиксированный и выстроенный на протяжении миллиардов лет из неисчислимых случайных исходов, каждый из которых добавляет несколько бит информации в нашу ветвь истории, мир вокруг нас таким путем приобрел свою конкретную идентичность. Поэтому не следует удивляться тому, что в ходе нашего разговора Стивен заключил: взгляд на Вселенную с квантовых позиций вносит в космологию некий ретроградный, обращенный против движения времени элемент.

В математическом отношении схема Эверетта исключительно элегантна: все подчиняется уравнению Шрёдингера. Оно универсально. Подход Эверетта демонстрирует, что классический конструкт Бора – просто лишний груз, без которого можно обойтись. Квантовое измерение прекрасно описывается как интерактивный процесс, в ходе которого происходит запутывание подсистем, – оно вызывает разделение универсальной волновой функции на обособленные декогерентные ветви, которые тут же становятся взаимно невидимыми. Человеческое сознание, люди-экспериментаторы и человеческие наблюдения в схеме Эверетта нельзя считать ни полностью посторонними и не имеющими отношения к делу, ни отдельными сущностями, которые подчиняются другим правилам. Они рассматриваются просто как часть более широко понимаемой квантовомеханической среды и на фундаментальном уровне неотличимы от, скажем, молекул воздуха и фотонов. Эверетт показал, что мы можем оседлать универсальную квантовую волну, а не только смотреть на нее с берега.