Нелепости

Все началось в один из вечером 1954 г. «После нескольких глотков хереса», — как вспоминал Эверетт двадцатью годами позже. Он с однокурсником Чарльзом Мизнером (Charles Misner) и Оге Петерсеном (Aage Petersen) (помощник Нильса Бора в то время) обсуждали «нелепости в выводах квантовой механики». В тот вечер у Эверетта и родилась основная идея теории множественности миров. Главной его целью было объяснить, что именно представляют в реальном мире уравнения квантовой механики. А сделать это он хотел исключительно с помощью математического аппарата квантовой теории, без использования дополнительных физических гипотез.

Таким образом, молодой ученый поставил перед физическим сообществом того времени задачу пересмотра основополагающих идей о том, что представляет собой физическая реальность. Преследуя свою цель, Эверетт смело взялся за хорошо известную проблему измеримости в квантовой механике, мучившую физиков с 1920-х гг.

Суть вопроса заключается в противоречии между тем, как элементарные частицы (например, электроны и фотоны) взаимодействуют на квантовом, микроскопическом уровне реальности, и поведением данных частиц при измерении их характеристик в обычном макромире, на классическом уровне.

В квантовом мире элементарная частица или их ансамбль могут существовать как суперпозиция нескольких возможных состояний. Например, электрон будет характеризоваться суперпозицией различных положений в пространстве, скоростей и ориентаций спина. Однако каждый раз, когда исследователь точно измеряет какую-либо из этих характеристик, он получает точный результат, соответствующий лишь одному элементу суперпозиции, а не сочетанию их всех.

При этом совершенно невозможно наблюдать суперпозиции макроскопических объектов. Проблема измеримости сводится к двум вопросам: как и почему из множества альтернатив в квантовом мире суперпозиций образуется однозначный мир нашего опыта?

Для представления квантовых состояний физики используют математические объекты, называемые волновыми функциями, которые можно рассматривать как перечень всех возможных конфигураций квантовой системы. Численное значение волновой функции есть вероятность того, что в процессе наблюдения система будет находиться в одном из своих возможных состояний. Волновая функция трактует все элементы суперпозиции как в равной мере реальные, хотя и не в равной мере вероятные с нашей точки зрения.

Уравнение Шредингера описывает изменение волновой функции во времени, а предсказываемая этим уравнением эволюция является гладкой и детерминированной (т.е. лишенной случайностей). Но эта изящная математическая модель находится в кажущемся противоречии с тем, что видит человек, когда наблюдает квантовую систему.

В момент проведения эксперимента волновая функция, описывающая суперпозицию всех возможных состояний системы, коллапсирует в одно конкретное состояние, нарушая тем самым свою гладкую эволюцию и формируя разрыв. Таким образом, данные некоторого единичного эксперимента полностью исключают из классической реальности все остальные возможные состояния системы.

Следует отметить, что вся информация о волновой функции электрона, доступная до проведения опыта, не может дать ответ на вопрос: «Какая именно конфигурация будет наблюдаться в процессе эксперимента?». С точки зрения математики, подобное нарушение гладкости волновой функции не следует из свойств уравнения Шредингера. Для полного описания системы приходится независимо постулировать наличие коллапса как дополнительного условия, которое может и нарушить исходное уравнение Шредингера. Для решения проблемы измеримости многие из основоположников квантовой механики, в первую очередь Нильс Бор (Nils Bohr), Вернер Гейзенберг (Werner Heisenberg) и Джон фон Нейман (John von Neumann), приняли интерпретацию квантовой механики, известную под названием копенгагенской.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

· 50 лет назад Хью Эверетт создал новую интерпретацию квантовой механики, согласно которой квантовые эффекты порождают бесчисленное множество альтернативных вселенных, события в которых происходят по-разному.

· Несмотря на то что Эверетт вывел свою теорию из основных положений квантовой механики, она выглядела лишь фантастической гипотезой. Большинство физиков того времени отвергли ее, а Эверетт был вынужден сократить свою диссертацию, сделав ее не такой вызывающей.

· Эверетт оставил физику и начал работать в военной и промышленной областях, решая различные прикладные математические и вычислительные задачи. Он замкнулся в себе и увлекся алкоголем.

Эта модель реальности постулирует, что при измерениях механика квантового мира сводится к классически наблюдаемым явлениям, что позволяет понять их смысл только в представлениях макромира, но не наоборот.

Копенгагенская интерпретация отдает предпочтение внешнему наблюдателю, помещая его в классический мир, отличный от квантового мира наблюдаемого объекта. Несмотря на то что ученые, использующие данную интерпретацию, не могут объяснить природу границы между квантовым и классическим мирами, они с большим успехом применяют квантовую механику для решения технических задач.

Целые поколения физиков учили, что уравнения квантовой механики действуют только в одной части реального мира — в микромире, но теряют силу в другой его части, макроскопической.