Как появилась Вселенная? Большие и маленькие вопросы о космосе

Квантовые интерпретации

Интерпретации вероятности эхом откликаются в квантовой физике. В отношении волновой функции первый лагерь придерживается мнения, что она доподлинно соответствует реальности. Представители этой позиции рассматривают волновую функцию как реальную часть окружающего мира. Другой лагерь считает её субъективным понятием. Для учёного, который использует её для вычислений и больше ни для чего, она представляет собой нечто личное. Правильного ответа здесь нет. Однако, если вы склоняетесь скорее к концепции объективной волновой функции, то вас, возможно, соблазнит идея универсальной волновой функции. Ведь если волновая функция соответствует реальному миру, то должно быть верно и обратное: вся реальность – Вселенная в целом – должна обладать волновой функцией.

Идея не нова. Она впервые возникла в докторской диссертации Хью Эверетта III в 1956 году. Эверетт развил и странные следствия из этой идеи. В частности, она привела его к встреченной в штыки многомировой интерпретации, о которой мы вскоре ещё поговорим.[52]

Впрочем, многие, включая таких физиков, как Стивен Хокинг, восприняли идею множественных миров вполне серьёзно.

Волновая функция Вселенной удовлетворяет уравнению Шрёдингера – это требование квантовая физика распространяет на все волновые функции. На каждый момент времени это уравнение даёт нам волновую функцию Вселенной в целом. Обращая уравнение назад во времени, мы в конце концов получаем волновую функцию на нулевой момент. Она и должна определять исходное состояние Вселенной. Волновые функции рассказывают нам обо всех параметрах объектов. Мы уже обсуждали здесь флюктуации вакуума и такие экзотические фазовые переходы, как образование вызывающих инфляцию инфлатонов – все это должно описываться начальной квантовой волновой функцией Вселенной.

Проблема любой интерпретации волновой функции – это роль учёного, так называемого наблюдателя. Правила квантовой физики, самой точной научной теории из всех, когда-либо предложенных, требуют, чтобы уравнение Шрёдингера прекращало выполняться, когда действует наблюдатель. Его действие как бы перезапускает ход времени. Волновая функция при этом мгновенно и резко меняется – этот процесс называется коллапсом. Часто говорят, что в волновой функции закодирована идея: всё, что может случиться, случается. И всё же мы, наблюдатели, видим лишь одну возможность: монета падает орлом или решкой, но не тем и другим сразу. Мы вызываем коллапс волновой функции. Но как тогда может быть, чтобы вся Вселенная описывалась волновой функцией, если действие одного наблюдателя может её изменить? И кому – или чему – в таком случае позволено быть наблюдателем? Учёному? Политику? Кошке?

Если отвлечься от проблемы мозга или сознания, то все согласятся, что люди состоят из физической материи, и мы с вами тоже должны описываться законами квантовой физики. И конечно, мы должны быть составной частью переменных, входящих в универсальную волновую функцию. Но нам представляется, что это не так. Многомировая интерпретация квантовой физики, предложенная Хью Эвереттом III, – самая противоречивая идея в научном поле и самая популярная вне его. Это единственная идея квантовой физики, которую сочинители историй и постановщики фильмов приняли всем сердцем. Кому же не понравится история, где герой оказывается в параллельной Вселенной? Где союзники проиграли вторую мировую войну или англичане – выиграли войну за независимость в Америке? Историки, конечно, не любят историй, противоречащих фактам, зато читатели научной фантастики их обожают!

Внутри физического научного сообщества, однако, многомировая интерпретация вызывает споры такого накала, как, пожалуй, никакая другая научная концепция. Из неё следует, что существует лишь одна универсальная волновая функция, вечно развивающаяся в соответствии с уравнением Шрёдингера. Всё, что может произойти, происходит. А так как волновая функция соответствует реальности, и, по-видимому, заключает в себе возможность существования множественных версий реальности, все они должны существовать. Да, выходит так: много реальностей, много миров.

В множественных реальностях многомировой интерпретации существуют наблюдатели с совершенно разным восприятием. Вы бросаете монетку, и она может выпасть орлом или решкой. Согласно многомировой теории, оба исхода одинаково реальны. С вашей точки зрения (допустим, вы наблюдатель, который видит орла), единственная реальность – та, что вы видите. Но во многомировой интерпретации существует и иной наблюдатель, идентичный вам во всех отношениях, кроме того, что видит, как монетка выпала решкой. Обе реальности разыгрываются параллельно, обе – части единой развивающейся универсальной волновой функции.

Заканчивая эту главу, мы явственно видим, как читатель изумлённо поднимает брови, ошарашенный идеей единой волновой функции Вселенной. Мы, конечно, отошли здесь от того, что некоторые назвали бы «настоящей наукой», к сфере научных спекуляций (некоторые сказали бы даже – «научных фантазий»). Но в действительности мы просто демонстрируем читателю, насколько мутной оказывается связь реальности с языком квантовой механики и общей теории относительности. Мы не знаем, действительно ли можно дать адекватное описание Вселенной в терминах волновой функции, или это чисто спекулятивная идея.

Здесь пора расстаться с концепцией универсальной волновой функции и вступить в представляющуюся безграничной область будущего, которое ожидает Вселенную. Она будет очень отличаться от Вселенной настоящего, и для того, чтобы представить, какой именно она может оказаться, придётся опираться на ещё более спекулятивные связи между квантовой механикой и общей относительностью.

В будущем гравитация и остальные силы продолжат борьбу за доминирование во Вселенной. И сейчас мы увидим, до чего необычной и причудливой она в конце концов может стать!

Часть 3 Квант космоса: будущее