Павел Амнуэль: Вселенные: ступени бесконечностей

Я не стану отвлекать читателя историческими экскурсами и буду обращаться к ним по мере необходимости. Желающие более серьезно углубиться в историю, могут сделать это, обратившись к монографии Ступальского. Хочу лишь предупредить, что все эти исторические изыскания (очень интересные) не имеют отношения к истинному многомирию, о котором пойдет речь ниже.

Современные представления о многомириях возникли из необходимости непротиворечиво осмыслить ситуацию с волновым уравнением Шредингера.

Уравнения Шредингера описывали состояние и взаимодействие элементарных частиц. В отличие от классической физики, где любой объект (неважно — атом, планета или галактика) находится каждый момент времени в одном-единственном вполне определенном состоянии, в мире квантов все не так. Состояние элементарной частицы представляет собой волну вероятности с широкими, практически бесконечными, краями. Электрон с разной степенью вероятности находится в любом из состояний, являющихся решениями уравнения Шредингера. В каком именно состоянии — невозможно узнать, пока этот электрон не становится объектом наблюдения. И дело даже не в том, что мы всего лишь не знаем, в каком состоянии находится электрон. Пока электрон не наблюдают, он на самом деленаходится сразу во множестве (как говорят физики — суперпозиции) состояний!

В момент наблюдения вы фиксируете некое определенное состояние частицы. Иными словами, выбираете из всех состояний одно-единственное. А что происходит с остальными?

Электрон — вот он, вы его зафиксировали, его состояние вам известно. Но волновая функция электрона говорит о том, что частица находилась еще и в состоянии 2, и в состоянии 3, и в состоянии 4, и еще во множестве других состояний — в таком их количестве, сколько решений имеет уравнение Шредингера, написанное для данной частицы.

Куда в момент наблюдения деваются все решения уравнения, кроме единственного? Нильс Бор и Вернер Гейзенберг утверждали, что, как только частица попадает в «объектив» наблюдателя, все решения уравнения (то есть, все состояния частицы!) коллапсируют, исчезают, остается единственное.

Такая интерпретация событий, происходящих в квантовом мире, получила название копенгагенской, по названию города, где работали Бор и Гейзенберг. Физиков-практиков копенгагенская интерпретация вполне устраивала, поскольку предсказания квантовой физики выполнялись идеально, на сто процентов. Были построены синхрофазотроны, коллайдеры, реакторы, открыты новые элементарные частицы. Расчеты атомной и водородной бомб невозможно было провести, не используя уравнение Шредингера.

На вопрос «что происходит?» копенгагенская интерпретация давала однозначный ответ. А вопрос «почему?» физики-экспериментаторы предпочитали не задавать — формулы работают, ну и ладно. Теоретики, которых интересовала философская глубина квантовой теории, вяло продолжали спорить еще полвека, не находя выхода из противоречия и соглашаясь с тем, что «да, это некрасиво, неправдоподобно, с чего бы волновой функции коллапсировать? Но… так устроен мир».

Альберт Эйнштейн говорил о двух критериях, определяющих хорошую теорию. Теория должна обладать внутренним совершенством (быть внутренне непротиворечивой) и иметь внешнее оправдание (соответствовать наблюдениям, эксперименту). Копенгагенская интерпретация квантовой физики полностью оправдывала себя внешне, но оставалась противоречивой внутренне.

Не очень многие читатели, особенно читатели-гуманитарии, понимают, насколько важна в физике красота предлагаемой теории. Любой хороший физик интуитивно понимает, верна ли теория, даже не вдаваясь в тщательное исследование ее плюсов и минусов. Достаточно понять идею и следствия, чтобы уловить незримую красоту, то, что Эйнштейн называл внутренним совершенством. Теория может правильно описывать известные экспериментальные или наблюдательные данные, но, если в ней не чувствуется внутренней красоты, то практически наверняка такая теория будет впоследствии теми же экспериментальными данными опровергнута — это не раз случалось в истории науки. Интуиция — казалось бы, недостаточно надежный критерий проверки истинности теории, но она очень редко подводила таких физиков, как Эйнштейн, Бор, Гейзенберг, а впоследствии — Зельдович, Хокинг, Линде, Журбин, Дорштейн и др.