Стивен Вайнберг - Всё ещё неизвестная Вселенная. Мысли о физике, искусстве и кризисе науке

Некоторые физики, которые приняли инструментальный подход, утверждают, что вероятности, которые мы вычисляем с помощью волновой функции, являются объективными и не зависят от того, проводят ли люди измерения. Я не считаю это утверждение логичным. В квантовой механике эти вероятности не существуют до того момента, пока люди не выберут, что именно они будут измерять, например спин в том или ином направлении. В отличие от классической физики, выбор должен быть сделан, поскольку в квантовой механике не все величины могут быть измерены одновременно. Как показал Вернер Гейзенберг, частица не может одновременно иметь точно определенные значения координат и скорости. Аналогично если мы знаем волновую функцию, описывающую спин электрона, мы можем рассчитать вероятность того, что электрон будет иметь положительный спин в северном направлении, если его измерить, или вероятность того, что электрон будет иметь положительный спин в восточном направлении, если его измерить, но мы не можем поставить задачу о расчете вероятности положительности спина в обоих направлениях, поскольку нет такого состояния, в котором электрон имел бы точное значение спина в двух разных направлениях.

Эти проблемы удается частично обойти в рамках реалистичного подхода в квантовой механике [103] Я использую термин «реалистский» не в обычном современном смысле этого слова, но в его средневековом смысле. Средневековый философ-реалист считал, что платоновские формы реальны, и в реалистском подходе в квантовой механике волновая функция рассматривается как фактор реальности, а не просто инструмент для расчета вероятностей. . Здесь волновая функция и ее детерминистская эволюция воспринимаются как объекты реальности. Однако возникают другие сложности.

Из реалистичного подхода есть очень странное следствие, впервые рассмотренное в докторской диссертации, защищенной ныне покойным Хью Эвереттом в Принстоне в 1957 г. Согласно реалистичному подходу, когда физик измеряет спин электрона, скажем, в северном направлении, волновая функция электрона, измерительная система и сам физик изменяют свои состояния в полном соответствии с детерминистским уравнением Шрёдингера; но в результате их взаимодействия в процессе измерения волновая функция становится суперпозицией двух членов, в одном из которых спин электрона положителен, и в этом мире для любого наблюдателя он будет положительным, а во втором члене спин отрицателен, и для любого наблюдателя он будет отрицательным. А поскольку все разделяют веру в то, что спин имеет одно определенное значение, суперпозиция становится невыявляемой. В результате история мира разделяется на два несвязанных друг с другом потока.

Довольно странно, но разделение истории должно происходить не только когда кто-то измеряет спин. В реалистичном подходе история мира нескончаемо расщепляется, и всякий раз макроскопическое тело оказывается связано с выбором квантовых состояний. Такая множественность миров дает благодатный материал для научной фантастики, а также разумное объяснение для Мультивселенной, где конкретная реализация мира, в котором мы обнаруживаем себя, ограничена требованием о том, что это должна быть реализация с условиями, благоприятными для существования разумных существ. Однако будущее всех этих параллельных миров крайне тревожное, так что я, как и многие другие физики, предпочел бы существование одного-единственного мира.

В реалистичном подходе есть еще одна неприятная вещь, выходящая за рамки нашей узкой темы. В этом подходе волновая функция Мультивселенной эволюционирует согласно детерминистскому закону. Мы можем говорить о вероятности как о доли времени, в течение которого существует тот или иной возможный результат измерений при их многократном повторении в одном из миров; однако законы, которые определяют наблюдаемые вероятности, должны следовать из детерминистской эволюции всей Мультивселенной. Если бы это было не так, то для предсказания таких вероятностей нам бы потребовалось принять некоторые дополнительные предположения о том, что происходит при выполнении человеком измерений, и это вернуло бы нас к проблемам инструментального подхода. В рамках реалистичного подхода было предпринято несколько попыток вывести законы, такие как правило Борна, которое, как мы знаем, хорошо подтверждается экспериментами, однако, насколько я знаю, эти попытки так и не увенчались успехом.