Шон Кэрролл - Вечность. В поисках окончательной теории времени

Декогеренция возникает, когда состояние какого-то крошечного фрагмента Вселенной – например, вашего мозга – так сильно перепутывается с частями глобального окружения, что больше не испытывает интерференции – явление, которое, в сущности, и определяет свойство «квантовости». Для того чтобы понять, как это работает, вернемся к примеру с запутанным состоянием Китти и Дога. Существуют две альтернативы с равными амплитудами: кошка находится под столом, а собака – в гостиной и кошка находится на диване, а собака – в саду:

( стол, гостиная ) + ( диван, сад ).

Мы уже видели, как в ситуации, когда кто-то наблюдает состояние Дога, волновая функция (на копенгагенском языке) коллапсирует, оставляя Китти в некотором конкретном состоянии.

Но давайте теперь проделаем другой фокус: представьте себе, что никто не проверяет состояние Дога, все просто игнорируют его. По сути, мы отбрасываем любую информацию о запутанности между Китти и Догом и просто спрашиваем себя: каково состояние у Китти самой по себе?

Можно было бы предположить, что в данном случае ответом будет суперпозиция в форме ( стол )+( диван ), как раньше, до привнесения в ситуацию собачьих сложностей. Но это не совсем верно. Проблема в том, что интерференция – явление, благодаря которому мы, если уж на то пошло, убедились в том, что квантовые амплитуды необходимо принимать всерьез, – теперь невозможна.

В нашем исходном примере, где мы впервые познакомились с интерференцией, у амплитуды Китти, соответствующей нахождению под столом, было две составляющие: одна из варианта, где кошка останавливается у миски с кормом, а вторая – из варианта, где она останавливается у когтеточки. При этом критически важно было то, что эти две составляющие, которые в конечном итоге отменяли друг друга, вели к одному и тому же итоговому результату («Китти находится под столом»). Две составляющие конечной волновой функции интерферируют только в том случае, если они действительно приводят к одной и той же альтернативе для всего во Вселенной; если же они способствуют разным альтернативам, то интерференция между ними невозможна, даже если различия относятся ко всему прочему во Вселенной, за исключением самой Китти.

Таким образом, если состояние Китти запутано с состоянием Дога, интерференция между альтернативами, меняющими состояние Китти, невозможна без соответствующих изменений состояния Дога. Никакой добавок к волновой функции не может интерферировать с альтернативой «Китти находится под столом», потому что данная альтернатива – не полное описание того, что мы можем увидеть. Интерференция возможна только с альтернативами «Китти находится под столом, а Дог – в гостиной», которые действительно представлены в волновой функции. [210]

Следовательно, если Китти запутана с внешним миром, но нам неизвестны детали этого запутывания, неправильно считать ее состояние квантовой суперпозицией. На самом деле следует рассматривать его как обычное классическое распределение различных альтернатив. Как только мы отбрасываем любую информацию о том, с чем запутана наша кошка, состояние Китти перестает быть истинной суперпозицией; в любых мыслимых экспериментах Китти находится либо в одном состоянии, либо в другом, даже если мы не знаем, в каком конкретно. Интерференция невозможна.

Это декогеренция. В классической механике каждый объект находится в определенном положении, даже если нам неизвестно, каково в точности его положение, и все, что мы можем сделать, – это приписать вероятности различным альтернативам. Волшебство квантовой механики состоит в том, что такого понятия, как «где находится объект», больше не существует; объекты пребывают в одновременной суперпозиции возможных альтернатив, и мы знаем, что это должно быть правдой, потому что это подтверждается экспериментами, демонстрирующими реальность интерференции. Однако если квантовое состояние, описывающее объект, запутано с чем-то еще во внешнем мире, интерференция становится невозможной, и мы возвращаемся к традиционному классическому взгляду на вещи. С нашей точки зрения объект находится в том состоянии или в ином, и кроме как присвоить вероятности различным альтернативам, мы ничего больше сделать не можем: вероятности отражают наше неведение, а не глубинную реальность. Если квантовое состояние какого-то конкретного подмножества Вселенной представляет истинную суперпозицию, не запутанную с окружающим миром, мы говорим, что оно «когерентно»; если суперпозиция нарушена из-за запутывания с чем-то еще за пределами рассматриваемого подмножества, мы говорим, что она становится «декогерентной». (Вот почему в многомировой интерпретации установка камер слежения считается актом наблюдения; между состоянием кошки и состоянием камер появляется запутанность.)