[МУЗЫКА]
[МУЗЫКА] Было
бы жестоко познакомить вас со всеми этими чудесами, со всеми без объяснения.
В квантовой механике разработан строгий математический аппарат,
позволяющий описывать указанные явления.
Согласно этой теории, положение частицы в пространстве описывается не координатой,
а некоторой функцией вероятности,
размазанной сразу по целой области пространства.
Наблюдение частицы вызывает коллапс этой волновой функции и
превращение ее в координату.
Например, в эксперименте с двумя щелями фотон проходит через обе щели,
но только это не совсем фотон, а его волновая функция.
Не понятно?
И никому не понятно.
Первое понятное и математически строгое объяснение дал в 1956
году американский математик, физик Хью Эверетт III.
Вспомним всеми любимый мысленный эксперимент с котом Шредингера.
Кот заперт в ящике с адской машиной,
[ШУМ] поведение которой зависит от какой-то микроскопической частицы,
например от поведения электрона в интерферометре Юнга.
То есть у нас есть две щели и пушка, которая выпускает электроны.
Вся эта конструкция находится в ящике.
Если электрон проходит через верхнюю щель, он запускает адскую машину,
которая убивает кота, если через нижнюю щель, то ничего не происходит.
Проблема в том, что до момента того, как мы измерили систему, то есть открыли ящик,
электрон находится в суперпозиции каких-то базисных состояний, прохождение,
например, через верхнюю щель и через нижнюю щель одновременно.
И в каком-то смысле кот первый измеряет эту суперпозицию.
Давайте нарисуем на нашей картинке наблюдателя.
Назовем его «наблюдатель 1».
До того как наблюдатель 1 измерил систему в ящике, до того как он пронаблюдал кота,
система в ящике по законам квантовой механики должна была развиваться линейно
и унитарно, то есть коллапса волновой функции не должно было происходить.
И, соответственно, с точки зрения наблюдателя 1, до того момента,
как он открыл ящик, система находится в состоянии: электрон прошел через
верхнюю щель, и кот мертв,
плюс электрон прошел через нижнюю щель,
и кот жив.
Причем оба эти состояния,
с точки зрения наблюдателя 1, внутри ящика совершенно реальны.
Еще немножко усложним нашу картинку — добавим за стенкой наблюдателя 2.
С точки зрения наблюдателя 2,
система находится в таком состоянии: это у
нас волновая функция наблюдателя 1.
Допустим, наблюдатели договорились, что наблюдатель
1 ровно в 12 часов открывает коробку и смотрит на кота.
Тем самым он формирует у себя некий субъективный чувственный опыт
с результатом, например, что кот мертв.
И субъективно для наблюдателя 1 система переходит в состояние:
электрон пролетел через верхнюю щель,
и кот мертв.
Здесь у нас волновая функция
наблюдателя, наблюдателя 1.
Но, с точки зрения наблюдателя 2,
вся система в комнате измерению не подвергалась и, соответственно,
тоже была, тоже развивалась линейно и унитарно, и, соответственно,
представляет собой суперпозицию двух состояний: то которое субъективно
воспринял наблюдатель 1, и то, которое, с точки зрения наблюдателя 1,
не реализовалось удачным исходом для кота.
[ШУМ] Вот
такая система
находится в комнате, с точки зрения наблюдателя 2, который знает,
что наблюдатель 1 в 12 часов открыл коробку и посмотрел на кота.
Для наблюдателя 2 оба обе эти версии наблюдателя 1 (и веселая,
и грустная) абсолютно реальны.
Но где же существуют эти реальные копии наблюдателя?
Для того чтобы ответить на этот вопрос,
давайте рассмотрим всю эту ситуацию в пространстве времени.
В момент времени t0 у нас есть снимок в пространстве времени,
снимок Вселенной, в которой фотон вылетает,
скажем, из лазера в направлении интерферометра Юнга.
Далее, в момент времени
t1 возможны два варианта развития событий:
фотон пролетает через нижнюю щель,
и фотон пролетает через верхнюю щель.
Давайте пронумеруем наши снимки: это снимок 1, 2, 3.
Причем для снимков 2 и 3 предшественником их в пронстранстве-времени
является снимок 1.
И поскольку оба эти снимка физически возможны и нет никакого критерия,
по которому мы могли бы предпочесть один другому, то Эверетт делает заключение,
что оба эти снимка реально существуют в пространстве времени.
Таким образом, наша Вселенная, согласно интерпретации Эверетта, сложнее,
чем кажется.
В ней существуют снимки всей Вселенной,
соответствующие разным вариантам развития одних и тех же событий.
И для любой точки,
любой точки во времени, существует множество ее потомков,
соответственно, копий Вселенных.
Здесь, например, t0, t1, t2.
И обитатели параллельных снимков Вселенной не могут взаимодействовать друг с другом.
Каждый из них субъективно
воспринимает свою временную линию.
Но если параллельные снимки не могут взаимодействовать друг с другом,
откуда тогда берется интерференционная картина на экране?
Давайте рассмотрим момент времени t2,
когда наш фотон достиг второго экрана.
И рассмотрим на экране, например, черную полосу интерференционной картины,
какую-то точку p на этой черной полосе.
В точку p фотоны
из разных щелей попадают в противофазе.
Причем уже в самой точке p нельзя сказать, из какой щели пришел фотон.
Соответственно, для точки p на снимке t2 обе Вселенные,
2 и 3, оба снимка являются предшественниками.
Но этого не может быть, потому что тогда получается,
что фотон приходит в противофазе с самим собой.
И поэтому, поскольку это противоречит здравому смыслу, снимка,
подобного этому, в пространстве времени просто не существует.
Вот откуда берутся темные полосы интерференционной картины.
Вселенных, в которых фотон приходит в точке этих полос, копии Вселенных,
просто не существует multiverse — Мультивселенной — в пространстве-времени.
Если же в точке p мы можем сказать, из какой щели пришел фотон — например,
мы запутали его позицию с поляризацией в интерферометре Юнга,
— то тогда противоречие для снимка 4 исчезает, Вселенная
со снимка 4 имеет право на существование в пространстве-времени, в multiverse.
И также исчезает интерференционная картина.
Интерпретация Эверетта — это всего лишь объяснение,
не меняющего математического аппарата теории.
С точки зрения математической модели нам не важно,
как мы будем понимать коэффициента, например, в таком
состоянии: как какие-то
параметры волновой функции или как доли Вселенных,
в которых наш фотон проходит через верхнюю и через нижнюю щели,
например, в 1 / 3 Вселенных он проходит через верхнюю, в 2 / 3 — через нижнюю.
Но подобные объяснения позволят нам иногда лучше
понимать тот математический аппарат, которым нам придется пользоваться на
следующих неделях.