Космологические коаны. Путешествие в самое сердце физической реальности - Энтони Агирре Страница 33

Теперь мы приходим к любопытному выводу, формализованному Эрихом Йоосом и Дитером Цехом в середине 1980-х годов. Хотя мы сделали предположение, что сетчатка глаза Муненори, его зрительные нервы и т. д. — изолированные системы, на самом деле это, конечно, не так. Они взаимодействуют со всем, что их окружает. В процессе, который сейчас называется декогерентностью (процесс нарушения когерентности), эти по существу случайные взаимодействия, когда они учитываются в состоянии, включающем и систему, и окружающую среду, приводят к тому, что интерференционные члены с высокой степенью точности обнуляются. Йоос и Цех сформулировали это так: «Интерференционные члены все еще существуют, но не здесь»[49].

Это частный случай общего правила: если вы приводите квантовую систему в контакт с достаточно сложной средой, квантовая природа системы исчезает; в особенности это касается квантовой суперпозиции. Как только две возможности «декогерировали», любая новая система, взаимодействующая с декогерированными возможностями старой системы, создаст декогерентную комбинацию новой системы с каждым из вариантов старой; таким образом, описание подобной системы фактически распадается на описание двух (или, скорее, большего числа) отдельных «миров». Поэтому суперпозиция активированной и неактивированной клетки палочки быстро становится декогерентной, если включить окружающую палочку среду. Если она взаимодействует с клетками ганглия, вместе они формируют декогерентную суперпозицию клеток ганглия, которые и получили, и не получили сигналы от палочки. И так далее. Следуя формализму квантовой теории, мы получаем суперпозицию многих разных состояний мозга. Однако ключевым является тот факт, что ни одно из них не описывает что-либо, похожее на странное состояние полуживого-полумертвого зомби Муненори. Декогеренция полностью отрезает эти состояния друг от друга.

Это все хорошо, однако же возникает другой, причем гораздо более сложный вопрос: Как четыре возможные комбинации системы Муненори-фотоны превращаются в одного Муненори, который либо жив, либо мертв? Иначе говоря, как суперпозиция потенциальных исходов связана с единственным реальным исходом? Считается, что квантовое состояние дает полное и законченное описание реальности, содержащее всю необходимую для описания системы информацию. Однако похоже, что после декогеренции в две возможности, образующие-суперпозицию-но-не-интерферирующие-друг-с-другом, возникает серьезное противоречие между состоянием с этими двумя возможностями и «реальностью», при которой имеется только одна возможность: Муненори либо жив, либо мертв. Вы услышали звук или нет. Это главное несоответствие большинство ученых называет проблемой квантовых измерений.

К проблеме квантовых измерений существует примерно столько же подходов, сколько в мире людей, которые серьезно ею занимались. Это на редкость тонкий вопрос. Мы можем для пользы дела нарочито огрубить его, разделив большую часть подходов[50] на две группы, которые можно было бы назвать эпистемическим и онтическим подходами.

Эпистемический (гносеологический) подход рассматривает квантовое состояние как математическое описание (или волновую функцию) всего, что наблюдатель может узнать о системе. Это напоминает вероятность P того, что при бросании кости грань с шестеркой окажется сверху: разные наблюдатели (например, вы или симулятор) могут приписать разные вероятности выпадению граней с разными цифрами, но после броска все согласятся, что вероятность того, что наверху окажется та грань, которая оказалась, составит P = 100 %, а тех, которые оказались в остальных позициях, P = 0 %. Подобно этому, в эпистемической интерпретации в волновой функции содержится вся информация о системе с точки зрения наблюдателя, имеющего к ней доступ. До измерения волновая функция приписывает разные вероятности различным исходам. После измерения вся вероятность превращается в стопроцентную вероятность того исхода, который в действительности наблюдается наблюдателем. С этой точки зрения, если мы рассмотрим цепь событий (начиная от попадающего на сетчатку глаза фотона и следуя дальше, через нервные волокна, к мозгу), приводящих к появлению суперпозиции конфигураций нейронов в мозгу Муненори, мы вправе описать любую из них в виде суперпозиции. Но в голове Муненори будет реально воспринята только одна из конфигураций, и на основании именно этой конфигурации и будет предпринято действие. Замену этой волновой функции новой, в которой отразится новая информация, полученная наблюдателем, часто называют коллапсом волновой функции. Однако для вероятностей этот термин обычно не используется, про них мы бы просто сказали, что они изменились «при получении дополнительной информации». Но с эпистемической точки зрения это одно и то же.

Онтический подход по духу довольно сильно отличается от эпистемического. При этом подходе утверждается, что волновая функция — это реальность, или, по крайней мере, что она взаимно-однозначно связана с реальностью. Поэтому когда волновая функция распадается на два декогерентных мира, находящихся в суперпозиции, мы должны воспринимать это буквально и считать, что мир распался на два различных мира. Ни одна часть волновой функции никогда не умирает, вместо этого мы должны говорить о соотношении между частями волновой функции. Например, мы можем сказать: «Состояние с отметкой „много фотонов“ коррелирует с состоянием, помеченным значком „видно“. А состояние с отметкой „меньше фотонов“ коррелирует с состоянием, помеченным значком „не видно“». Поэтому один Муненори, который увидел блик света, может сделать вывод, что он увидел его потому, что прилетело много фотонов, а другой Муненори, который не увидел блика, заключает, что фотонов было недостаточно, чтобы их увидеть. С этой точки зрения, если мы подумаем о цепи событий, начиная с прилета фотонов к сетчатке, и далее — к нервным волокнам и к нейронам в мозгу, приводящим к суперпозиции конфигураций в мозгу Муненори, мы должны продолжить эту цепочку, признав, что мозг взаимодействует с остальной частью мозга, телом, воздухом вокруг него, травой на поле, на котором стоит Муненори, городом Киото, и так далее. Суперпозиция просто растет, в нее включаются все новые и новые члены.

Таким образом, этот мир распадается на мир, который распадается на множество миров, и тот мир, который известен нам как этот мир.

15. Чего узнать нельзя

(Монастырь Зуйо-дзи, Япония, 1627 год)

«Как ты думаешь, — спросил ты Умпо Дзеньё, когда вы сидели в саду, — Будда действительно знает всё, как это написано в сутрах?»

«О, — ответил мастер, — сутры — кладезь мудрости, но рассказанные в них истории древние и их не нужно воспринимать буквально. Я думаю, что Будда знал достаточно, а ты так разве не думаешь?»

«Да, но, ты полагаешь, это возможно — знать всё? А для просветленного существа? Или для Бога? (Или джинна, — подумал ты про себя.) Как ты все это отыщешь и измеришь? Где ты будешь хранить всю эту информацию? Что…»

«Я думаю,