Сознающий ум. В поисках фундаментальной теории - Дэвид Чалмерс

Более общая трудность состоит в том, что процесс коллапса в целом не очень хорошо сочетается со всей остальной физикой. Если брать его в буквальном смысле, то это мгновенный, дискретный, темпорально асимметричный нелокальный процесс, радикально отличный от всех других процессов, в существовании которых нас убеждает физическая теория. Кажется странным, что такой необычный процесс должен сосуществовать с прямолинейным, континуальным, темпорально симметричным и локальным уравнением Шредингера. В самом деле, сравнивая коллапс с элегантностью и мощью уравнения Шредингера, составляющего ядро квантовой теории, мы можем счесть его каким-то случайным привнесением. И что-то несообразное есть в представлении о том, что мир на своем базовом уровне содержит два столь совершенно разных вида динамики.

Эти аргументы, конечно, далеко не решают дело, и интерпретация, согласно которой сознание коллапсирует волновую функцию, заслуживает очень серьезного отношения. Тем не менее, на мой взгляд, имеется серьезное основание поискать другую интерпретацию, рисующую более простую и непосредственную картину фундаментальных природных процессов.

Вариант 2: Попытка получить постулат измерения задаром

Все проблемы буквалистской интерпретации связаны с признанием постулата измерения фундаментальным законом. Заманчиво поэтому предположить, что этот постулат мог бы не иметь базового характера, а оказываться следствием более фундаментальных принципов. Тут есть два возможных пути. Мы могли бы попытаться ввести дополнительные базовые принципы, не столь проблематичные, как постулат измерения, но приводящие к тем же результатам. Это стратегия четвертого варианта. Или же мы могли бы попробовать получить те же результаты в качестве следствия уже известных базовых принципов, таких как уравнение Шредингера. То есть мы могли бы попытаться получить постулат измерения даром.

Интуитивную мотивацию в пользу этой стратегии нетрудно понять. Интуиция говорит нам, что эффекты суперпозиции проявляются по большей части на микроскопическом уровне и что они могли бы каким-то образом «отменяться» на макроскопическом уровне. Быть может, при наличии множества микроскопических суперпозиций они взаимодействуют так, что порождают относительно определенное макроскопическое состояние. Благодаря ряду математических свойств сложных конфигураций мы могли бы понять, каким образом эффективный коллапс мог бы оказываться следствием микроскопической неопределенности. Базовый пробабилистический коллапс был бы в таком случае заменен эмерджентным статистическим процессом, протекающим в той или иной сложной системе.

Предпринималось множество попыток проработать математическую сторону этого предположения, с целью чего нередко обращались к статистическим принципам термодинамики (напр., Daneri, Loinger, and Prosperi 1962). К сожалению, все эти попытки провалились, и сегодня многие считают, что они и должны проваливаться. Поскольку шредингеровская динамика линейна, всегда можно сконструировать ситуации, в которых микроскопические суперпозиции ведут к макроскопическим суперпозициям. Если электрон в положении «вверх» ведет к одному макроскопическому состоянию, а электрон в положении «вниз» — к другому, то электрон в состоянии суперпозиции должен вести к макроскопической суперпозиции (Алберт (Albert 1992, с. 75) очень четко обосновывает это заключение). Таким образом, без введения дополнительных базовых принципов приходится ожидать, что мы обнаружим суперпозицию на макроскопическом уровне.

Эти стратегии небесполезны. Подобное использование статистики, а также более поздние работы о «декогеренции» (Gell-Mann and Hartle 1990 и др.) показывают, что волновая функция с суперпозицией будет не какой-то хаотичной мешаниной, а зачастую будет разрешаться в сравнительно четко очерченную суперпозицию раздельных макроскопических состояний. Эти макроскопические состояния «декогерируют» друг от друга лишь с минимальными интерференционными взаимовлияниями. Это по крайней мере помогает нам отыскать какой-то элемент привычного классического мира в волновой функции с характерной для нее суперпозицией. Но суперпозиция волновой функции никуда не исчезает, и подобные работы ничего не говорят нам о том, почему лишь один из элементов макроскопической суперпозиции должен быть актуальным. Так что для решения этой базовой проблемы требуются дополнительные усилия. Они могут оказаться наиболее продуктивными в сочетании с другими вариантами решения, в частности с тем, который рассмотрен тут под номером 5.

Вариант 3: О чем нельзя говорить…

Возможно, самой распространенной позицией среди практикующих физиков является та, согласно которой мы попросту не должны задаваться вопросом о том, что происходит в реальном мире за пределами исчисления квантовой механики. Исчисление работает, и этого достаточно. Есть две разновидности этой позиции. В соответствии с первой из них, в мире, возможно, что-то и происходит, но мы никогда не сможем узнать, что именно. Исчисление дает нам всю в принципе доступную эмпирическую информацию, так что все остальное есть чистая спекуляция. Мы вполне могли бы оставить свое беспокойство и продолжать вычисления. Эта позиция оправдана в практических целях, но она не может удовлетворить тех, кто хочет, чтобы физика рассказывала нам о базовом уровне реальности. Если исчисление работает, то мы хотели бы иметь хоть какое-то представление о том, как оно могло бы работать. Не исключено, что мы никогда не сможем узнать об этом наверняка, но спрашивать об этом все же имеет смысл.

Вторая разновидность указанной позиции имеет более жесткий характер. Здесь утверждается, что вопросу о том, что происходит в мире, не соответствует никакого фактического содержания. Согласно этому воззрению, факты исчерпываются фактом работоспособности исчисления. Оно не часто формулируется в столь эксплицитном виде, так как при подобной формулировке в эти утверждения почти невозможно поверить. Оно предлагает нам такую картину реальности, в которой нет места миру! Эта позиция ведет к одной из версий идеализма, в соответствии с которым все, что существует, — это наши перцепции или что-то вроде того. Перед тем, как мы открыли контейнер с кошкой Шредингера, она не мертва, она не жива, и она не находится в состоянии суперпозиции; она вообще не находится ни в каком состоянии. Отрицая факты за пределами наших измерений, эта концепция отрицает независимо существующую реальность.

«Копенгагенскую интерпретацию», выдвинутую Бором и его коллегами, нередко считают одной из вариаций этого воззрения, хотя сочинения Бора несколько неоднозначны и сложны для толкования. В них можно найти намеки и на какие-то моменты, характерные для первого варианта решения, равно как и на эпистемологическую версию данного варианта. Бор всячески подчеркивал «классическую» природу измерительных приборов, и его позицию можно понять так, будто он считал, что только классические (или макроскопические) объекты имеют объективные состояния. На вопросы же о реальном состоянии объекта, описываемого с помощью суперпозиции, попросту накладывается запрет. Это, однако, предполагает разведение классических и квантовых систем, которое трудно осуществить по объективным основаниям; трудно также представить, что реальность просто «растворяется» по мере того, как мы переходим от макроскопического к микроскопическому уровню. Многим казалось, что если принимать идеи Бора всерьез, то они приведут к жесткому операционализму, обсуждавшемуся в предыдущем абзаце. Они тоже рисуют такую картину базового уровня реальности, которая ничего не изображает.

Вариант 4: Вводить дополнительные базовые физические принципы

Если буквалистская интерпретация постулата измерения неприемлема и если он не может быть выведен из имеющихся физических принципов, то естественно предположить, что эти принципы не исчерпывают того, что здесь происходит. Быть может, если мы постулируем дополнительные базовые физические принципы, то мы сможем менее проблематично объяснить эффективность квантово-механического исчисления.

Первый способ сделать это — удержать идею коллапса, но дать ей иное объяснение. Подобная стратегия сохраняет допущение, что базовые физические состояния — это волновые функции, задаваемые уравнением Шредингера, но вводит новые принципы для объяснения того, как микроскопические суперпозиции превращаются в макроскопическую дискретность.

Самым известным примером данной стратегии является «ЖРВ» — интерпретация, которой мы обязаны Жирарди, Римини и Веберу (Ghirardi, Rimini, and Weber 1986; см. также Bell 1987а)[193]. В этой интерпретации постулируется фундаментальный закон, в соответствии с которым вектор состояния положения любой элементарной частицы может претерпевать микроскопический «коллапс» в любой момент с очень небольшой вероятностью (шанс того, что частица коллапсирует в данную секунду, примерно равен 1 из 1015). Когда подобный коллапс происходит, это, как правило, приводит к коллапсу состояния той макроскопической системы, в которую она включена, вследствие наличия там неразрывных связей. В любой макроскопической системе имеется множество таких частиц, так что из сказанного следует, что любая макроскопическая система в любое время, как правило, будет находиться в относительно дискретном состоянии. И можно показать, что итоговый результат будет очень близок к тому, чтобы воспроизводить предсказания постулата измерения.