Сознающий ум. В поисках фундаментальной теории - Дэвид Чалмерс

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.

Альтернатива состоит в том, чтобы исключить необходимость в коллапсе путем отрицания того, что базовый уровень реальности репрезентируется волновой функцией с присущей ей суперпозицией. Если такие свойства, как положение, имеют определенные значения даже на базовом уровне, то в коллапсе не будет никакой необходимости. Подобная теория постулирует «скрытые параметры» на базовом уровне, напрямую объясняющие дискретность реальности на макроскопическом уровне. Ценой этого предположения оказывается то, что теперь мы нуждаемся в новых принципах, которые позволили бы объяснить, почему принципы изменения волновой функции и коллапса кажутся настолько эффективными.

Наиболее известной в этой связи является теория, разработанная Бомом (Bohm 1952). Согласно этой теории, положение базовых частиц всегда является чем-то определенным. Волновая функция сохраняет роль некоей «волны-пилота», направляющей изменение положения частицы, и сама волновая функция подчиняется уравнению Шредингера. Вероятностные предсказания постулата измерения получают новую интерпретацию и трактуются в качестве статистических законов. В соответствии с этой теорией оказывается, что мы никогда не можем знать точного положения частицы до соответствующего измерения, а можем знать только ее волновую функцию. Постулат измерения говорит нам о том, какая пропорция частиц при данной волновой функции будет иметь то или иное положение. Поэтому он дает нам наилучшие статистические предсказания, которые мы только можем ожидать, учитывая отсутствие у нас знания об этом.

Все предложения указанного типа сталкиваются с проблемами. Как ЖРВ — интерпретация, так и интерпретация Бома подчеркивают определенность положения, нарушая тем самым симметрию между положением и импульсом в квантово-механическом исчислении. Это оправдано в целях предсказания, так как можно попробовать показать, что наши суждения о макроскопической определенности всегда предполагают отсылку к каким-то определенным положениям (примером может быть положение стрелки), но делает теорию менее элегантной. По сходным причинам очень непросто согласовать эти подходы и с теорий относительности.

ЖРВ — теория сталкивается и с дополнительными трудностями, наиболее серьезной из которых, возможно, является то, что из нее, строго говоря, не следует, что макроскопический мир вообще дискретен. Макроскопическое состояние по-прежнему репрезентируется волновой функцией с суперпозицией: хотя ее амплитуда по большей части концентрируется в одном месте, она не равна нулю везде, где не равна нулю амплитуда неколлапсированной волновой функции. И это возобновляет проблемы, связанные с суперпозицией. Стрелка по-прежнему показывает на множество мест, даже после измерения. Конечно, амплитуда, связанная с большинством этих мест, очень невелика, но трудно понять, почему низкоамплитудная суперпозиция хоть в чем-то более приемлема, чем высокоамплитудная.

Теория Бома имеет меньше технических проблем в сравнении с ЖРВ — интерпретацией, но из нее вытекает ряд странных следствий. Наиболее поразительным из них является ее крайняя нелокалъностъ. (Любая теория, говорящая о скрытых параметрах и сообразная с предсказаниями данного исчисления, должна быть нелокальной по причинам, указанным Беллом, — см. Bell 1964[194].) Дело не сводится к тому, что свойства одной частицы могут мгновенно влиять на свойства другой частицы, находящейся на расстоянии от нее. Оказывается, что при определении траектории частицы мы, возможно, должны принимать во внимание волновые функции частиц, существующих в других галактиках! Все они содействуют формированию глобальной волновой функции, и эта волновая функция одновременно управляет траекториями частиц во всей вселенной.

Но, возможно, наиболее фундаментальным основанием с подозрением относиться к этим интерпретациям является то, что они постулируют наличие чего-то сложного за чем-то простым. Невзирая на проблемы квантово-механического исчисления, оно исключительно просто и элегантно. Эти же интерпретации вводят сложные дополнительные принципы, имеющие к тому же характер допущений, сделанных сравнительно ad hoc, для замены и объяснения этого простого каркаса. Сказанное несколько в меньшей степени применимо к ЖРВ-интерпретации, дополнительное усложнение которой состоит только во введении двух новых фундаментальных констант и нарушении симметрии между положением и импульсом; но остается удивительной «удачей» то, что значения констант оказываются именно такими, что они могут почти воспроизводить предсказания стандартной модели. Дополнительные усложнения, связанные с интерпретацией Бома, хуже тех; она постулирует определенность положений и волновую функцию, сложный новый фундаментальный принцип, посредством которого волновая функция определяет положение частиц, а также нарушает симметрию изначальной модели.

Мы могли бы сказать, что эти интерпретации создают такое впечатление, будто мир был создан Декартовым злым демоном, так как они заставляют нас верить, что мир устроен не так, как в действительности. Как выражаются Алберт и Левер (Albert and Loewer 1989), Бог у Бома не играет в кости, но наделен извращенным чувством юмора. Сценарий, в котором сложная бомовская интерпретация воспроизводит предсказания простой модели лишь по своей степени отличается от того случая, когда данные, поступающие в мозг в бочке, выстраиваются таким образом, чтобы создавать видимость непосредственно данного внешнего мира. Она напоминает «интерпретацию» эволюционной теории, согласно которой Бог в готовом виде создал окаменелости несколько тысяч лет назад, обеспечив тем самым воспроизведение предсказаний эволюционной теории. Простота объяснительной модели была принесена в жертву ради сложной гипотезы, которой удается воспроизвести результаты изначальной теории.

Квантово-механическая модель настолько проста и элегантна, что базовая теория, не воспроизводящая эту простоту и элегантность, никогда не будет удовлетворять нас или не будет абсолютно убедительной.

Если бы в квантовой теории были какие-то аномалии, какие-то экспериментальные результаты, в полной мере не предсказуемые в этой модели, то более правдоподобным мог бы оказаться вывод, что эта простота является всего лишь верхушкой сложного айсберга. В настоящий момент, однако, эта модель кажется настолько надежной, что представление о необходимости постулировать сложный механизм для объяснения простых предсказаний в рамках этой модели кажется чем-то экстраординарным.

Учитывая, что ни одна из интерпретаций квантовой механики не лишена проблем, эти интерпретации заслуживают серьезного отношения. Но естественным будет поискать какую-то более простую картину мира.

Вариант 5: Достаточно одного лишь уравнения Шредингера

Основой квантовой механики является уравнение Шредингера, и оно так или иначе присутствует в любой интерпретации квантовой механики. Все рассмотренные нами интерпретации добавляли что-то к уравнению Шредингера для объяснения макроскопической дискретности мира. Но самой простой из имеющихся интерпретаций является та, которая говорит о верности уравнения Шредингера и заявляет, что больше ничего и не требуется. Иными словами, физическое состояние мира полностью характеризуется волновой функцией, и ее изменение целиком описывается уравнением Шредингера. Это интерпретация Эверетта (Everett 1957, 1973).

Одна из очерченных выше стратегий (вариант 2) также предполагает возможность ограничиться уравнением Шредингера, но при этом утверждает, что это можно совместить с дискретностью на макроскопическом уровне. Мы видели, что это не должно проходить по ясным математическими соображениям. Интерпретация Эверетта гораздо более радикальна. Уравнение Шредингера не подвергается здесь никаким сомнениям, и состояние мира описывается волновой функцией на каждом из его уровней. Из этого следует, что в противоположность имеющейся видимости, мир находится в состоянии суперпозиции даже на макроскопическом уровне.