Космический ландшафт - Леонард Сасскинд

С точки зрения эксперимента различий между многомировой и копенгагенской интерпретациями нет. Никто не спорит с тем, что на практике копенгагенское правило редукции волновой функции даёт правильные вероятности экспериментальных результатов. Но эти две интерпретации глубоко различаются в отношении философского смысла этих вероятностей. Копенгагенцы придерживаются консервативного взгляда, считая, что вероятность есть мера возможности получения определённого результата при проведении большого числа повторяющихся экспериментов. Представьте себе монету. Если монета «правильная», вероятность любого исхода (орёл или решка) равна одной второй. Это означает, что если подбросить монету достаточно большое количество раз, то примерно в половине случаев она упадёт решкой, а в половине – орлом. Чем больше количество подбрасываний, тем ближе полученный результат будет к идеальному соотношению 50 на 50. Подобные рассуждения применимы и при бросании игральной кости. Каждая из граней кости при достаточно большом числе бросаний будет выпадать (с точностью до погрешности) с частотой одна шестая. Обычно никто не применяет статистику к единственному броску монеты или игральной кости. Но многомировая интерпретация делает именно это. Она имеет дело с единичными событиями способом, комичность которого особенно хорошо видна на примере подбрасывания монеты. Идея, что при подбрасывании монеты мир расщепляется на два параллельных – мир орла и мир решки, – не кажется слишком перспективной.

Почему же физиков настолько беспокоят вероятности, которыми оперирует квантовая механика, что они вынуждены обращаться к таким странным идеям, как многомировая интерпретация? Почему Эйнштейн так настойчиво утверждал, что «Бог не играет в кости»? Чтобы понять то недоумение, которое вызывает квантовая механика, полезно спросить себя: «Почему в ньютоновском мире абсолютной определённости тем не менее возникает необходимость обращаться к статистическим методам?» Ответ прост: вероятности возникают в ньютоновской физике по той простой причине, что мы почти никогда не знаем точных начальных условий эксперимента. Если бы в эксперименте с подбрасыванием монеты мы имели точную информацию о строении и движении руки экспериментатора, информацию обо всех воздушных потоках в комнате и информацию обо всех других факторах, влияющих на исход эксперимента, никакие вероятности нам бы не потребовались. Каждый бросок приводил бы к совершенно определённому результату. Вероятность – это удобный трюк, позволяющий компенсировать нашу неосведомлённость о деталях эксперимента. Вероятность не играет фундаментальной роли в законах Ньютона.

Но в квантовой механике ситуация принципиально иная. Из-за принципа неопределённости не существует способа точно предсказать результат эксперимента – принципиально не существует. Основные уравнения квантовой теории определяют эволюцию волновой функции, и ничего более. Вероятность лежит в самом фундаменте квантовой теории. Это не удобный трюк, используемый для компенсации недостатка информации. Кроме того, уравнения, которые определяют эволюцию волновой функции, не предусматривают внезапного отсечения ненужных ветвей. Редукция волновой функции – это лишь удобный трюк.

Эта проблема становится особенно острой в космологическом контексте. Обычные эксперименты типа эксперимента с двумя щелями, который я описал в главе 1, можно повторять снова и снова, как и подбрасывание монеты. Каждый фотон, который проходит через экспериментальную установку, можно рассматривать как отдельный эксперимент. Проблема состоит не в необходимости накопления огромного количества статистических данных. Она состоит в том, что мы не можем набрать нужную статистику в космическом масштабе. Вряд ли мы сумеем повторить много раз Большой взрыв, чтобы собрать статистику о результатах. По этой причине многие космологи склоняются к философии многомировой интерпретации.

Пионерская идея Картера по объединению антропного принципа с многомировой интерпретацией состояла в следующем: предположим, что волновая функция ветвится не только при описании таких простых вещей, как местоположение электрона, распад нейтрона или жизнь и смерть кота, но в каждой ветви работают различные Законы Физики. Если предположить, что все ветви одинаково реальны, то получится, что существует множество миров с различными вакуумами. На современном языке мы могли бы сказать, что каждой точке на Ландшафте соответствует своя ветвь. Всё остальное ничем не отличается от того, что я уже рассказывал ранее в этой книге, за исключением того, что вместо различных областей Мегаверсума мы будем говорить о различных вариантах реальности. Чтобы пояснить основную мысль, я приведу цитату из главы 1, а затем изменю в ней несколько слов. Исходная цитата звучит так: «Где-то в Мегаверсуме эта константа имеет такое значение, а где-то – сякое. Мы живём в одном маленьком кармане, в котором значения констант таковы, что позволяют существовать жизни нашего типа». А вот изменённая цитата: «На какой-то из ветвей волновой функции эта константа имеет такое значение, а на какой-то – сякое. Мы живём на одной отдельной ветви, где значения констант таковы, что позволяют существовать жизни нашего типа». Хотя две цитаты кажутся похожими, они несут в себе две совершенно различные идеи существования альтернативных вселенных. Похоже, что у нас есть ещё один способ достижения разнообразия вселенных, которое могло бы придать смысл антропной аргументации. Я мог бы добавить, что разные сторонники антропного принципа имеют разные мнения о том, какая из версий теории параллельных вселенных правильна. Хотите знать моё мнение? Я считаю, что оба варианта являются взаимодополняющими описаниями одной и той же сущности.

Рассмотрим ситуацию более подробно. Ранее в этой главе я описал два представления вечной инфляции, параллельное и последовательное. Параллельное представление признаёт существование гигантского Мегаверсума, наполненного неисчислимыми карманными вселенными, которые, будучи отделены друг от друга горизонтами, не взаимодействуют друг с другом. Это представление созвучно многомировой интерпретации Эверетта. А как насчёт последовательного представления?

Рассмотрим один пример. Представим сформировавшийся пузырь пространства, свойства которого определяются его положением в одной из долин Ландшафта. Для удобства дадим названия всем соседним долинам. Пусть долина, в которой находится пузырь, называется Центральной долиной. К востоку и западу от неё лежат Восточная и Западная долины, каждая – несколько ниже Центральной. С Западной долины можно добраться до ещё двух близлежащих долин, одну из которых мы назовём Шангри Ла, а другую – Долиной смерти. Долина смерти на самом деле не долина, а довольно плоское плато, расположенное на нулевой высоте. Восточная долина также имеет несколько соседей, до которых легко добраться, но мы не будем озадачиваться их названиями.

Представьте, что вы находитесь в Центральной долине, в то время как ваша карманная вселенная находится в стадии инфляционного раздувания. Из-за того, что поблизости находятся долины, лежащие на более низком уровне, вакуум вашей долины является метастабильным: в любой момент в нём может возникнуть пузырь, который поглотит вас. Итак, вы осматриваетесь и изучаете свойства окружающего вас пространства. Вы можете обнаружить, что всё ещё находитесь в Центральной долине, или понять, что уже совершили переход в Восточную или Западную долину. Долина, которую вы в данный момент населяете, определяется случайным образом согласно законам квантовой механики, во многом таким же образом, как квантовая механика определяет судьбу кота Шрёдингера.

Предположим теперь, что вы обнаружили себя в Западной долине. С тем же успехом вы могли бы отбросить ветвь вашей волновой функции, которая соответствует Восточной долине. Она не имеет никакого значения для вашего будущего. Спустя время, если вам повезёт, вас может поглотить пузырь, свойства пространства которого определяются благоприятной для жизни долиной Шангри Ла. Но вы с таким же успехом можете оказаться и в Долине смерти. На каждом перекрёстке Бор и его копенгагенская банда подскажут вам, как рассчитать вероятность для каждого исхода. Затем они поручат вам произвести редукцию волновой функции, для того чтобы избавиться от сверхнормативного багажа тех ветвей, которые не соответствуют исходу вашего эксперимента. Вот это и есть последовательное представление.

Моё мнение вам, должно быть, уже очевидно. Последовательное представление – когда вы постоянно остаётесь в пределах горизонта вашей карманной вселенной, наблюдая события и избавляясь от ненужного багажа, – это боровская интерпретации квантовой механики. Параллельное представление Мегаверсума, наполненного множеством невзаимодействующих карманных вселенных, соответствует интерпретации Эверетта. Я нахожу в этом соответствии приятную логичность. Возможно, в конце концов мы обнаружим, что квантовая механика имеет смысл только в контексте ветвящегося Мегаверсума и что Мегаверсум имеет смысл только как ветвящаяся реальность эвереттовской интерпретации.