Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность - читать онлайн книгу. Автор: Пол Халперн cтр.№ 59

В погоне за квантовой гравитацией Мизнер и Уилер вскоре поняли, что ассортимент измеряемых переменных (базовых физических величин, которые будут определяться – эквиваленты позиции, импульса, энергии и т. д. для описания простых частиц) не столь очевиден. Общая теория относительности в исходной форме, предложенной Эйнштейном, поместила пространство и время на общую основу. Одно с легкостью могло быть превращено в другое, как вода и лед.

Тем не менее при любой разновидности реалистического наблюдения мы замечаем, как нечто изменяется пространственно на протяжении определенных временных интервалов – так вселенная расширяется на протяжении долгих эонов. Следовательно, процесс измерений естественным образом разделяет пространство и время, требуя, чтобы четырехмерный блок пространства-времени нарезался на трехмерные ломти с течением времени. Такое «нарезание» не может быть произвольным, оно осуществляется в соответствии с динамикой Эйнштейна.

Физики Ричард Арновитт и Стэнли Десер вместе с тем же Мизнером найдут решение этой внушительной проблемы через несколько лет, и оно получит название «АДМ-формализм».

Более философской оказалась задача отделения наблюдателя от наблюдаемого. Если вся вселенная представляет собой некоторую систему под наблюдением, как может иметь место независимое наблюдение, ведь никто не имеет возможности покинуть вселенную, чтобы осмотреть ее и измерить снаружи?

С другой стороны, все, находящиеся внутри вселенной, являются частью системы.

Задача увидеть, как может работать концепт волновой функции, не ссылаясь при этом на внешнего наблюдателя, представлялась сложной и интересной. Попытка развить способ проведения квантовых измерений без подобного коллапса выглядела равным образом устрашающей.

Эверетт постоянно думал об альтернативах Копенгагенской интерпретации, и однажды он явился к Уилеру с революционной новой гипотезой: предположим, что нет коллапса, предположим, что волновые функции каждой квантовой системы и вселенной как целого продолжают беспрепятственно развиваться в соответствии с уравнением Шредингера, уравнением Дирака и всеми непрерывными способами описания квантовых систем. Если нет коллапса, то нет нужды и во внешнем наблюдателе, следовательно, волновая функция вселенной может быть определена однозначным образом.

Это приносит нам единственное следствие, но очень необычное.

Вообразим, что у нас есть простая квантовая система, такая как атом, и ученый измеряет в ней некий параметр. Такие измерения происходят все время, и если проводятся корректно, то обычно получается один, а не несколько результатов. В таких случаях факт наблюдения в тот момент, когда оно происходит, не инициирует коллапс функции, а побуждает саму вселенную разветвляться на многочисленные возможности. Каждая ветвь будет представлять отличающийся результат, иными словами, альтернативную реальность.

Мизнера заинтриговала такая концепция, но у него возникли и сомнения в гипотезе Эверетта, которая очевидно нуждалась в доработке. Как он вспоминал: «Поначалу я отреагировал так, что мне не нравятся заключения Хью, но я уважаю его способность логически отстаивать свою точку зрения. Меня откровенно не устраивала теория Бора»⁹¹.

Уилер же был искренне воодушевлен, он побудил своих аспирантов искать путь определения волновой функции вселенной, и Эверетту оказалось некуда деваться. После некоторых дискуссий он решил писать диссертацию по теме, а Уилер стал его научным руководителем.

Тем временем Уилер продолжал играть с червоточинами и геонами в их разных формах, словно ребенок, которому подарили новый конструктор. Он хотел сделать геоны ключевым компонентом в мире частиц, но по расчетам все выходило так, что минимальный размер классического геона-бублика сопоставим с размером Солнца, масса же его измерялась бы в миллионах солнечных, и вряд ли такой объект можно было отнести к элементарным частицам. Тем не менее Джон упорствовал, считая, что концепция слишком интересна, чтобы ее отбросить. Вероятным казалось, что квантовые коррекции помогут в конечном итоге уменьшить массу и размер.

Находясь в недолгой поездке в Европу, Уилер написал Эйнштейну и попросил у него совета по поводу геонов. Тот ответил, что они должны поговорить, когда Уилер вернется, но в октябре 1954-го у них состоялась телефонная беседа, и австриец изложил первоначальное мнение о концепции геонов.

Хотя они представляли реальные решения уравнений общей теории относительности, выглядели они при этом нестабильными. Поскольку гравитация слаба по сравнению с прочими фундаментальными силами, то будет трудно собрать устойчивую конфигурацию энергетических полей, опираясь только на их гравитационное взаимодействие.

Стабильные астрономические тела, такие как звезды или планеты, под завязку набиты массой, это не аморфные объекты.

Уилер поработал над вычислениями еще и решил, что Эйнштейн во всем прав. Червоточины предложенного вида тоже оказались бы совершенно нестабильными. Каждая исчезала бы, перегруженная материей или энергией, напоминая слишком сильно накачанную шину, которая лопается при малейшем ударе.

Джон все же не оставлял своего замысла, поскольку надеялся, что сможет отыскать стабильные решения, подобные постоянным волнам на поверхности турбулентного океана. Как обычно, он тщательно готовился к лекциям, делая записи, и постоянно ссылался на интеграл по траекториям Фейнмана.

Согласно листу посещений, Мизнер и Эверетт ходили на эти лекции. К этому времени приятели съехали из кампуса и сняли квартиру на двоих, и оба продолжали работать над диссертациями. Исследования Мизнера ближе соотносились с материалом курса, Эверетт имел шанс узнать больше о перспективах научной работы Уилера, лежавшей в смежной области.

18 апреля умер Эйнштейн, и Уилер лишился одного из любимых наставников. Они были очень близки в последние годы жизни великого австрийца, особенно в те времена, когда Уилер сам решил погрузиться в изучение общей теории относительности. Благодаря его усилиям и поддержке других ученых интерес к этой области начал понемногу расти. Удивительно, но десятилетие после смерти Эйнштейна стало для этой отрасли физики настоящим золотым веком.

Однажды ранней осенью Уилер отправил Фейнману предварительный образец своего семнадцатистраничного трактата по геонам. Очевидно, он хотел, чтобы Ричард посмотрел на работу и подумал, как можно прибавить квантовые коррекции к теории. Того как раз пилила жена (пока еще не бывшая) по поводу барабанов, расчетов и всего прочего, что ее раздражало, и озабоченность геонами выглядела для него приятным отвлечением.

Фейнман ответил 4 октября⁹² кратким, импровизированным анализом ситуации, изложив возможные квантовые коррекции первого порядка, сходные с тем, что он предлагал для Лэмбовского сдвига. Он сделал это в качестве простого умственного развлечения, поскольку не был уверен, что стабильные геоны могут существовать (фактически они не могут).