Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность - читать онлайн книгу. Автор: Пол Халперн cтр.№ 60

А еще он запросил у Уилера больше доказательств его концепции.

Краткое ознакомление Фейнмана с причудливой новой теорией бывшего наставника навело Ричарда на мысли о гравитации, о том, почему она так радикально отличается от других сил. Гравитация намного слабее электромагнетизма, и поэтому любая структура, что держится на ней, должна быть огромной. Атом, сцепленный гравитацией, а не электромагнетизмом, должен иметь астрономические размеры.

И прежде чем пытаться квантовать гравитацию, нужно задаться базовым вопросом – почему слабость этого фундаментального взаимодействия выпирает, точно нарыв на большом пальце?

Позже Фейнман писал в статье, посвященной квантовой гравитации: «Есть определенная иррациональность в любой работе, посвященной гравитации… показанная… в абсурдных построениях профессора Уилера и других подобных теориях, поскольку измерения столь специфичны»⁹³.

Эссе Брайса Девитта, посвященное практическому использованию гравитации, получило первый приз Фонда по исследованиям в области гравитации в 1953 году, и в нем содержались схожие утверждения.

Любое устройство, сконструированное исключительно с помощью гравитации, должно быть планетарных масштабов из-за сравнительной слабости гравитационного взаимодействия. Ну а создание настолько больших структур превосходит наши нынешние возможности и может быть по плечу более развитым цивилизациям.

В 1955 году состоятельный промышленник Эгню Бэнсон оказался столь впечатлен этим эссе, что основал научный центр – институт полевой физики, ассоциированный в составе университета Северной Каролины (УСК), в городе Чапел-Хилл, и Девитт стал там профессором и директором по науке. Сесиль Девитт-Моретт, хотя сама по себе была выдающимся исследователем, получила должность приглашенного профессора.

Очевидной задачей центра стали исследования в области технологии антигравитации, чтобы использовать ее в создании летательных аппаратов, но Девитт расширил поле деятельности, чтобы исследовать свойства гравитации вообще. Уилер, Фейнман, Оппенгеймер, Толл и Дайсон выразили поддержку новому институту, и тот наряду с Принстоном и Сиракузами (под руководством Бергмана) сделался важнейшим узлом изучения гравитации в ее классической и квантовой формах.

Серьезная проблема, обозначенная в работах Фейнмана, Девитта и других – дисбаланс в силе между гравитацией и другими фундаментальными взаимодействиями – так и не решена до сих пор. Учитывая, что многие физики верят, что все эти взаимодействия имели одну и ту же силу во времена Большого взрыва, особенная слабость гравитации остается одной из глубочайших загадок науки.

К осени 1955 года Эверетт обдумал многие аспекты своей теории универсальной волновой функции (именно под этим именем стал известен его концепт) и был готов поделиться мыслями с Уилером. Он отправил тому несколько разных мини-отчетов, в их числе был один, озаглавленный «Вероятность в волновой механике»⁹⁴, отличавшийся богатством описательного языка и качеством приведенных аналогий. Базируясь на комментариях Уилера, Эверетт соединил отчеты и получил черновик диссертации.

В отличие от богатой потрясениями концепции коллапса волновой функции, схема Эверетта выглядела гладкой как шелк. Измерения в ней никогда не вели к разрыву непрерывности. Более того, взаимодействие между наблюдателем и системой, подвергаемой изучению, плавно приводило систему к определенному состоянию.

Чтобы взять в рассмотрение случаи, когда квантовое измерение может привести к одному из нескольких разных результатов, Эверетт утверждал, что всякий результат является достоверным конечным состоянием, достигаемым посредством ветвления реальности. Наблюдатель разделяется тоже, распадается на различные, практически идентичные версии самого себя, отличающиеся только результатом измерения, которое он проводит. Ни одна копия не знает о других, поскольку остаток времени они проживают в разных отрезках времени.

Эверетт писал: «Как только наблюдение выполнено, единое состояние раскалывается на суперпозицию, в которой каждый элемент описывает отличающееся состояние системы-объекта и наблюдателя, обладающего определенным (в каждом случае иным) знанием об этой системе. Только полная совокупность состояний наблюдателя с их различными версиями знания содержит полную информацию об оригинальном состоянии системы-объекта. Но нет никаких возможных коммуникаций между наблюдателями, описанными этими различными состояниями»⁹⁵.

Возьмем, для примера, известное противоречие, описанное Эрвином Шредингером, когда кота помещают в коробку, где находится сосуд с ядом и счетчик Гейгера, а также радиоактивный образец, вероятность распада которого за данное время 50 процентов. Система настроена так, что если счетчик Гейгера фиксирует распад, то сосуд разбивается, яд высвобождается, и кот умирает. С другой стороны, если радиация не возникнет, сосуд останется нетронутым, и животное не пострадает.

Чтобы указать на всю абсурдность Копенгагенской интерпретации, Шредингер утверждал, что она подразумевает – кот находится в зомбиобразной суперпозиции мертвого и живого до тех пор, пока ящик не откроют и наблюдатель не проведет «измерение» системы.

Интерпретация Эверетта обеспечивала совершенное иное предсказание.

Как только система сформировалась, и судьба кота оказалась связана с судьбой куска радиоактивного материала, реальность расходится на две ветви. В одной из них образец распадается, счетчик начинает щелкать, кот получает дозу яда, а наблюдатель рыдает. Другая характеризуется тем, что кот жив и наблюдатель может перевести дух.

Веселая и печальная копии ученого, идентичные – за исключением настроения, вызванного результатом эксперимента – возникают в момент измерения, но они никогда не узнают друг о друге и не получат возможности сверить записи. Они окажутся в двух немного отличающихся альтернативных ветвях реальности, покоящихся в абстрактной реальности, состоящей из всех возможностей.

Не будет никакого «бабах» в момент разделения, так что они не заметят ничего необычного. Без коллапса волновой функции все потечет дальше столь же мягко, как река, разделившаяся на два потока.

Уилеру нравилась идея универсальной функции и общее желание Эверетта убрать коллапс, его смущало все, относящееся к ссылкам на восприятие наблюдателем реальности. Сознание не относилось к области физики, как он думал тогда (его взгляды на этот предмет станут более гибкими несколько позже), и Джон не хотел, чтобы работа его аспиранта раздражала других членов диссертационного совета, поэтому он придирался ко всем ссылкам на раскалывание, восприятие и т. п.

Еще Уилер вовсе не желал тревожить Бора, который, как надеялся научный руководитель Эверетта, высоко оценит работу. А чтобы датчанин понял концепцию последнего и воспринял ее как шаг вперед, нужно было изложить все с особой осторожностью. Например, блестящая аналогия Эверетта с амебами, которые делятся надвое. Он представлял разумное одноклеточное создание, разделяющееся так, что каждая из копий думает о себе как об оригинале. Нечто подобное могло происходить при квантовых измерениях все время и, подобно амебам, каждая версия верила бы в свою уникальность. Уилер нашел, что метафора уводит в неправильном направлении (экспериментаторы – не амебы), и удалил ее.