Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность - читать онлайн книгу. Автор: Пол Халперн cтр.№ 79

«Мы должны смотреть на вещи шире, – говорил Уилер. – Как возникает бытие? Откуда берется квант? Я помню одного коллегу, взявшегося прочесть лекцию по теории струн, так он описал мне все, словно пресвитерианский священник, читающий Библию»¹³⁸.

«Я заметил, что когда я был моложе, многие старики в нашей области не могли хорошо понять новые идеи… как Эйнштейн оказался не в состоянии постичь квантовую механику, – говорил Фейнман. – Я сам теперь старик, и вот они, новые идеи, и они выглядят для меня безумием, выглядят так, словно уводят нас не в ту сторону»¹³⁹.

Опубликованная в том же году статья, написанная Дэвидом Дойчем, «Квантовая теория, принцип Черча – Тьюринга и универсальный квантовый компьютер»¹⁴⁰, предложила идеи, куда более близкие Уилеру и Фейнману. Дэвид Дойч показал, как обобщить детерминистические машины Тьюринга в универсальные квантовые компьютеры, базирующиеся на кубитах. Он продемонстрировал, как квантовое параллельное вычисление может быть быстрее стандартных линейных алгоритмов. И в конце концов, он доказывал, что многомировая интерпретация квантовой механики Хью Эверетта является наиболее логичным путем описания того, как функционирует подобное устройство.

Дойч был не одинок в защите теории Эверетта. Немецкий физик Дитер Цее использовал ее положения в версии, именуемой «многоразумовой интерпретацией» (1970 г.). Цее предположил, что наблюдатель сам по себе не расщепляется в процессе наблюдения, а остается в суперпозиции состояний вместе с тем, что измеряется. Вместо коллапса его волновая функция становится запутанной (связанной с тем же квантовым состоянием) с подвергающейся изучению квантовой системой. Почему тогда он воспринимает определенное значение, а не набор возможностей? Потому что, согласно Цее, его ментальное состояние раздваивается, и каждая из альтернатив выносит свое заключение. Поскольку тело может похвастаться только одним умом, его направляющим, то другие выборы существуют, но признаются нерабочими.

Цее помог развить другую идею, связанную с его многоразумовой интерпретацией, именуемую «декогерентностью». Войцех Журек, студент Уилера в университете Техаса, стал вторым автором концепции.

Декогерентность утверждает, что для каждого квантового измерения система становится запутанной с ее окружающей средой. Из-за этого запутывания на краткий период ее суперпозиция разлагается в определенное состояние, подобно тому, как дерево, качаемое сильным ветром, в конечном итоге опрокидывается. Только крохотные системы, изолированные от окружения, могут долгое время оставаться в суперпозиции, а большие, подверженные влиянию среды, постоянны и однозначны. Таким образом, они остаются в конкретных состояниях, а не в суперпозициях, и поэтому именуются «классическими».

Взаимодействие Уилера с его творчески настроенными студентами все более увлекало его в направлении «все есть информация». Он по большому счету отложил в сторону свой интерес к общей теории относительности, чтобы заняться проблемами квантовой информации. Его применение модели отложенного выбора к вселенной целиком все сильнее тянуло его к философским вопросам, а ведь подобное некогда происходило и с Нильсом Бором. «Философия слишком важна, чтобы оставить ее на откуп философам»¹⁴¹, – как-то сказал Уилер. Свою новую философию он называл «коллективным антропным принципом». Подобно дополнительности Бора, эта схема подчеркивала роль наблюдателя, но при наличии отложенного выбора этот наблюдатель имел силу изменять прошлое точно так же, как и будущее. Вспомним астронома, добавляющего полупрозрачное зеркало к телескопу, чтобы воспринять фотоны от древнего квазара как волну, а не как частицу.

С ранних работ в области геометродинамики и квантовой пены Уилер верил, что воздействие на волновые функции структур в прошлом может определять судьбу всей вселенной. Следовательно, человеческое наблюдение, возможно, и придало ранней вселенной такую форму, что она эволюционировала в сторону появления жизни. Отсюда вывод, что наш вид сегодня, с его далеко простирающимися возможностями наблюдения, уходящими далеко в прошлое, в некотором смысле создал условия для собственного существования. Заимствуя аналогию из электроники, Джон назвал идею «контуром самовозбуждения» и изобразил ее как U-образный объект с глазом на одной из веточек, который смотрит на другую, находящуюся в прошлом.

«Вселенная не существует “где-то там”, независимо от нас, – однажды написал он. – Мы неотвратимо вовлечены в процесс определения того, что должно происходить. Мы не только наблюдатели. Мы участники. В некотором странном смысле это наша коллективная вселенная»¹⁴².

Уилер часто обсуждал «Двадцать вопросов: версия с сюрпризом», игру, проливающую свет на концепт наблюдателя, создающего нечто новое. В ней группа приятелей приходит к тайному соглашению, что они собираются играть в классические «Двадцать вопросов» с неким поворотом: в начале никто не держит в голове конкретное слово. Тот, кто задает вопросы (его нет в комнате, когда игроки составляют заговор), не знает о подобном обороте дела. Он задает вопросы и, по мере того, как звучат ответы, каждый слушает слова других и заботится о том, чтобы его собственные сочетались с высказываниями других. Обычно при этом вариантов быстро становится все меньше.

Например, предположим, задающий вопросы интересуется: «Это физик?»

Первый игрок, не думая ни о ком конкретно, отвечает: «Да».

Задающий вопросы думает, что это Эйнштейн, и осведомляется: «Некто, играющий на скрипке?»

Второй игрок говорит: «Нет».

Задающий вопросы обобщает: «Некто, играющий на музыкальном инструменте?»

Третий игрок отвечает: «Да».

«Некто, родившийся в Европе?»

«Нет».

Задающий вопросы импульсивно восклицает: «Некто, играющий на барабанах?!»

Пятый игрок: «Да».

Это сужает круг возможностей очень сильно, допрос продолжается, и в конечном итоге, когда вопросов почти не осталось, звучит такой: «Это Фейнман?» Даже если группа вовсе не имела Фейнмана в виду в начале, то последний игрок не может вспомнить другого физика, чье описание соответствует прозвучавшим ответам. Поэтому после долгой паузы он вынужден ответить «да», сгенерировав ответ «Фейнман» на основе результатов «предыдущих наблюдений».

Глубокая связь между игрой и концепцией «все из бита» для Уилера была в том, что у всех вопросов имелся бинарный ответ: «да» или «нет», эквивалент единицы и ноля. Следовательно, не только ответ формировался вопросами, но его можно было представить в виде бинарного потока ответов. Схожим образом, бинарное изменение условий в эксперименте с отложенным выбором – произвольное поднятие или опускание ключевого зеркала, что определяет волновые или частицеподобные свойства – кодирует его исход. Прилагая эксперимент к вселенной целиком, как это делал Уилер, можно представить, что ее свойства закодированы посредством серии бинарных решений относительно того, какие разновидности космологических измерений провести.