Наверное, всем физикам да и большинству философов, интересующихся не только точными науками, но и проблемами сознания, известно имя автора многомировой интерпретации квантовой механики Хью Эверетта III (хотя сам термин «многомировая» Эверетт в свой своей знаменитой и, по сути, единственной статье «Формулировка квантовой механики через “соотнесенные состояния ”» [1] не использовал). Поэтому не буду долго рассказывать суть проблемы, а изложу сразу исходные тезисы эвереттовского подхода:
- при измерении квантовой системы реализуются все компоненты суперпозиции, все допустимые результаты, но каждый в своем (классическом) мире;
- все полученные в акте измерения ветвления миров равноправны и в каждом имеется копия исходного наблюдателя, фиксирующего один из возможных результатов.
Вот как описывает эту ситуацию сам Эверетт: «Таким образом, с каждым последующим наблюдением (или взаимодействием), наблюдатель «ветвится» во множество различных состояний. Каждая ветвь представляет собой иной результат измерения и соответствующего собственного состояния системы объекта. Все ветви существуют одновременно в суперпозиции после любой данной последовательности наблюдений**» [1, 15]. В добавленном при корректуре примечании (**) Эверетт дает пояснения: «При обсуждении препринта этой статьи некоторые корреспонденты подняли вопрос «перехода от возможного к действительному» утверждая, что в «действительности» – как свидетельствует наш опыт – нет никакого расщепления состояний наблюдателей, поскольку всегда только одна ветвь может существовать фактически. Так как этот пункт может прийти в голову и другим читателям, ниже предлагается следующее объяснение.
Что касается вопроса, составляющего предмет спора – перехода от «возможного» к «действительному» – теория снимает эту озабоченность очень простым способом: такого перехода нет, и при этом он и не нужен для теории в соответствии с нашим опытом. С точки зрения теории все элементы суперпозиции (все «ветви») являются «действительными» ни один не более «реален» чем остальные. Не нужно полагать, что все, кроме одного, так или иначе разрушены, так как все отдельные элементы суперпозиции индивидуально подчиняются волновому уравнению с полным безразличием к присутствию или отсутствию («реальности» или нет) любых других элементов. Это полное отсутствие влияния одной ветви на другую также подразумевает, что никакой наблюдатель никогда не будет знать ни о каком процессе «расщепления»» [1, 23-24].
Эти цитаты из статьи Эверетта подтверждают правомерность приписывания ему авторства многомировой интерпретации. Хоть при внимательном изучении статьи в ней можно найти и фрагменты, заставляющие усомниться в допустимости такого приписывания. К примеру, рассмотрим фрагмент: «Таким образом, «траектория» конфигурации памяти наблюдателя, выполняющего последовательность измерений, есть не линейная последовательность конфигураций памяти, а ветвящееся дерево, со всеми возможными результатами, существующими одновременно в конечной суперпозиции с различными коэффициентами в математической модели» [1, 15]. Здесь явно идет речь не о ветвлении миров, а лишь о ветвлении траекторий в памяти наблюдателя, причем одного. Однако я не буду выдвигать гипотезы о представлениях самого Эверетта на момент написания статьи, а остановлюсь на логике ее общепринятой интерпретации, изложенной в ранее приведенных двух пунктах.
Так вот, я утверждаю, что эти два пункта являются исходно противоречивыми: логически невозможно помыслить расщепление на равноправные миры, в каждом из которых выполняются законы квантовой механики, фиксируемые по измерениям, проводимым копиями исходного наблюдателя.
Итак, допустим у нас есть квантовая система в суперпозиции из двух состояний (А и В), реализуемых при измерении, скажем, с разной вероятностью (хотя это и не имеет особого значения). И есть наблюдатель – выпускник физфака, хорошо знакомый с квантовой механикой и знающий, что при проведении достаточной большой серии измерений над экземплярами этой квантовой системы он получит предсказанное волновой функцией распределение вероятностей результатов. Согласно многомировой интерпретации квантовой механики, каждое из возможных состояний системы при измерении реализуется в своем мире, и в каждом из этих миров двойник исходного наблюдателя будет фиксировать один из результатов (А или Б).
Тут я обращаю ваше внимание на важный логический момент. Спросим себя, с какой вероятностью будут реализованы оба мира: мир А и мир В? Ответ очевиден: с вероятностью 1. Ведь в этом и суть многомировой интерпретации, что при каждом измерении должны быть реализованы все возможные состояния, независимо от их вероятности предсказанной волновой функцией. Задав аналогичные вопросы про вероятность появления новых миров при втором, третьем и т.д. измерениях, мы однозначно должны прийти к выводу, что вероятность любой ветви мира на любой итерации расщепления полученного дерева миров будет равна 1. То есть по условиям многомировой интерпретации у нас не может получиться дерево с непарными (в нашем варианте) разветвлениями, скажем только А без В или В без А. И в каждом из новых миров, в каждой ветви дерева у нас должна быть копия исходного наблюдателя-физика, продолжающего серию измерений, раз за разом делящего свой мир и себя на две равноправных (согласно п.2) копии.
А вот тут я вынужден произнести «стоп» и задать вопрос: «Равноправных ли?» Вернемся к первому измерению. После него мы констатируем, что имеется два мира: мир с результатом А, и мир с результатом В. Поставим себя на место копии наблюдателя, получившего результат А, и опять проведем измерение. Понятно, что одна из очередных копий обязательно (с вероятностью 1) опять получит результат А. При следующей итерации новая копия наблюдателя опять окажется в мире А. И так на каждом шаге (см. Рис. 1). То есть при строгом соблюдении логики многомировой интерпретации среди множества расщепленных миров у нас обязательно будет мир, в котором наблюдатель при любом количестве измерений неизменно будет получать результат А. Ну и конечно, будет и такая копия наблюдателя, которая всегда будет попадать в мир В. И тут мы вспоминаем, что вероятность существования всех миров, включая наши миры, в которых постоянно выпадают А или В, то есть миров, в которых не работает квантовая механика, равна 1 при любом числе измерений. Вот и получается, что миры-то неравноправны, то есть п. 2 многомировой интерпретации логически невыполним. По крайней мере в двух из всех обязательно реализованных миров наблюдатели-физики (копии исходного наблюдателя) должны сойти с ума, раз за разом наблюдая один и тот же результат измерений. Хотя согласно формуле, которую они изучали на физфаке, они должны фиксировать разные результаты с рассчитанной вероятностью.
Рис. 1. Пунктирной обводкой выделен мировой путь копии наблюдателя, который в каждом проведенном измерении будет получать результат А.
Традиционное возражение, выдвигаемое против этих исключительно логически строгих рассуждений, звучит так: ну и при подбрасывании монеты вероятность выпадения решки 1000 раз подряд отлична от нуля, так и исчезающее мала вероятность попадания наблюдателя в эти "крайние" миры (миры, в которых реализуется только результат А или В), мол, среди множества расщепленных миров эти миры занимают ничтожно малую часть. Но простите, я возвращаю вас к началу разбора примера: вероятность реализации каждого (каждого!) мира вне зависимости от числа расщеплений (проведенных измерений) равна 1, и в каждом из миров обязательно есть копия наблюдателя, которая помнит все результаты измерений, начиная с первого (как и помнит курс квантовой механики на физфаке). Миры, в которых раз за разом реализуются одинаковые результаты (А или В), это родные миры двух копий наблюдателя. И этим наблюдателям неведома их исключительная избранность, они ничего не знают о других мирах («никакой наблюдатель никогда не будет знать ни о каком процессе «расщепления»» [1, 24]). Они просто недоумевают, почему это, начиная с какого-то проходного измерения, очутились в мирах, в которых не действует изучаемая ими физика.
Итак, получается, что помимо полбеды, связанной с невозможностью верификции/фальсификации многомировой интерпретации квантовой механики, в ее основании обнаружилась и полная беда: она просто логически несостоятельна – миры, полученные при расщеплении исходного, принципиально не могут быть признаны равноправными, не во всех из них выполняются законы квантовой механики.
Хотя следует отметить, что данное заключение касается только и исключительно традиционной формулировки многомировой интерпретации, которую возможно не следует приписывать самому Эверетту (вспомним про «“траектории” конфигурации памяти наблюдателя»). В некоторых идейно близких к многомировой интерпретациях не признается расщепление мира на множество классических миров со своими копиями наблюдателей. Они, конечно, не подпадают под изложенную критику.
- Hugh Everett, III. "Relative State" Formulation of Quantum Mechanics. Rev. Mod. Phys. 29, 454 (1957) – Published 1 July 1957 // Хью Эверетт III. Формулировка квантовой механики через «соотнесенные состояния», пер. Ю.А.Лебедева, интернет ресурс: http://www.everettica.org/art/Ever2.pdf