Как работает квантовая мультивселенная

В нескольких интерпретациях квантовой механики, например, интерпретации Эверетта, Вселенную можно описать одним уравнением — квантовой волновой функцией. Каждый раз, когда в ней происходит квантовый (или субатомный) процесс, она разделяется на две части, то есть постоянно создаются параллельные миры.

Однако ученые не доказали, что эти интерпретации верны. Также у них есть серьезные недостатки, из-за которых они не получили общее признание.

Квантовая проблема

Квантовая механика описывает поведение крошечных частиц. Ее главная странность в том, что уверенности в том, какие результаты можно получить в результате наблюдений, просто нет. Например, согласно интерпретации теории, электроны существуют одновременно в нескольких состояниях. Затем, когда кто-то производит измерение, электрон «выбирает» одно из этих состояний.

Вот в чем проблема: «смысл физики» в том, чтобы предсказывать, будут себя вести объекты во Вселенной. Если человек бросит другому мяч, можно использовать знания физики (например, классические законы Ньютона), чтобы предсказать, куда он полетит. Но, если «бросить» электрон, точно узнать, где он окажется, не получится.

Однако у квантовой механики есть один инструмент для предсказаний: уравнение Шредингера. Оно приписывает каждой частице волновую функцию и описывает, как она меняется со временем. В стандартной картине квантовой механики она представляет собой облако вероятности. Оно, в свою очередь, описывает, где можно наблюдать частицу. Там, где у волновой функции высокие значения, есть большая вероятность, а там, где низкие, — небольшая.

Волновая функция (или вектор состояния) описывает состояние квантовомеханической системы. Если ее знать, можно получить максимально полные сведения о системе, принципиально достижимые в микромире. Например, с ее помощью можно рассчитать все измеряемые физические характеристики системы, вероятность того, что она будет пребывать в определенном месте пространства и эволюцию во времени. Волновую функцию можно найти в результате решения волнового уравнения Шредингера.

Однако эта стандартная картина сталкивается с проблемой, когда ученые действительно проводят измерения. Когда они не смотрят, волновая функция развивается сама по себе в соответствии с уравнением Шредингера. Но когда ученые проводят измерение, эта она «схлопывается», фактически исчезая, и частица появляется в одном из возможных мест.

Квантовая интерпретация

Как в квантовом мире могут существовать два совершенно разных набора правил поведения волновой функции? В стандартной картине волновая функция подчиняется уравнению Шредингера, когда ее не наблюдают, а в противном случае немедленно коллапсирует. Это странно, но обычно для квантовой физики.

В противовес некоторые интерпретации квантовой механики «превращают» волновую функцию из простого математического инструмента в реальный существующий объект. Например, интерпретация многих миров (также известная как интерпретация Эверетта) и теория волн-пилотов.

Как это работает?

Интерпретация Эверетта, также известная как многомировая интепретация (ММИ) предполагает существование, в каком-то смысле, «параллельных вселенных». В каждой из них действуют одни и те же законы природы и которым свойственны одни и те же мировые постоянные. Однако они находятся в различных состояниях.

Согласно физику Михаилу Коробко, вот как это работает. Если квантовая система оказывается запутанной со всем окружающим миром, разные части волновой функции оказываются полностью изолированы друг от друга, без «коллапса». Как будто они находятся в разных мирах. Так «работает» главная идея многомировой интерпретации, согласно которой вся Вселенная описывается одной волновой функцией.

При этом разные «миры» возникают каждый раз, когда происходит «коллапс» — взаимодействие системы с окружением. При этом один мир делится на несколько в соответствии с ветвями волновой функции, и больше они не взаимодействуют.

В этой интерпретации нет такого понятия, как измерение. Нет специального процесса или «трюка», который заставил бы волновую функцию исчезнуть. Вместо этого каждой частице во Вселенной назначается собственная волновая функция, и каждая просто продолжает бесконечно развиваться в соответствии с уравнением Шредингера.

Когда частицы взаимодействуют, их волновые функции ненадолго «перекрываются». В квантовой механике, как только это происходит, частицы навсегда связаны: одна волновая функция описывает обе частицы одновременно в процессе квантовой запутанности. Вообще каждая частица во Вселенной запутывается с любой другой, что приводит к единой универсальной волновой функции, описывающей весь космос «одним махом».

Как работает квантовая мультивселенная

Но даже при наличии универсальной волновой функции случайность по-прежнему является ключевой для квантовой механики, объясняет Пол Саттер, профессор-исследователь в области астрофизики в Университете Стоуни-Брук SUNY для Live Science. Чтобы объяснить это, согласно обеим интерпретациям, волновая функция расщепляется каждый раз, когда происходит квантовое взаимодействие, и в каждой дублирующей Вселенной электрон ведет себя по-своему. Этот процесс создает квантовую мультивселенную.

По сути, каждое взаимодействие на каком-то уровне является квантовым, существуют паралельные вселенные, в каждой — последствия возможного альтернативного выбора, который человек мог сделать за всю свою жизнь. По сути, человек постоянно «расщепляется» в этот самый момент, фрагментируясь на множество копий с каждым выбором, каждым движением и каждым действием.

«Расщепление» человека

Сложность квантовой мультивселенной в том, что она невообразимо огромная. Ведь не только сознательные решения приводят к «расщеплению», но и каждое квантовое взаимодействие. Даже читая эту статью, вы запускаете «фрагментирование» бесчисленных вселенных, которые абсолютно идентичны, за исключением крошечных, незначительных квантовых деталей, происходящих внутри смартфона или ноутбука. Это очень много.

Главный вопрос квантовой мультивселенной

Проблема в том, что люди воспринимают сознание как единое целое, и мозгу требуется время, чтобы интегрировать все сенсорные данные в сознательное восприятие мира. Но если человек постоянно «расщепляется», как можно сохранить непротиворечивую историю нашей собственной идентичности?

Кроме того, ни одна из этих физических теорий не объясняет, как на самом деле происходит это разделение вселенных. Неизвестно, как быстро это происходит и почему люди не могут наблюдать это. Кроме того, остается открытым вопрос, как люди восстанавливают вероятности квантовой механики со всеми этими расщепляющимися вселенными — другими словами, как вселенные «знают», какое расщепление производить при каждом квантовом взаимодействии. В будущем, возможно, ученые смогут ответить на этот и другие вопросы.