Квантовые миры и возникновение пространства-времени

Вот и все, что позволяет нам узнать эксперимент, описываемый в учебнике по квантовой механике. Некоторые из ученых, первыми испробовавших этот подход, в том числе Нильс Бор и Вернер Гейзенберг, были готовы зайти немного дальше, говоря о том, что измерительный прибор следует считать классическим объектом, пусть даже наблюдаемый с его помощью электрон является квантово-механическим. Такое разграничение между элементами реальности, одни из которых приходится рассматривать с классической, а другие – с квантовой точки зрения, иногда называется «разрез Гейзенберга». Вместо признания, что квантовая механика фундаментальна, а классическая механика в подходящих условиях просто является хорошим приближением квантовой, в учебниках по квантовой механике классический мир ставится во главу угла как наиболее верный подход в рассуждениях о людях, камерах и других макроскопических объектах, взаимодействующих с микроскопическими квантовыми системами.

Не очень-то внушает доверие. В первую очередь следовало бы предположить, что граница между квантовым и классическим миром придумана нами для нашего же удобства, а не является фундаментальным свойством природы. Если атомы подчиняются законам квантовой механики, а камеры состоят из атомов, то следовало бы предположить, что и камеры подчиняются законам квантовой механики. Если уж на то пошло, то и мы с вами должны подчиняться законам квантовой механики. Поскольку мы с вами – громоздкие макроскопические объекты, приближение на уровне классической механики позволяет хорошо описать нашу природу, но тем не менее мы должны в первую очередь предположить, что являемся квантовыми сверху донизу.

Если все действительно так, то волновая функция есть не только у электрона. У камеры должна быть собственная волновая функция. Как и у экспериментатора. Все – квантовое.

Столь простая смена перспективы подсказывает, что на проблему измерения можно взглянуть под новым углом. Позиция АКМ такова, что процесс измерения не должен восприниматься как нечто мистическое или даже описываемое собственным набором правил; камера и электрон просто взаимодействуют друг с другом согласно законам физики, точно так же как камень и Земля.

Квантовое состояние описывает системы как суперпозиции всех возможных результатов измерений. В принципе, исходным состоянием электрона является суперпозиция различных его положений – всех мест, где мы могли бы его увидеть, если бы посмотрели на него. Исходная волновая функция камеры может выглядеть сложно, но в целом сводится к следующему: «Это камера, еще не пронаблюдавшая электрон». Но затем электрон наблюдается через камеру, и между ними происходит физическое взаимодействие, подчиняющееся уравнению Шрёдингера. Причем после такого взаимодействия можно ожидать, что сама камера окажется в суперпозиции со всеми возможными результатами измерений, которые могла наблюдать: она зафиксировала электрон в этой точке или в той и так далее.

Если бы на этом все и заканчивалось, то АКМ была бы ни на что не годной мешаниной. Электроны в суперпозициях, камеры в суперпозициях – и близко не напоминает надежный, близкий к классическому восприятию мир, который мы видим вокруг.

К счастью, можно обратиться к еще одному поразительному свойству квантовой механики: если у нас есть два разных объекта (например, электрон и камера), то они описываются не разными волновыми функциями, а одной общей волновой функцией, характеризующей всю интересующую нас систему, и так вплоть до «волновой функции всей Вселенной», если не мелочиться. В рассматриваемом здесь случае есть волновая функция, описывающая систему, которая состоит из электрона и камеры. Итак, на практике мы имеем суперпозицию всех возможных сочетаний «где мог оказаться электрон» плюс «где его могла пронаблюдать камера».

Хотя такая суперпозиция в принципе учитывает все возможности, большинству из вероятных исходов в квантовом состоянии присваивается нулевой вес. Облако вероятностей обнуляется для большинства возможных комбинаций расположений камеры и электрона. В частности, не может быть такого, чтобы электрон находился в одном месте, а камера зафиксировала его в другом (если, конечно, ваша камера относительно исправна).

Такой квантовый феномен называется запутанностью. Существует единая волновая функция для комбинированной системы «электрон – камера», состоящая из суперпозиции различных возможностей вида «электрон был в данной точке, и камера пронаблюдала его именно в данной точке». Мы говорим не о том, что электрон у нас сам по себе, а камера сама по себе, – между этими системами есть связь.