Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность

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.

Когда реальность раскалывается

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.