http://moikompas.ru/compas/hugh_everettХью Эверрет III и параллельные миры
Хью Эверетт III (англ. Hugh Everett III , 11 ноября 1930 — 19 июля 1982) — американский физик, первым (1957) предложивший многомировую интерпретацию квантовой механики, которую он назвал «относительностью состояния»; оставил физику после завершения докторской диссертации, не получив должного отклика от физического сообщества; развивал применение обобщённых множителей Лагранжа в исследовании операций и занимался коммерческим внедрением этих методов как аналитик и консультант.
Роль Эверетта
На фото: Эверетт в 1964 году (34 года со дня рождения)
Научное исследование проблемы многомирия началось в 1957 году, когда американский физик Хью Эверетт III опубликовал тезисы своей докторской диссертации, названной «Формулировка квантовой механики через относительность состояний». Причиной появления работы Эверетта стало давнее противоречие между двумя разными квантовомеханическими формулировками — волновой и матричной. Эверетт это противоречие разрешил, и его исследование привело почти через полвека к появлению в физике концепции Мультиверсума. Эта концепция (ставшая основой современной эвереттической фантастики) заключается в следующем: при любом акте выбора реально осуществляются, с той или иной вероятностью, ВСЕ мыслимые варианты этого выбора. Но каждый вариант осуществляется в своей вселенной, отличающейся от всех прочих именно этим выбором. И неважно, что или кто выбирает: электрон ли, в результате ветвления волновой функции, или человек, решающий, выпить утром чай, кофе или рюмку коньяка. Реально существуют все решения волновых уравнений и все варианты человеческого выбора.
50 лет назад была опубликована работа молодого физика из самого престижного в США Принстонского университета Хью Эверетта под сложным даже для академической статьи названием "Формулировка квантовой механики посредством понятия "соответственное состояние". Статья моментально стала сенсацией. Это неудивительно. А удивительно то, что теория Эверетта и поныне остается самой радикальной гипотезой в науке, согласиться с которой боязно, но опровергнуть не удается.
В науке критерием значительного открытия служит степень его безумства. В квантовой механике, которая сама по себе настолько сложна, что большинству студентов кажется безумной, теория Эверетта считается одним из самых немыслимых построений. Квантовая механика Эверетта переворачивает все представления о Вселенной. Кому нужна такая революция? У теории Эверетта больше оппонентов, чем союзников, но за 50 лет ошибку найти никому так и не удалось. Хотя анализировали эту теорию такие киты, как де Витт, Пригожин, Шкловский, Гинзбург. Первыми рецензентами стали учитель Эверетта Джон Уилер и нобелевец Нильс Бор, к которому молодой ученый ездил в Копенгаген. Уилер как-то поставил Эверетта в один ряд с Ньютоном и Эйнштейном.
В чем же суть теории Эверетта? В основе концепции Эверетта лежит утверждение, что в замкнутой Вселенной всякое наблюдение за объектом (взаимодействием) само является взаимодействием, причем не существует какого-то "супервнешнего наблюдателя", который мог бы изучать процесс нашего наблюдения, не взаимодействуя с ним. Это утверждение эквивалентно тому, что в случае появления такого "супервнешнего наблюдателя" он всегда может рассматриваться как обычный, а его процесс "наблюдения над наблюдением" сведется к процессу наблюдения над взаимодействием. Таким образом, с этой точки зрения философский Бог есть простой наблюдатель при условии, что он - часть Вселенной.
Далее, нам следует понять значение термина "соответственное состояние" ("relative state"). Согласно Эверетту он означает, что в любой сложной системе, состоящей из выделенных по каким-то правилам подсистем, "подсистемы не имеют состояний, независимых от состояний остальных частей системы". То есть все связано со всем. (Хотя, разумеется, степень связи может быть различной). Кроме того, хотя физически можно выделить какую-то одну подсистему (пару объект-наблюдатель), физически же невозможно определить ее "истинное", "единственное" состояние.
Под наблюдателем Эверетт понимает не только человека, но и любую механическую или электронную систему, способную запоминать предыдущие результаты и действовать в соответствии с последним результатом наблюдения.
В зависимости от состояния объекта, состояния наблюдателя будут различными, а "истинное" состояние определяется как суперпозиция (сумма) всех физически возможных состояний. Иными словами, именно пара "объект-наблюдатель" при каждом событии (взаимодействии внутри объекта и фиксации результата) "расщепляется" и принимает состояния, соответствующие физически возможным результатам такого взаимодействия. Но, поскольку пара - это подсистема, вместе с ней делится, ветвится, расщепляется и вся система, т.е. Вселенная. Эверетт утверждает: "После определенной последовательности наблюдений все деления существуют одновременно в суперпозиции".(Everett, 459).
Почему вообще возникает этот процесс ветвления? Дело в том, что в отличие от классической картины мира, в квантовой механике установлено, что в процессе взаимодействия объект наблюдения не может остаться неизменным. Но наблюдение - это всегда тоже взаимодействие с наблюдаемым объектом: освещение, нагрев, механические операции и т.д., а также получение информации от объекта. И даже при пассивном наблюдении мы получаем информацию об объекте путем "изъятия" из окружающей объект среды по крайней мере части квантов излучения, что влияет и на состояние объекта, и на состояние наблюдателя.
Вот это-то принципиально отличает трактовку Эверетта от "стандартной". Не только объект, но и наблюдатель, получив информацию об объекте, меняет свое состояние. При наблюдении меняется состояние каждого члена пары, тогда как в "стандартной" квантовой механике рассматривается изменение только объекта. Разумеется, поскольку наблюдатель - макрообъект, его физические параметры изменяются весьма незначительно. Но, как следует из теории Эверетта, кроме физического, крайне важно учитывать и информационное изменение в состоянии наблюдателя. Это важнейшее дополнение Эверетта к понятийному аппарату квантовой механики следует из того, что, согласно Эверетту, Y -функция наблюдателя в качестве параметра содержит его память. А она, естественно, сильнейшим образом зависит от "качества" наблюдателя. Если наблюдателем является прибор (фотопластинка, счетчик Гейгера, камера Вильсона и т.п.), то изменение его памяти детерминировано свойствами прибора (засветка, импульс тока, конденсация паров и т.п.). Если же наблюдатель разумен, то картина существенно усложняется. Но в любом случае - является ли наблюдателем данного события нобелевский лауреат по физике или лабораторная уборщица - изменение состояния разумного наблюдателя определяется не только информацией, полученной из опыта, но и волевой интерпретацией этой информации. К чему это может привести, мы рассмотрим позже. Здесь же отметим, что заслуга Эверетта в прояснении физической картины состоит в том, что он привлек внимание к утверждению - после взаимодействия и регистрации результата этого взаимодействия наблюдателем, Y -функция пары "объект-наблюдатель" должна принять новое значение. Очень важно еще раз отметить, что Y -функция включает в себя и состояние памяти наблюдателя, т.е. в случае разумного наблюдателя состояние объекта зависит от психики наблюдающего. Оно описывается уравнением Шредингера и принципиально вероятностно. Таким образом, после любого взаимодействия система может перейти в ряд состояний пар "объект-наблюдатель" с определенной вероятностью. Число этих состояний определяется физическими (и, в соответствии с отмеченной особенностью Y -функции, психическими) условиями таким образом, что разветвившиеся пары реализуют все варианты конечного состояния, не противоречащие начальным физическим и психологическим (а в общем случае и "ноологическим") условиям.
Вне рамок теории Эверетта считается, что происходит следующее. В результате взаимодействия объект меняет свое состояние, причем из многих равновероятных какое-то одно состояние становится действительным. Однако Поэт, следуя по эвереттовскому пути, с этим не согласен. Он даже нашел специальный графический прием, подчеркивающий принципиальную неоднозначность вероятностных событий для обоих членов пары (Бродский, 297):
Каменное гнездо оглашаемо громким визгом
тормозов; мостовую пересекаешь с риском
быть за(к/п)леванным насмерть.
На этом примере можно видеть процесс ветвления. (Кстати, именно этот термин употребляет сам Эверетт). В одной Вселенной пересечение мостовой связано с риском образования пары заклеванный пешеход - сбивший его автомобиль, в другой же - в паре с заплеванным пешеходом остаетсязаплеванный той же грязью, но не совершивший наезда автомобиль.
Так что даже во вполне житейских ситуациях вполне представима вероятностная неоднозначность - что уж говорить о квантовых явлениях!
Поскольку, как указывалось выше, статья Эверетта является изложением его диссертации, которая проходила через многочисленные обсуждения (в том числе, напомню, и с участием ассистентов Н.Бора), именно по поводу этого утверждения, являющегося ключевым, и были высказаны "различные мнения". Сам Эверетт сделал в публикации к этому месту следующее примечание: " При обсуждении этой статьи некоторые коллеги подняли вопрос о "переходе от возможного к действительному" утверждая, что "реально" нет расщепления в состояниях наблюдателя, существует только одна ветвь. На это можно ответить следующее. С точки зрения теории все элементы суперпозиции (все ветви) действительны. Не следует предполагать, что все элементы, кроме одного, как-то разрушены, т.к. все отдельные элементы суперпозиции удовлетворяют уравнению волны, независимо от наличия или отсутствия других элементов. Аргументы того плана, что картина мира, представленная теорией, противоречит практике, похожи на критику теории Коперника. В обоих случаях аргументы рушатся, когда теория показывает то же, что и действительная практика". (Everett, 460).
Сегодня все это можно легко увидеть в официальном толковании принципа суперпозиции. По определению это "Принцип, состоящий том, что если некоторые два состояния квантовой системы описываются в пространстве состояний соответственно векторами Y 1 и Y 2 , то векторY = l 1Y 1 + l 2Y 2 , где l 1, l 2 - произвольные комплексные числа, | l1|2 + | l2|2 ¹ 0, также описывает некоторое возможное состояние той же системы". (Квантовая механика, 7). Это можно считать и формулировкой теории Эверетта, если заменить слово "возможное" на слово "реальное".
Собственно именно здесь, в примечании, и проявляются все претензии Эверетта на значимость своей метатеории. Он со всей определенностью настаивает, что его теория описывает реальный мир. А это претендует на решение проблемы, поставленной перед физикой еще Эйнштейном. "Эйнштейн был не согласен с тем, что квантовая механика не дает однозначного ответа на некоторые вопросы, а лишь предсказывает вероятность того или иного результата. Эйнштейн не считал, что это новое учение, он рассматривал квантовую механику как временное средство, которым нужно пользоваться, пока ученые не получат "полного описания реальности". (Мицук, 163 - 164). А в соответствии с гипотезой Эверетта, реальный мир всегда имеет конкретную причину своего существования - он сам в предшествующий миг. Сравнение с Коперником в тексте примечания не случайно - коперниканство в свое время принималось и допускалось католической церковью в качестве "математического приема", удобного для вычислений, но не имеющего ничего общего с физической реальностью. Кстати, и Галилей пострадал фактически не за использование теории Коперника, а за несогласие с оценкой коперниканства как математического инструмента, за утверждение физичности гелиоцентрической системы мира. Так что именно здесь - в утверждении физической реальности "ветвления" - и лежит аксиоматическое основание теории Эверетта.
Эверетт, следуя непреодолимому инстинкту исследователя, не выдержал внутреннего интеллектуального давления осенившей его мысли, и не удержался от соблазна обсудить ее публично. (Это моральная аксиома - слаб человек...) А мысль, вызвавшая в дальнейшем столь сильное брожение умов, сводилась к тому, что восприятие информации о событии не может не изменять состояния наблюдателя. Причем любого наблюдателя - от магнитофона до академика.
Не буду утруждать читателя математической стороной теории Эверетта, но свидетельствую для тех, кто не захочет обращаться к оригиналу статьи лично - математический аппарат, используемый Эвереттом, вполне соответствует уровню современной физики, и понятия Гильбертова пространства, формализма фон Неймана, не говоря уж о разных гамильтонианах и Y -функциях, используются в количествах, на мой взгляд, даже излишних. (Впрочем, в противном случае профессионалы типа Бора и Гинзбурга вообще вряд ли стали бы обсуждать что-либо).
Однако понять содержание статьи настолько, чтобы сделать аксиоматический выбор, можно и с достаточно скромным математическим багажом. Лично я на этой мировоззренческой развилке принимаю трактовку Эверетта и верю в то, что реальный мир ветвится при каждом происходящем в нем событии - от перехода электрона с одной орбитали на другую, до выборов президента России.