Многомировая интерпретация

Ноябрь 30, 2018

К настоящему моменту появилось множество интерпретаций квантовой механики.

Целью всех альтернативных интерпретаций является формулировка квантовой механики в более интуитивных терминах. Особенно всех тревожит отсутствие свойств объектов до измерения и резкий коллапс вектора состояния при измерении.

В процессе этих переформулировок стараются все-таки сохранить предсказания классической Копенгагенской интерпретации, поскольку они соответствуют результатам экспериментов.

Некоторые интерпретации относительно безобидны и просто повторяют Копенгагенскую немного другими словами. К таким можно отнести, например, Consistent histories (непротиворечивые истории) или QBism (Quantum Bayesianism) – квантовый Байесинизм, который делает акцент на субъективных вероятностях кратко рассмотренных в предыдущем видео.

Другая категория интерпретаций включает кардинально отличающиеся от Копенгагенской и противоречащие ее философии. Сюда можно отнести некоторые теории объективного коллапса, например, идеи Пенроуза. Многомировая интерпретация тоже относится к данной категории. Относительно них хотя и нет единого консенсуса относительно корректности и непротиворечивости экспериментальным данным, но большинство ученых все-таки считает их несостоятельными.

И наконец существуют интерпретации, которые по определению даже не являются интерпретациями так как явно противоречат экспериментальным данным. Наиболее известный пример это теория волны-пилота Де Бройля-Бома. Много раз показано, что она противоречит эксперименту. Еще сам Паули приводил аргументы против. Но из-за своей наглядности она, также как и многомировая интерпретация, сейчас так распиарены, что у неподготовленного человека может сложиться мнение, что данная теория если не лучше, то по крайней мере рассматривается наравне с Копенгагенской.

Со временем, теории из второй категории обычно перетекают в третью, что и ждет на мой взгляд многомировую интерпретацию.

На самом деле профессиональные физики, делающие реальный вклад в науку, в подавляющем большинстве являются сторонниками Копенгагенской интерпретации. Среди известных приверженцев многомировой интерпретации можно вспомнить только Дэвида Дойча.

А теорию Де Бройля-Бома вообще за пределами научпопа никто серьезно не рассматривает. Но по текущему информационному шуму у вас может сложиться совершенно другая картина.

Вспомним немного историю. Многомировая интерпретация была предложена Хью Эвереттом в диссертационной работе будучи в Принстоне в 1956 г. Его научным руководителем был небезызвестный нам Джон Уилер. Уилер был очень толерантен к неординарным идеям. Он даже организовал встречу Эверетта с самим Нильсом Бором в Копенгагене.

Однако Бор сказал, что парень несет полную чушь. Он так и не понял смысла квантовой механики и ее кардинальных изменений в понимании Природы. Вскоре Эверетт ушел из науки в оборонку и о многомировой интерпретации забыли до 70-х годов, когда Брайс Девитт начал активно ее пиарить.

Итак, смысл многомировой интерпретации достаточно просто понять. В отличие от Копенгагенской интерпретации, она приписывает вектору состояния объективную реальность. Но поскольку вектор может содержать суперпозицию взаимоисключающих альтернатив, то каждое слагаемое этой суперпозиции согласно многомировой интерпретации обладает объективной реальностью. Каждая альтернатива реализуется в отдельном мире.

То есть если вернуться к эксперименту кота Шредингера, который мы разбирали в 35 часть, получается что в одном мире фотон прошел полупрозрачное зеркало, устройство сработало, кот мертв. А в другом мире фотон отразился, устройство не сработало, кот жив. Эти два мира объективно существуют, но никак не связаны друг с другом.

На первый взгляд никаких противоречий не видно. Мы конечно привыкли, что существует только один мир, но раз есть один, то почему их не может быть много? К тому же приятно представлять, что в других мирах существуют альтернативные «я», которые реализовали наши несбывшиеся в этом мире мечты. Ведь все что гипотетически может произойти, происходит на самом деле в том или ином мире. Тут наверное и скрывается психологическая притягательность многомировой интерпретации.

Но если приглядеться чуть поподробнее, то оказывается не все так просто.

Во-первых миров оказывается бесконечно много. Квантовая суперпозиция часто включает в себя бесконечное число слагаемых. Вспомним, например, рассматриваемый в 37 части двухщелевой эксперимент. Каждой точке на фотопластине соответствует базисный вектор. Точек бесконечно много. С позиции Эверетта, при прохождении фотоном двухщелевого экрана появляется бесконечность новых миров, в каждом из которых фотон попадет в свою точку x. Более того, поскольку координата х описывается действительным числом, то бесконечность получается несчетной как говорят математики.

Бесконечность действительных чисел больше счетной бесконечности натуральных чисел.

Но даже не эти бесконечные бесконечности разных миров так отталкивают, а скорее то, что многомировая интерпретация не может ничего более детального сказать об этих мирах.

Когда именно происходит деление одного мира на несколько? Почему и как некоторые миры могут объединяться опять в один? Мы ведь знаем что унитарная эволюция квантовых систем обратима. Почему это деление происходит в одном базисе, а не в другом? Как выбирается приоритетный базис? Как объясняются квантовые эффекты вроде интерференции?

И самое главное, откуда берутся случайности, если все оказывается строго детерминировано?

Действительно, пусть в опыте с котом Шредингера у нас имеется идеальное полупрозрачное зеркало с коэффициентом отражения 0.5. Согласно многомировой интерпретации, мир делится на два с живым и с мертвым котом. Вероятность оказаться в каждом из миров равна 50%.

Но пусть теперь у нас имеется почти идеальное зеркало с коэффициентом отражения 0.99. Квантовая механика говорит, что с вероятностью 99% фотон отразится и кот окажется жив, и соответственно с вероятностью 1% мертв.

Но в многомировой интерпретации мир точно также делится на два, по определению равнозначных мира. Мир не делится на 99%-но реальный мир  и 1%-но реальный мир. В многомировой интерпретации ситуация неотличима от полупрозрачного зеркала и мы должны иметь 50%-ю вероятность оказаться в одном мире, и 50%-ю в другом.

Если бы многомировая интерпретация была верна, мы бы сплошь и рядом видели чудеса. Самые невероятные события случались бы с завидным постоянством. Мы бы жили в мире фэнтази с магами и волшебниками.

Обычно вероятность вводится как отношение количества интересующих случаев к общему количеству. То есть было бы более логично, если бы образовалось 100 миров в 99 из которых кот жив, а в одном мертв.

Но в суперпозиции у нас всего два слагаемых и многомировая интерпретация говорит, что должно образоваться два одинаково объективных мира.

Более того, с точки зрения самого кота вероятность, что он окажется жив равна 100%. Он не попадет в тот мир где он мертв, поскольку там он себя не может осознавать. Поскольку на практике нулевые вероятности фактически не встречаются, субъективно кот будет жить вечно. Существует ненулевая вероятность, что кот выживет, если его сбросить с самолета, поджечь, застрелить. Он не умрет ни от болезни, ни от старости. Даже находясь в эпицентре ядерного взрыва существует ненулевая вероятность выжить, хоть она и ничтожна мала.

Опять же, это субъективное квантовое бессмертие, следующее из многомировой интерпретации, очень притягательно с психологической точки зрения. Но не советую экспериментировать с собой. Если вы окажитесь самым старым человеком на планете, может быть и следует задуматься о корректности многомировой интерпретации, но точно не ранее.

В общем, многомировая интерпретация не вносит ничего, что облегчило бы понимание квантовых эффектов, вроде интерференции. Она не объясняет откуда берется правило Борна и вероятности. Она лишь вносит бесконечности миров непонятно когда образующихся и как взаимодействующих друг с другом.

Как и многие другие интерпретации она пытается восстановить в правах объективный Ньютоновский мир классической механики, который уничтожила квантовая революция. Многомировая интерпретация притягательна лишь с психологической точки зрения. Как в анекдоте: «Профессор говорит студенту – вы сдали экзамен по квантовой механике во многих мирах, но не в этом))».

 

Добавить комментарий