Сознающий ум. В поисках фундаментальной теории
Шрифт:
Квантово-механическая модель настолько проста и элегантна, что базовая теория, не воспроизводящая эту простоту и элегантность, никогда не будет удовлетворять нас или не будет абсолютно убедительной.
Если бы в квантовой теории были какие-то аномалии, какие-то экспериментальные результаты, в полной мере не предсказуемые в этой модели, то более правдоподобным мог бы оказаться вывод, что эта простота является всего лишь верхушкой сложного айсберга. В настоящий момент, однако, эта модель кажется настолько надежной, что представление о необходимости постулировать сложный механизм для объяснения простых предсказаний в рамках этой модели кажется чем-то экстраординарным.
Учитывая, что ни одна из интерпретаций квантовой механики не лишена проблем, эти интерпретации заслуживают серьезного отношения. Но естественным
Основой квантовой механики является уравнение Шредингера, и оно так или иначе присутствует в любой интерпретации квантовой механики. Все рассмотренные нами интерпретации добавляли что-то к уравнению Шредингера для объяснения макроскопической дискретности мира. Но самой простой из имеющихся интерпретаций является та, которая говорит о верности уравнения Шредингера и заявляет, что больше ничего и не требуется. Иными словами, физическое состояние мира полностью характеризуется волновой функцией, и ее изменение целиком описывается уравнением Шредингера. Это интерпретация Эверетта (Everett 1957, 1973).
Одна из очерченных выше стратегий (вариант 2) также предполагает возможность ограничиться уравнением Шредингера, но при этом утверждает, что это можно совместить с дискретностью на макроскопическом уровне. Мы видели, что это не должно проходить по ясным математическими соображениям. Интерпретация Эверетта гораздо более радикальна. Уравнение Шредингера не подвергается здесь никаким сомнениям, и состояние мира описывается волновой функцией на каждом из его уровней. Из этого следует, что в противоположность имеющейся видимости, мир находится в состоянии суперпозиции даже на макроскопическом уровне.
4. Интерпретация Эверетта
Мотивы, стоящие за этой интерпретацией, очевидны. Ядром квантовой механики является уравнение Шредингера. Постулат измерения и все другие предлагавшиеся принципы кажутся какими-то добавками. Так почему бы не избавиться от них? В равной степени очевидна и проблема, связанная с этой интерпретацией. Если все исчерпывается уравнением Шредингера, то на каждом из своих уровней мир оказывается в состоянии суперпозиции. Но он не выглядит таковым: мы никогда не наблюдаем стрелки, оказывающиеся в суперпозиции двух состояний. Почему же?
Эта интерпретация в самом лучшем случае крайне контринтуитивна. Согласно этому воззрению, суперпозицией лучше всего описывать не только состояние электрона, но и состояние измеряющей его стрелки! Если рассуждать объективно, то, строго говоря, неверно утверждать, что стрелка показывает вверх или вниз. Скорее, она находится в суперпозиции состояний указывания вверх и указывания вниз. Это же верно для макроскопических состояний почти всего, что находится в состоянии, описываемом волновой функцией, которая почти никогда не соответствует единичному «дискретному» состоянию. Согласно этому воззрению, суперпозиция существует повсюду. Но почему же тогда мир кажется дискретным?
Ответ Эверетта состоит в том, чтобы расширить суперпозицию до такой степени, чтобы она затрагивала и сознание. Если мы принимаем уравнение Шредингера всерьез, то если стрелка, измеряющая электрон, находится в суперпозиции состояний, то суперпозиция будет свойственна и мозгу субъекта, наблюдающего эту стрелку. Состояние мозга будет описываться как суперпозиция состояния, в котором он воспринимает стрелку, направленную вверх, и состояния, в котором он воспринимает стрелку, направленную вниз. Ключевой шаг Эверетта состоит в предположении, что каждое из этих двух состояний должно связываться с отдельным наблюдателем. В результате такого измерения порождаются два наблюдателя. Один из них ощущает стрелку-«вверх», другой — стрелку-«вниз». Это значит, что каждый из них будет ощущать дискретное состояние мира.
Далее Эверетт показывает, что при такой схеме эти наблюдатели будут наделены большинством из тех свойств, которые мы ожидаем у них найти, и что отсюда можно извлечь большинство предсказаний квантово-механического исчисления. Нетрудно, к примеру, увидеть, что каждое из двух состояний, накладывающихся друг на друга, не будет иметь здесь доступа к другому состоянию такого рода, так что суперпозиция сознания не будет чем-либо выдавать себя ни в одном из состояний. Можно даже показать,
Эту интерпретацию не надо смешивать с интерпретацией расщепляющихся миров, согласно которой мир в буквальном смысле расщепляется на множество отдельных миров всякий раз, когда производится измерение. Существует один мир, в котором стрелка направлена вверх, и совершенно обособленный мир, в котором стрелка направлена вниз. При таком рассмотрении эта позиция менее всего напоминает что-то простое. Начать с того, что она требует наличия нового и предельно фундаментального принципа для описания процесса «расщепления». Далеко не очевидно, когда именно должно осуществляться «расщепление» (проблема «измерения» возобновляется в новом виде), и крайне неясно, что должны представлять собой миры, возникающие в результате расщепления. Для осуществления буквального расщепления волновая функция должна «разделиться» на множество компонентов, но имеется множество вариантов декомпозиции волновой функции, и квантовая механика ничего не говорит о предпочтительности какого-либо базиса для подобной декомпозиции. Эта интерпретация кажется даже более сложной — и в большей степени имеющей ad hoc характер — чем разного рода «коллапсионные» интерпретации, и не существует серьезных оснований принимать ее.
Концепция расщепления часто приписывается Эверетту (во многом благодаря изложению работ Эверетта в трудах Девитта (DeWitt 1970, 1971)), но ее невозможно найти в его сочинениях. Собственная позиция Эверетта не вполне ясна, но гораздо более естественно толковать ее в моем ключе; и именно такую интерпретацию рекомендуют Алберт и Левер (Albert and Loewer 1988), а также Локвуд (Lockwood 1989). Согласно этой трактовке, никакого объективного «расщепления» не происходит. Скорее, волновая функция трансформируется в суперпозицию состояний, при которой состояния, находящиеся в отношении суперпозиции, лучше всего рассматривать в качестве компонентов одного-единственного мира. Концепция Эверетта иногда называется интерпретацией множественных миров (наводя тем самым на мысль о расщепляющихся мирах), но обсуждаемую мной позицию точнее назвать интерпретацией одного большого мира. Есть только один мир, но он больше, чем мы могли бы подумать [195] .
195
Интерпретация одного большого мира, похоже, является наиболее распространенным пониманием интерпретации Эверетта среди физиков (особенно среди квантовых космологов, постоянно использующих эту модель). Идея «расщепляющихся миров» — во многом продукт популяризации. Иногда даже сторонники концепции одного большого мира говорят о «расщеплении», но это лишь фигура речи, отсылающая к факту появления суперпозиции волновой функции. Особого процесса расщепления миров не существует; в лучшем случае происходит некое локальное расщепление волновой функции. В любом случае, на мой взгляд, лучше избегать разговоров о «расщеплении», так как это неизбежно порождает путаницу.
В соответствии с этой концепцией, если расщепление и происходит, то оно происходит только в умах наблюдателей. Поскольку суперпозиции влияют на состояние, в котором находится мозг субъекта, возникает множество обособленных сознаний, соответствующих компонентам суперпозиции. Каждое из них воспринимает отдельный дискретный мир, соответствующий тому типу мира, который воспринимаем мы — назовем его мини — миром, в противоположность макси-миру суперпозиции. Реальный мир — это макси-мир, а мини — миры существуют лишь в сознаниях субъектов. Эверетт называет эту позицию интерпретацией относительности состояния: состояние минимира, в котором стрелки указывают на дискретные точки, считается его состоянием лишь относительно спецификации наблюдателя. Объективное состояние мира — это суперпозиция.