Несмотря на аргументированную поддержку Девитта и последовавший за ней всплеск интереса, многомировая интерпретация остается маргинальной в традиционном научном сообществе. Об этом можно судить, в частности, по ее скудному, а то и вовсе отсутствующему описанию в учебниках по квантовой механике. Большинство учебников продолжают говорить о коллапсе волновой функции как о неотъемлемой составляющей квантовой теории. Если ММИ вообще упоминается, то мимоходом, наряду с другими умозрительными квантовыми альтернативами.
Многие прагматично мыслящие физики, привыкшие следовать идее Уильяма Оккама (широко известной как «бритва Оккама») о необходимости выбирать самое простое объяснение, когда это возможно, отвергают ММИ за излишнюю философскую сложность. Например, выдающийся теоретик Фримен Дайсон писал:
Я не помню, когда впервые услышал об интерпретации Эверетта. Мне она всегда не нравилась, и я считал, что обсуждать ее – пустая трата времени. Заимствуя слова Паули, я бы сказал, что она «даже не ошибочна»[70].
Научно-популярный автор Филипп Болл, известный критик ММИ, сходным образом утверждал, что исследователи должны фокусироваться на проверяемых четких механизмах, а не на причудливых представлениях, напоминающих научную фантастику. Он писал:
Мы должны сопротивляться этой модели не только потому, что ММИ вряд ли соответствует действительности, и даже не потому, что эту идею, возможно, вообще нельзя назвать по-настоящему научной, поскольку никто не знает, как ее проверить. Это обоснованная критика, но главная причина, по которой мы должны сопротивляться, заключается в том, что она непоследовательна как с философской, так и с логической точки зрения. Трудно и представить лучшего кандидата для… знаменитого высказывания Паули[71].
Чтобы парировать столь язвительную критику, многие сторонники ММИ утверждают, что главная странность заключается не в интерпретации квантовой механики как ветвящихся реальностей, а в самой квантовой механике с ее непрерывно меняющимися состояниями суперпозиции, помещенными в умопомрачительно сложное гильбертово пространство. Теория становится философски избыточной, утверждают они, когда мы берем квантовую механику с ее непрерывной эволюцией и добавляем к ней совершенно иной механизм коллапса волновой функции. Сравнивая ММИ с копенгагенской интерпретацией, они вспоминают мнение Эверетта о том, насколько противоестественно ставить физические процессы в зависимость от человека. Физика становится проще, говорят они, если позволить квантовым состояниям развиваться самостоятельно, принимая все следствия, какими бы контринтуитивными они ни были. Другими словами, квантовая механика рассказывает собственную историю, и эта история выражена в ММИ.
И все же первоначальная идея копенгагенской интерпретации, утверждающая, что мир людей полностью отделен от квантовых явлений, больше не выдерживает критики. Научные открытия последних 50 лет разрушили искусственную стену между измеряющим и измеряемым. Следовательно, сторонники ММИ больше не могут утверждать, что только их теория преодолевает этот разрыв.
В начале 1970‐х годов талантливый немецкий физик Хайнц-Дитер Цех пролил свет на проблему квантовых измерений своим открытием явления, названного декогеренцией. Поддерживая позицию Эверетта, что наблюдатели и наблюдаемое не могут быть отдельными зонами реальности с разными законами, он исследовал, как воздействие окружающей среды на квантовую систему, включая измерительные приборы, создает своего рода квантовую запутанность.
Квантовая запутанность – явление, которое Эйнштейн называл «жутким действием на расстоянии»[72], – это представление о том, что квантовая информация может существовать нелокальным образом. Когда история квантовой механики только начиналась, такие теоретики, как де Бройль и Дэвид Бом, пытались оспорить ее с помощью теорий скрытых параметров, восстанавливающих локальность и детерминизм в природе с помощью невидимых механизмов. Но в 1964 году североирландский физик Джон Стюарт Белл разработал важный критерий для определения того, может ли квантовая информация быть нелокальной за счет непрерывной локальной связи, и с тех пор все известные эксперименты по квантовой запутанности опровергли объяснения со скрытыми параметрами. Три физика, проводившие исследования по квантовой запутанности и телепортации – Ален Аспе, Джон Клаузер и Антон Цайлингер, – в 2022 году были удостоены Нобелевской премии по физике за тщательно проведенные эксперименты, подтвердившие существование нелокальных эффектов, которые невозможно объяснить с точки зрения классической физики. Сегодня сомнений в реальности квантовой запутанности больше не остается.
Согласно теории декогеренции, квантовая запутанность может приводить к тому, что некоторые упорядоченные состояния исходной системы, например выравнивание фаз (квантовых векторов, способных иметь разные направления), могут «загрязняться» окружающей средой и необратимо переходить в неупорядоченные состояния. Представьте себе опечатанный чемодан с модными часами, все секундные стрелки которых синхронизированы. Его открывают и раздают часы строителям, работающим на стройплощадке, где грохочут бульдозеры и отбойные молотки. Толчки и вибрации могут нарушить синхронное движение стрелок. Аналогичным образом, считает Цех, взаимодействие квантовой системы с окружающей средой может нарушить ее когерентность[73]. Эксперименты подтверждают, что квантовые системы, попадая в окружающую среду, действительно деградируют.
Открытие Цехом естественной необратимой связи между квантовыми системами и внешними объектами, такими как измерительные приборы, стало важной вехой в преодолении разрыва между субатомным и повседневным мирами. Хоть оно и неполностью объясняло процесс порождения классических результатов измерений, но эффектно взломало черный ящик Бора и показало, насколько упрощенным было фоннеймановское деление на непрерывную эволюцию и мгновенную трансформацию. Наконец, это открытие привело квантовые процессы в соответствие со вторым началом термодинамики, согласно которому беспорядок не уменьшается естественным образом, а часто имеет тенденцию к нарастанию, порождая однонаправленную стрелу времени.
Одна из ключевых загадок квантовой физики, распутать которую стремится теория декогеренции, – это проблема предпочтительного базиса. В классическом случае, используя точные инструменты для измерения координат частицы, мы ожидаем увидеть определенное положение, а не размытое пятно вариантов. Жизнь и смерть тоже абсолютны. В зоопарках обычно представлены живые звери, а во многих музеях естественной истории есть диорамы с мертвыми экземплярами животных. Если не считать фильмов ужасов, мы были бы удивлены, встретив смесь живого и мертвого.
Копенгагенская интерпретация, связанная с боровским понятием дополнительности, обеспечивает однозначные результаты благодаря тому, что включает в себя экспериментатора и его намерения. В этом подходе решение использовать прибор, который определяет координаты, приводит к тому, что система задействует базис координатных состояний. Грубо говоря, механизм выброса яда в мысленном эксперименте с котом Шрёдингера определяет два базисных состояния: одно из них соответствует жизни, а другое – смерти. Соответственно, открытие ящика приводит к фиксации результата.
Теория декогеренции исключает из картины волю экспериментатора и заявляет, что, как только квантовая система подвергается внешнему воздействию, нечто в окружающей среде вызывает необратимую деградацию исходного смешанного состояния в одно из базисных. Естественно, аппаратура может играть важную роль в этом процессе, создавая предрасположенность к тому или иному результату. Например, магнит заставляет суперпозицию состояний спина электрона выбрать один из двух вариантов: спин вверх или спин вниз. Человеческий мозг также может способствовать фиксации окончательных состояний, если его сеть нейронов создает неблагоприятную среду для когерентной квантовой суперпозиции и заставляет ансамбли состояний декогерировать к одному из выбранных вариантов.
Теория декогеренции была важным прорывом, но загадка квантовых измерений все еще далека от разрешения. Теоретики продолжают спорить о том, как квантовые процессы с присущей им неопределенностью трансформируются в однозначные результаты, которые мы видим в повседневной жизни. Возможно, дальнейший прогресс будет связан с ММИ или, наоборот, потребует полностью от нее отказаться в пользу более доступного объяснения.
Как отметил квантовый теоретик Войцех Зурек, «декогеренция полезна в рамках любой из двух основных интерпретаций: она может обеспечить обособленность ветвей в многомировой интерпретации Эверетта, но она также может отчетливо прочертить ту границу, которая так важна с боровской точки зрения»[74].
Полностью удовлетворительная теория квантовых измерений должна объяснить, почему при измерении наблюдаемых величин с помощью соответствующих детекторов мы никогда не видим смешанных состояний, не привязанных к одному из вариантов. Вместо этого мы уверенно фиксируем конкретные результаты. Декогеренция – важный шаг вперед, но она не дает однозначного ответа, почему при обычных обстоятельствах мы всегда наблюдаем классическое поведение, соответствующее законам механики Ньютона, и никогда не улавливаем даже мимолетных проблесков квантовой размытости.
Есть несколько теоретических школ, объясняющих, почему при проведении точных квантовых измерений мы неизменно получаем однозначные результаты, как в классическом мире. Бескомпромиссные приверженцы ММИ уверены: ансамбль почти идентичных наблюдателей гарантирует, что каждый из них зафиксирует уникальный исход. Каждый из них будет уверен, что живет в классической реальности, а не составляет часть эволюционирующей квантовой суперпозиции. Вариация этой идеи, известная как интерпретация «многих умов» (Many Minds), предполагает запутывание между наблюдаемой квантовой системой и мозгом наблюдателя. Мозг одного наблюдателя будет содержать целый набор различных ментальных состояний, соответствующих различным результатам измерений. Более прагматичный подход используется в различных схемах спонтанной локализации, где считается, что усиленные случайные толчки из окружающей среды приводят к быстрому коллапсу волновых функций до четко определенных состояний без участия сознательных наблюдателей. Короче говоря, гипотезы квантовых измерений варьируются от чисто ментальных до полностью физических.