Шесть невозможностей. Загадки квантового мира
Что происходит, когда мы становимся наблюдателем объекта в квантовой суперпозиции? Авторы копенгагенской интерпретации предположили, что волновая функция схлопывается — из волны превращается в частицу, — а система продолжает существовать только в одном из возможных вариантов. С другой стороны, существует многомировая интерпретация, в современном виде сформулированная физиком-теоретиком Дэвидом Дойчем. Он утверждает, что говорить следует не об одной, а о множестве идентичных параллельных вселенных, которые находятся в различных состояниях.
На этом варианты не заканчиваются: всего существует шесть интерпретаций квантовой механики, и никто точно не может сказать, какая из них более правдива. В книге «Шесть невозможностей: Загадки квантового мира» (издательство «Альпина нон-фикшн»), переведенной на русский язык Натальей Лисовой, астрофизик и космолог Джон Гриббин рассказывает, как ученые по-разному объясняют происходящее в квантовом мире. N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с отрывком, посвященным гипотезе о множестве вселенных, одновременное существование которых делает возможной работу квантовых компьютеров.
Если вы слышали о многомировой интерпретации (ММИ), то, вероятно, полагаете, что ее выдвинул американец Хью Эверетт в середине 1950-х гг. В определенном смысле это правда. Эверетт действительно выдвинул эту идею совершенно самостоятельно. Но он не знал, что лет за пять до него та же, по существу, идея приходила в голову Эрвину Шредингеру. Версия Эверетта в большей степени математическая, Шредингера — более философская, но главное, что оба автора хотели избавиться от идеи «схлопывания волновой функции» и обоим это удалось.
Каждому, кто готов был слушать, Шредингер охотно рассказывал, что в уравнениях (включая его знаменитое волновое уравнение) ничего не говорится о схлопывании. Эту штуку Бор прикрутил к теории, чтобы объяснить, почему мы видим только один результат эксперимента — мертвого или живого кота, а не смесь, не суперпозицию этих состояний. Но из того, что мы регистрируем только один исход — одно решение волновой функции, не обязательно следует, что альтернативных решений не существует. В статье, опубликованной в 1952 г., Шредингер указал на нелепость ожидания, что какая-то квантовая суперпозиция схлопнется только потому, что мы на нее посмотрим. «Очевидно нелепо», писал он, что волновая функция должна «управляться двумя совершенно разными способами — временами волновым уравнением, но иногда прямым вмешательством наблюдателя, не зависящего от волнового уравнения».
Хотя сам Шредингер не применял эту идею к своему знаменитому коту, она легко разрешает эту загадку. Доработав терминологию Шредингера, можно сказать, что существуют две параллельные вселенные, два мира, и в одной из них кот остается жить, а в другой — умирает. Когда ящик открывают в одной вселенной, в нем обнаруживается мертвый кот. В другой вселенной кот в ящике оказывается живым. Вселенных всегда было две, просто они были идентичны до того момента, когда адская машина решила судьбу кота(–ов). Никакого схлопывания волновой функции не происходит. В 1952 г. в Дублине Шредингер, предвидя реакцию коллег, подчеркнул, что, хотя его уравнение описывает, как кажется, разные возможные варианты, эти варианты «не альтернативны, на самом деле все они происходят одновременно». Он добавил:
Почти любой результат, объявляемый квантовым теоретиком, связан с вероятностью того, этого или вон того… события — причем обычно альтернатив великое множество. Идея о том, что это, возможно, не альтернативные варианты и все это на самом деле происходит одновременно, представляется бредовой и просто невозможной. Теоретик считает, что если бы законы природы приняли такой вид ну, скажем, на четверть часа, то мы увидели бы, как окружающий нас мир стремительно превращается в трясину, в бесформенное желе или плазму, все очертания расплываются, а сами мы, вероятно, превращаемся в медуз. Странно, что он в это верит. Насколько я понимаю, он уверен, что ненаблюдаемая природа ведет себя именно таким образом — согласно волновому уравнению. Вышеупомянутые альтернативы вступают в игру, только когда мы производим наблюдение — и он, разумеется, не обязательно должно быть научным. Тем не менее создается впечатление, что, по мнению квантового теоретика, природу удерживает от стремительного «превращения в желе» только наше восприятие или наблюдение ее… Очень странная мысль.
На эту идею Шредингера никто не отреагировал. Ее проигнорировали и забыли, посчитав невозможной, и Эверетт разрабатывал свой вариант ММИ самостоятельно — только для того, чтобы его идею проигнорировали почти столь же единодушно. Но именно Эверетт предположил, что Вселенная «расщепляется» на различные варианты при каждом акте квантового выбора, чем замутил воду на десятилетия вперед.
Эту идею Эверетт высказал в 1955 г., работая над диссертацией в Принстоне. В ее черновом варианте он использовал сравнение с делящейся амебой, которая расщепляется на две дочерние клетки. Если бы простейшие обладали разумом, в памяти каждой дочерней амебы сохранилась бы абсолютно идентичная история до момента разделения, а затем начала бы накапливаться собственная личная история. В аналогии с котом Шредингера до срабатывания адской машины существуют одна вселенная и один кот, затем две вселенные, каждая с собственным котом, и так далее. Научный руководитель Эверетта Джон Уилер посоветовал ему проработать математическое описание идеи — для диссертации и для статьи, опубликованной в Reviews of Modern Physics в 1957 г., но при этом аналогия с амебой куда-то пропала и в печатном виде появилась много позже. Однако Эверетт указал, что, хотя ни один наблюдатель никогда не ощутит существования иных миров, утверждение, что их не может быть, поскольку мы их не видим, не более убедительно, чем утверждение, что Земля не может обращаться вокруг Солнца, поскольку мы не ощущаем ее движение.
Сам Эверетт никогда не пытался продвигать идею ММИ. Еще до защиты диссертации он начал работать на Пентагон в Группе оценки систем оружия. Он должен был заниматься применением математических методов (в документах они невинно назывались теорией игр) к задачам холодной войны. Некоторые его работы не рассекречены до сих пор. Фактически он исчез из поля зрения академического сообщества. Только в конце 1960-х гг. идея Эверета получила некоторую известность, когда ее принял и стал с энтузиазмом продвигать Брайс Девитт из Университета Северной Каролины. Девитт писал: «Каждый квантовый переход, происходящий в каждой звезде каждой галактики, в каждом отдаленном уголке Вселенной, расщепляет наш локальный мир на Земле на мириады копий самого себя». Для Уилера это было уже слишком; он отказался от поддержки ММИ, к которой склонялся первоначально, и уже в 1970-х гг. говорил: «В конце концов мне пришлось с большой неохотой отказаться от поддержки этой гипотезы, потому что, боюсь, она несет в себе слишком большую метафизическую нагрузку». По иронии судьбы именно в этот момент идея переживала возрождение и развитие в сфере космологии и квантовых вычислений.
Силу этой интерпретации начали признавать даже те, кто не был готов полностью ее поддержать. Джон Белл отметил, что «люди, конечно, множатся вместе с мирами, и обитатели какой-то конкретной его ветви должны ощущать только то, что происходит в этой ветви», и с неохотой признал, что в этой идее, возможно, что-то есть:
«Многомировая интерпретация» кажется мне экстравагантной — и в первую очередь экстравагантно неопределенной гипотезой. Я почти готов отбросить ее как нелепую. И все же… Возможно, ей есть что сказать в связи с парадоксом Эйнштейна — Подольского — Розена, и, как мне кажется, стоило бы сформулировать некую строгую ее версию и посмотреть, действительно ли это так. К тому же существование вероятных миров, возможно, позволило бы нам спокойнее относиться к существованию нашего собственного мира… который в некоторых отношениях представляется весьма маловероятным.
Строгая версия ММИ появилась благодаря Дэвиду Дойчу из Оксфорда. По сути, она подвела прочную основу под версию Шредингера, хотя Дойч не знал о ней, формулируя свою интерпретацию. В 1970-х Дойч работал с Девиттом, а в 1977 г. на организованной последним конференции встретился с Эвереттом — это был единственный раз, когда Эверетт представлял свои идеи перед большой аудиторией. Убежденный в том, что ММИ — верный способ понимания квантового мира, Дойч стал пионером в области квантовых вычислений — не потому, что интересовался компьютерами, а поскольку верил, что создание квантового компьютера докажет реальность ММИ.
И здесь мы вновь возвращаемся к варианту мысленного эксперимента с «котом Шредингера». По мнению Эверетта, до момента срабатывания адской машины существует один-единственный кот, а после этого вся Вселенная расщепляется надвое. Аналогичным образом, как указывал Девитт, произвольный электрон в далекой галактике, столкнувшись с выбором из двух (или более) квантовых траекторий, вызывает расщепление всей Вселенной, включая и нас с вами. Вариант Дойча — Шредингера предполагает бесконечное разнообразие вселенных, соответствующих всем возможным решениям квантовой волновой функции (так называемую Мультивселенную). Так в эксперименте с котом существует множество идентичных вселенных, в которых идентичные экспериментаторы строят идентичные адские машины. Эти вселенные остаются идентичными ровно до того момента, когда машина сработает. После этого в некоторых вселенных кот умирает, в некоторых продолжает жить, и то же происходит в последующих историях.
Параллельные миры ни при каких условиях не могут связываться друг с другом. Или все же могут?
Дойч утверждает, что, когда две или более идентичных прежде вселенных под действием квантовых процессов вынужденно, как в эксперименте с двумя отверстиями, становятся различными, между ними на время возникает интерференция (с развитием вселенных она подавляется). Именно это взаимодействие вызывает наблюдаемые результаты экспериментов. Мечта Дойча — увидеть работающий квантовый компьютер, который будет отслеживать некоторое квантовое явление с участием интерференции, происходящее внутри его «мозга». Дойч утверждает, что разумный квантовый компьютер будет способен помнить опыт временного существования в параллельных реальностях. Конечно, этому проекту еще очень далеко до воплощения, но у Дойча имеется и гораздо более простое «доказательство» существования Мультивселенной.
Качественное отличие квантового компьютера в том, что «ключи» внутри него находятся в суперпозиции состояний. Традиционный компьютер состоит из набора ключей (компонентов электрических схем), которые либо включены, либо выключены, что соответствует цифрам 1 и 0. Это позволяет производить вычисления, манипулируя строками чисел в двоичном коде. Каждый ключ называется битом, и чем больше в нашем распоряжении имеется битов, тем мощнее компьютер. Восемь бит составляют байт, и сегодня компьютерная память измеряется в миллиардах байтов — гигабайтах (Гбайт). Строго говоря, поскольку мы работаем в двоичном коде, гигабайт равняется 230 байт, но на это обычно не обращают внимания. А вот в квантовом компьютере каждый ключ представляет собой объект, который может находиться в суперпозиции состояний. Как правило, это атом, но, в принципе, можно считать, что это электрон, спин которого может быть положительным или отрицательным. Различие в том, что в суперпозиции электрон обладает одновременно положительным и отрицательным спином — представляет собой и 0 и 1. Каждый ключ здесь называется кубитом.
Благодаря этому квантовому свойству каждый кубит эквивалентен двум битам. На первый взгляд не особенно впечатляет, но на самом деле это существенно. Так, если у вас есть три кубита, их можно организовать восемью способами: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Суперпозиция включает в себя все эти варианты. Таким образом, три кубита эквивалентны не шести битам (2 ? 3), а восьми (23). Эквивалентное число бит всегда равно двум в степени числа кубитов. Всего лишь 10 кубитов были бы эквивалентны 210 бит, то есть, строго говоря, 1024, но обычно это число называют килобитом. Подобные геометрические прогрессии очень быстро растут и уходят в бесконечность. Компьютер всего с 300 кубитами был бы эквивалентен традиционному компьютеру с числом бит, превышающим число атомов в наблюдаемой Вселенной. Но как бы такой компьютер мог проводить вычисления? Вопрос этот стал весьма насущным, поскольку первые простые квантовые компьютеры, включающие по нескольку кубитов, уже построены и продемонстрировали работу в соответствии с ожиданиями. Они на самом деле оказались мощнее, чем традиционные компьютеры с тем же числом битов.
Ответ Дойча состоит в том, что вычисления производятся одновременно на идентичных компьютерах в каждой из параллельных вселенных, соответствующих нашим суперпозициям. Для трехкубитного компьютера это означает восемь суперпозиций компьютерщиков, работающих над одной и той же задачей с использованием идентичных компьютеров для получения ответа. Неудивительно, что они должны «сотрудничать» таким образом, поскольку все экспериментаторы идентичны и имеют идентичные причины заниматься одной и той же задачей. Это не слишком трудно себе представить.
Но если мы построим 300-кубитную машину — а это, безусловно, когда-нибудь произойдет, — то, если Дойч прав, мы получим при этом «коллаборацию» между громадным числом вселенных, превышающим число атомов в нашей видимой Вселенной. Возникает вопрос: не слишком ли велика получается метафизическая нагрузка? Ответ каждый выбирает сам. Но если вы считаете, что слишком, то вам придется как-то иначе объяснять, почему работают квантовые компьютеры. Большинство специалистов по квантовым компьютерам предпочитает не задумываться об этих вопросах. Но существует группа ученых, которые привыкли ежедневно перед завтраком думать даже больше чем о шести невозможных вещах, и эта группа — космологи. Некоторые из них приняли многомировую интерпретацию как лучший способ объяснить само существование Вселенной.
Подробнее читайте:
Гриббин, Д. Шесть невозможностей: Загадки квантового мира / Джон Гриббин ; Пер. с англ. [Натальи Лисовой] — М.: Альпина нон-фикшн, 2021. — 141 с.
Источник
Последние аномальные новости

Академики пугают всех новой пандемией

Больше не осталось людей из XIX века

В Аду я видела груды тел абортированных младенцев

Для победы над пандемией будут бить палками по башке

Долгую жизнь объяснили подвижностью бабушек и дедушек

Загадочные древние ямы недалеко от Стоунхенджа

Загадочные ледяные круги сняли на реке под Тюменью

Зачем Пентагон создаёт группу для наблюдения за НЛО

Зонды инопланетян у Вольф-359 не найдены

Исследование НЛО - начало космической войны

Когда во Вселенной зародилась жизнь

Курганцы заметили НЛО

Ледяными шариками усыпало озеро Манитоба

На россиянина завели уголовное дело за отрицание 8 марта и 23 февраля

Над США зафиксировали полет огромного НЛО

НЛО имеют характеристики превосходящие все летательные аппараты

Новые типы горных пород обнаружены на экзопланетах

Нострадамус о 2022 годе

Обложка The Economist-2017 предсказывает 2021 год

Открыта пылающая планета с годом в 16 часов

Под видом изучения НЛО США развернут новое оружие

Поиск внеземной жизни всегда был сопряжен с ложными срабатываниями

Привидение видели в Бийском музее

Признанный погибшим в ДТП мужчина ожил перед вскрытием

Самарец снял загадочный объект в ночном небе

Скрывать Нибиру становится все труднее

Смогут ли люди выжить на других планетах

Убийца астероидов запущен в космос

Четырехглазый теленок с двумя ртами родился в Индии

Ясновидящий приоткрыл планы глобалистов

Современная стоматология на Первомайской

Австралиец сфотографировал Собакочеловека

Австралия превращается в концлагерь

В гороскопы верят люди с невысоким интеллектом

В момент смерти люди видят одинаковые видения

Глобальное потепление откладывается. Активность Солнца упала

Женщина с большим бюстом рассказала о трудной жизни

Загадочные петроглифы в пустыне Катара

Загадочные Стрелы Дьявола в Великобритании

Любительница видеоигр раскрыла секрет долголетия

Люди могут существовать по всей Вселенной

Миссия по уничтожению астероида Диморфос готова

Могут ли младенцы плакать в утробе матери

Нейросеть НАСА нашла 301 новую экзопланету

Огромный НЛО пролетел рядом с Сатурном

Пентагон реорганизовал группу по отслеживанию НЛО

Плавучий город будущего разместят в Южной Корее

Подмосковные врачи извлекли таракана из уха мужчины

Представлен браузер для квантового интернета

Признанная бесплодной женщина забеременела

Пропавший кот вернулся к хозяевам спустя 10 лет

Рабочая группа Госдумы по криптовалютам приступит к работе

Разработали беспроводные микрокомпьютеры для вживления в кости пациентов

Ресвератрол и витамин D продлевают жизнь

Российских антиваксеров задумали отправить за решетку

Рынок ПО на базе ИИ достигнет $62 млрд

Случаи, когда люди исчезали, полностью потеряв память

США испытают одноместную летающую тарелку

Француз объявил себя черным пришельцем

Хотят создать на Марсе искусственную магнитосферу

Яндекс примет участие в разработке стандарта для умного дома

Билл Гейтс спрогнозировал сроки завершения пандемии

Впервые увидели стены нашей планеты-тюрьмы

Дагестанцы приготовили и съели тыкву весом 265 кг

Европейцы претерпели генетическую эволюцию

Женщина назвала пиво секретом своего долголетия

Житель Миасса стал свидетелем нечто странного

Испытания противоспутниковых ракет подрывают международную стабильность

Китай раньше США высадит людей на Марс

Китай тайно построил военный объект недалеко от Абу-Даби

Коронавирус превратится в сезонное заболевание

Мост самоубийц в Лос-Анджелесе

Мужчина годами хранил метеорит

Надвигается черная волна

Наша Вселенная идеально настроена для существования жизни

Нашествие кабанов в подмосковной Лобне

Нашествие кабанов на Гонконг

Невеста умерла через полчаса после свадьбы

Ослепший британец начал видеть странные образы

Парень встретил льва на прогулке по парку

Появление жизни на Земле связали с космической пылью

Предсказано появление встроенных в мозг VR-гарнитур

Преимущество виртуальной реальности перед обычной

Продают особняк с инкрустированными бриллиантами окнами

Робкий крокодил стеснялся выходить из воды и утонул

Самые популярные версии убийства Джона Кеннеди

Сеть Facebook - это компания по сбору данных

Скумбрию и сельдь назвали самыми полезными морепродуктами

Слишком прожорливого клиента выгнали из ресторана

США решили создать департамент по исследованию НЛО

Финалист Битвы экстрасенсов Зираддин Рзаев о будущем России

В чем разница между подписками и подписчиками

Близость синхронизировала сердцебиение мужа и жены

Блогер увидел НЛО в небе под Саратовом

Доказательство материальности НЛО

Женатый манекенщик сыграл свадьбу с девятью женщинами

Женщина поцеловала бородатого мужчину и осталась с волдырями

Женщина приняла роды лучшей подруги и узнала об измене

Женщина решила стать матерью одиночкой в 50 лет

Загадочная Проксима b

Какие тайны оставила после себя цивилизация Наска

Луна усеяна кратерами от миниатюрных черных дыр

Мать-героиню похоронили в гробу в виде члена

Механизм манипулирования миллиардами людей в соцсетях

Многолетняя загадка подавленной женской Х-хромосомы

Нострадамус предсказал сближение России с Украиной

Обнаружили затерянные в джунглях поселения древних майя

Озеро в Новосибирской области закрасили ради постройки дома

Перепутанные близнецы узнали правду спустя 19 лет

Плавучий восьмиугольный город постоят в Саудовской Аравии

Противникам вакцинации маори запретили танец хака

Редчайшую рыбу-вепря нашли на пляже

Система С-550 избавит россиян от ядерного пепла над головами

Собака играет с призраком другой собаки

Создали детектор лжи, намного точнее существующих

Странный человек что-то выкладывает палками

У подножия вулкана в Сальвадоре построят Биткоин-сити

Украинский лидер антиваксеров хотел устроить госпереворот

Червь построил гнездо в ухе мужчины

Что бы было, если бы люди не существовали

Что приводит к развитию цифровой деменции

Экспедиция к Мертвому озеру

Белый НЛО гнался за МКС

Блогер нашел центр исследования инопланетян

Блогер побывал у трезубца дьявола на берегу Ветьмы

Бога и инопланетян не видел, но верю, что они есть

Брежнев мечтал заполучить технологии внеземного происхождения

Вся правда о тбилисском полтергейсте

Жуткая легенда о Волосатых руках

Загадочный корабль нашли в Антарктиде

Известный писатель опасается, что ИИ взломает людей

Искатели жизни на Марсе могут сильно заблуждаться

Компания Meta принадлежит Аннуннакам

Компания Билла Гейтса получила $1,5 млрд на строительство нового типа АЭС

Космонавт рассказал об секретной программе по изучению НЛО

Курьер заметил летящую метлу

Лунное затмение показало, как будет выглядеть взрыв Кумбре-Вьеха

Марину Хлебникову перед пожаром преследовал страшный человек

НЛО замечены над Мерсисайдом

Откровения святых о Конце света

Охотник докажет существование британского снежного человека

Охотники на призраков обследовали отель Шруббери

Пользователь Google Earth нашел инопланетянина

Противоспутниковое оружие России и война в космосе

Пугающее предсказание Нострадамуса на 2022 год

Роман уфолога хотят экранизировать

Скончался исследователь похищений доктор Лео Спринкл

Снежного человека в стаффордширском лесу нет

Сталкер встретил Черноглазого ребенка

США могут принудить вести боевые действия с инопланетянами

США реализует план по поиску и изучению НЛО

Трение кожи оказалось идеальным для щелчков пальцами

Авиакомпания American Airlines не отрицает факта встречи с НЛО

Боб Лазар объясняет, что мы видим

Бывший экзорцист занимается оплодотворением свиней

Гигантский синий джет сняли с самолета

Грета Тунберг путешествует во времени

Группа НЛО замечена над Флоридой

Группа шаров замечена над Аризоной

Два брата умерли подавившись куском мяса

Древняя голова статуи найдена на Марсе

Еще одна молния космического масштаба

Женщина сняла на дереве криптида

Загадочные магнитные вихри на Луне

Инопланетяне забрали мои яйцеклетки

Инопланетяне находятся на Земле очень долго

Кто-то готовит Великую Жертву на Земле

НЛО появился над горой Фудзи

Опасность вторжения инопланетных организмов на Землю

Офис для уфологов открылся в Великобритании

Подросток считает, что он жил на Марсе в прошлой жизни

Пора валить с этой планеты на Марс

Призрак белой леди сняли в окне старинного замка

Путешественники сняли призрака

Скоро появится вирус способный убить миллиарды

Скоро хиникс пшеницы будет стоить динарий

Следы жизни обнаружены на Марсе

Странные и необъяснимые вспышки на Ла Пальма

Теория об утечке CovID-19 из лаборатории усиливает свои позиции

Флот инопланетян пролетает рядом с туманностью Ориона

Человеческий мозг уменьшается

Что пришельцы делают на Земле

Агент ЦРУ рассказал о НЛО и людях в черном

Астрологический прогноз на год Тигра для каждого знака Зодиака

Белорусская святая рассказала, кто не переживет Большую Перезагрузку

В какой одежде встретить Новый Год Тигра по знакам Зодиака

Подписка на новости
Наверх
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика