Многомировая интерпретация квантовой механики: как родилась одна из самых смелых идей (4 фото)

Однажды вечером 1955 года в Принстоне за бокалом-другим хереса датский физик Оге Петерсен обсуждал с двумя своими аспирантами — Чарльзом Мизнером и Хью Эвереттом — тайны, лежащие в самом сердце квантовой механики. Петерсен защищал идеи своего наставника Нильса Бора, бывшего одним из авторов так называемой Копенгагенской интерпретации — стандартного способа понимания квантовой физики. Копенгагенская интерпретация утверждает, что квантовый мир полностью отделен от нашего ежедневного опыта.

Петерсен говорил, что квантовая физика применима только к реальности сверхмалых масштабов, где царят отдельные и очень странные субатомные частицы. Он отмечал, что эту область науки невозможно использовать для описания мира людей, стульев и других объектов, состоящих из триллионов и триллионов таких частиц: этот мир может быть описан только классической физикой Исаака Ньютона. Кроме того, Петерсен утверждал, что математика квантовой физики сама сводится к математике физики Ньютона, как только количество частиц возрастает и становится достаточно большим.

Однако Эверетт не стеснялся атаковать традиционную позицию, которую защищал Петерсен. Эверетт отметил, что квантовая физика, на самом деле, не переходит в классическую при большом количестве частиц. Согласно квантовой физике, даже объекты обычных размеров — вроде стульев — могут быть обнаружены в двух разных местах одновременно — принцип квантовой суперпозиции. Он также подчеркнул, что неверно обращаться к классической физике для спасения ситуации, так как квантовая физика должна быть более фундаментальной теорией, лежащей в основе классической физики.

Хью Эверетт

Через какое-то время после этого разговора Эверетт пересмотрел свою позицию и решил повысить ставки. Он расширил аргументы и превратил свой удар по квантовой ортодоксальности в кандидатскую диссертацию.

«Пришло время воспринимать [квантовую физику] как фундаментальную теорию, без какой-либо зависимости от классической физики», — написал он в письме Петерсену.

Для разрешения проблемы суперпозиции Эверетт предложил поистине радикальную концепцию, с первого взгляда больше подходящую научной фантастике: он сказал, что квантовая физика предполагает существование бесконечного числа почти идентичных параллельных вселенных, постоянно отделяющихся друг от друга при каждом проведении квантового эксперимента. Эта странная идея, которую Эверетт обнаружил в математике квантовой физики, со временем стала известна как многомировая интерпретация.

Многомировая интерпретация практически сразу натолкнулась на контрольно-пропускной пункт в лице куратора диссертации Эверетта — физика Джона Уилера. Он был не особо известен вне научных кругов, но знал всех важных людей в своей области. Он был протеже Бора, также был знаком с Альбертом Эйнштейном. За 15 лет до того, как в его дверях появился Эверетт, Уилер курировал кандидатскую диссертацию молодого Ричарда Фейнмана, а позже курировал диссертации десятков других известных физиков, среди которых был и Кип Торн, обладатель Нобелевской премии по физике 2018 года.

Странные идеи Эверетта изначально казались Уилеру увлекательными, так как он считал их полезными для применения квантовой теории при описании Вселенной. Однако Уилер был человеком политичным и знал о негодовании Бора по поводу его отхода от квантовой ортодоксальности, которую проповедовали в Копенгагене. Он сделал все настолько прямо, насколько возможно: Уилер отправился в Копенгаген, чтобы попытаться получить благословение Бора на работу Эверетта в качестве расширения официальной копенгагенского понимания природы квантовой теории.

Нильс Бор / © Firma Jacobsen/Herdis & Herm

Все прошло не очень хорошо. В своем письме Эверетту Уилер заявил, что разрешение критики Бора относительно идей первого «потребует много времени, множества тяжелых споров с таким практичным и упрямым человеком, как Бор, а также много писанины и переписываний». Уилер умолял Эверетта лично приехать в Копенгаген, чтобы «сразиться с величайшим бойцом», имея в виду Бора.

Эверетт не особенно был заинтересован в борьбе с чем-либо или переписывании чего-либо. Он был уверен в своих идеях, а интеллектуальные чары академической карьеры его несильно затрагивали. Он больше был заинтересован в деньгах и том, что с ними можно сделать: хорошая еда и напитки, материальная роскошь и женщины. Он хотел жить с шиком, а не отсиживаться в профессорском кабинете. К моменту получения письма Уилера Эверетт уже присмотрел себе работу, которая могла все это ему предоставить: он устроился исследователем в Пентагоне, где рассматривал последствия гипотетических ядерных ударов в разгар холодной войны.

По возвращении из Европы Уилер заставил Эверетта пересмотреть диссертацию и удалить почти все упоминания «разделяющихся миров». Как только это было сделано, Эверетт покинул Принстон и больше не вернулся в академические круги. В своей дальнейшей карьере, работая в Пентагоне, Эверетт рассмотрел наихудшие последствия ядерной войны и стал соавтором одного из самых ранних и влиятельных докладов на предмет выпадения радиоактивных осадков.

Джон Уилер в Принстонском университете, 1967 год / © The New York Times

Правда, в итоге он все-таки добрался до Копенгагена. В марте 1959 года он отправился в Данию и представил свои идеи Нильсу Бору, пока тот посещал Европу по другим делам. Как впоследствии написал Эверетт, встреча была «обречена с самого начала». Ни Бор, ни Эверетт не поколебались в своих взглядах.

«Взгляд Бора на квантовую механику в целом принимался по всему миру тысячами физиков, занимающихся ею каждый день, — говорил Мизнер, который тоже тогда находился в Копенгагене. — Ожидать, что в результате часовой беседы с парнем он полностью изменит свою точку зрения, было абсолютно нереалистично».

Работа Эверетта пропала с радаров. О ней вспомнили только в 70-х годах, но даже тогда она не стала особенно популярной. Эверетт в итоге один раз вклинился в академический спор по поводу его работы. Уилер и его коллега Брайс Девитт пригласили Эверетта рассказать о своей работе в Техасском университете в 1977 году. Среди молодых физиков из Остина был и Дэвид Дойч, впоследствии ставший верным защитником многомировой интерпретации.

Образование множественных миров, исходя из мысленного эксперимента «кот Шредингера» (слева); формирование многомировой реальности (справа) / © Quantum Bits

«Он был полон нервной энергии, очень напряженный и невероятно умный, — вспоминает Дойч. — Он был полон энтузиазма в отношении множественных вселенных и очень здраво, и тонко ее [многомировую интерпретацию] защищал».

Работа Девитта, Дойча и других сделала многомировую интерпретацию одной из наиболее популярных гипотез за последние несколько десятилетий. Однако Эверетт не смог увидеть, как его гипотеза достигла нынешнего статуса, став одним из наиболее заметных конкурентов Копенгагенской интерпретации. Он умер от обширного инфаркта в 1982 году, ему был 51 год. Его семья кремировала тело, а прах выбросили в мусор, в соответствии с его последней волей. Тем не менее аргументированность и смелость Эверетта продолжает жить в его теории, рожденной во время пьяной беседы более 60 лет назад, и все чаще становится предметом споров между физиками сегодня.

Владимир Гильен