Книга: Наша математическая вселенная

Квантовый суицид

Квантовый суицид

Я привык делить физиков на две категории: титанов и простых смертных. Титаны — великие исторические фигуры вроде Ньютона, Эйнштейна, Шрёдингера, Фейнмана, легендарные, наделённые сверхъестественной силой. Смертные — это физики, с которыми я встречался, хотя и, возможно, блестящие учёные, однако определённо обычные люди вроде нас. И ещё был Джон Уилер. Я встретил его в январе 1996 года. Случилось это в копенгагенском кафетерии, во время ланча на конференции. Ему было тогда 94 года. Для меня Уилер был «последним титаном». Он работал с Нильсом Бором над проблемами ядерной физики. Он придумал термин «чёрная дыра». Он первым заговорил о пространственно-временной пене. Фейнман и Эверетт были его аспирантами. Он стал одним из моих супергероев благодаря своему пристрастию к безумным идеям. И вот он просто обедает! Я почувствовал, что обязан познакомиться с ним, иначе никогда себе этого не прощу. Подходя к его столу, я очень нервничал. Незадолго до того люди, стоящие выше меня в академической пищевой цепочке, поколебали мою уверенность в себе: в разных ситуациях два профессора посреди разговора вдруг повернулись ко мне спиной и ушли, а ведь они были простыми смертными. А вот Уилер приветствовал меня, неопытного постдока, улыбкой, и пригласил присоединиться к ланчу! Услышав, что я интересуюсь квантовой механикой, он поделился свежими соображениями относительно понятия существования и дал свои недавние заметки. Он ни разу меня не перебил и говорил так, что я чувствовал себя равным ему. Через две недели я даже получил от него электронное письмо — письмо от титана! Он писал:

Он пригласил меня приехать в Принстон: «Я хотел бы иметь возможность ежедневно с вами беседовать». В то время я выбирал между предложениями должности постдока — и как я мог после этого отклонить предложение из Принстона? Переехав туда, я стал регулярно посещать Уилера и лучше его узнал. Он и его жена пришли на вечеринку по поводу моего новоселья. Он даже расписался у меня в свидетельстве о браке, выданном штатом Нью-Джерси — в моём мире это было всё равно, что заполучить в свидетели Господа Бога.

В кабинете его часто отвлекали, так что он предпочитал разговаривать, накручивая круги по коридорам третьего этажа вокруг внутреннего двора физического корпуса Принстонского университета. История оживала, когда он описывал, что чувствовал, наблюдая за первым испытанием водородной бомбы, или при встрече с Клаусом Фуксом, с помощью которого Советский Союз получил доступ к ядерному оружию. Уилер дал мне чувство личной связи с отцами-основателями в моей области, которые для него были простыми смертными.

Я показал ему самую безумную свою статью об идее математической Вселенной, и она ему понравилась. Когда редактор отклонил её как «слишком умозрительную», несмотря на положительный отзыв рецензента, Уилер поддержал мою апелляцию, и это сработало. Позднее мы вместе написали статью для «Сайентифик американ»[51] под названием «Сто лет квантовым тайнам», в которой пытались обычным языком объяснить идеи квантовых параллельных вселенных и декогеренции. Когда я спросил Уилера, в самом ли деле он верит в квантовые параллельные вселенные, он ответил: «Я пытаюсь найти время верить в них по понедельникам, средам и пятницам».

Мне очень редко случается плакать. В 2008 году, узнав, что Джон Уилер умер, я плакал. Он сильно на меня повлиял, а поминальная служба показала, сколько ещё людей чувствовали то же самое. На приёме после неё был открытый микрофон для тех, кто чувствовал потребность говорить о покойном, и я произнёс несколько фраз о том, как много он значил для меня. О том, что если выразить это одним словом, то это было бы слово «вдохновил». Он вдохновил меня тем, что человек столь яркий и знаменитый был настолько любезен, что с каждым общался на равных. Я говорил, что это вдохновило меня следовать зову своего сердца и работать над тем, что меня по-настоящему волновало. И что лучшее доказательство того, как он вдохновлял окружающих, можно получить, оглядев эту комнату и увидев, сколько потрясающих людей съехалось не менее чем с трёх континентов. Это собрание безошибочно давало понять, кто есть кто в физике.

Однажды в конце рабочего дня, когда я подвозил Джона в пансионат Мидоу-Лейкс, где он жил, я стал рассказывать ему о безумно звучащей идее, которую назвал квантовым суицидом. Я потратил массу времени, размышляя, возможен ли эксперимент, который убедил бы в том, что эвереттовские параллельные вселенные реальны, и, наконец, я придумал такой.

Удивительно, но этот эксперимент требовал довольно нехитрого оборудования. Однако также требовал, чтобы вы были на редкость фанатичным экспериментатором, поскольку включал в себя многократно повторяющуюся ускоренную версию эксперимента Шрёдингера с вами в роли кота. Оборудование представляло собой «квантовый пулемёт», который стреляет в зависимости от исхода квантового измерения. То есть всякий раз, когда пулемёт запускается, он помещает частицу в состояние суперпозиции двух равновероятных состояний (скажем, вращения по или против часовой стрелки), а затем выполняет измерение частицы. Если оказывается, что она находится в первом из двух состояний, пулемёт выстреливает, а в противном случае лишь громко щёлкает. Детальное устройство этого механизма не имеет значения,[52] важно лишь, что интервал времени между квантовым измерением и выстрелом гораздо короче характерного времени человеческого восприятия — скажем, 1/100 секунды.

Теперь предположим, что вы запускаете квантовый пулемёт в автоматическом режиме, и он срабатывает один раз в секунду. Независимо от того, верите ли вы в параллельные вселенные Эверетта, нетрудно предсказать, что вы услышите кажущуюся случайной последовательность выстрелов и щелчков: выстрел-щелчок-выстрел-выстрел-выстрел-щелчок-щелчок-выстрел-щелчок-щелчок. И тут вы делаете нечто экстремальное: помещаете голову на линию огня и ждёте. Что вы ожидаете почувствовать? Это зависит от того, реальны эвереттовские параллельные вселенные или нет. Если нет, то у каждого квантового измерения только один исход, так что секунду спустя вы определённо будете мертвы либо живы — и то, и другое с вероятностью 50 %. И если вы умеренно везучий человек, то услышите один-другой щелчок, и больше ничего — игра окончена. Вероятность прожить n секунд составляет 1/2ⁿ, так что ваши шансы прожить минуту составляют менее одной квинтиллионой (10^–18). С другой стороны, если эвереттовские параллельные вселенные реальны, то через секунду будут существовать две параллельные вселенные: в одной вы живы, а во второй мертвы, и всё вокруг забрызгано кровью. Иными словами, существует ровно одна ваша копия, обладающая восприятием и до, и после события-триггера, а поскольку процесс протекает слишком быстро для восприятия, предсказание состоит в том, что вы услышите щелчок со стопроцентной вероятностью. Подождите немного, и вы обнаружите нечто странное: поместив голову на линию огня с, казалось бы, случайной чередой выстрелов и щелчков, вы услышите щелчок-щелчок-щелчок-щелчок-щелчок-щелчок-щелчок и т. д. После десяти щелчков вы сможете исключить коллапс волновой функции с уверенностью 99,9 % в том смысле, что если коллапс волновой функции действительно происходит, то вероятность быть мёртвым к этому моменту превысит 99,9 %. Через минуту вероятность того, что Эверетт ошибался, будет составлять одну квинтилионную. Чтобы снять любые сомнения в исправности квантового пулемёта, вы убираете голову с линии огня и обнаруживаете, что волшебным образом выстрелы и щелчки снова начали чередоваться.

Если вы теперь убеждены, что Эверетт прав, и зовёте подругу, чтобы она понаблюдала за экспериментом, есть одна тонкость. Хотя вы остаётесь в живых только в одной параллельной вселенной, она остаётся жить во всех и обычно видит, как через несколько секунд вы умираете. Так что единственное, в чём она убедится, так это в том, что вы сумасшедший.

Джон Уилер нашёл это интересным. Я сказал, что, по-моему, многие физики обрадовались бы, если бы на смертном одре к ним явился всезнающий джинн и в награду за неизменное любопытство в течение жизни дал ответ на любой физический вопрос. Но что если бы джинн запретил рассказывать об этом другим? Возможно, величайшая ирония квантовой механики состоит в том, что если Эверетт прав, то ситуация аналогична тому, как если бы вы были готовы умереть и многократно повторяли попытки квантового суицида: вы лично убедились бы в существовании параллельных вселенных,[53] но больше никого не убедили бы.

Вы, конечно, можете убедить друзей, если проведёте эксперимент с суицидом совместно, скажем, присоединив квантовый триггер к атомной бомбе, так что вы окажетесь лишь в тех параллельных вселенных, где все ваши друзья живы или все мертвы. Но после этого они вряд ли останутся вашими друзьями.