Наука и Техника

Наука И Техника
29 ноября 2015

Когда сталкиваются параллельные миры, рождается квантовая механика

В параллельной вселенной никогда не падал астероид, уничтоживший динозавров, а Австралию никогда не колонизировали португальцы. Долгое время параллельные миры были одним из основных продуктов научной фантастики. Но реальны ли они?

В любопытной работе, опубликованной на этой неделе в Physical Review X, доктор Майкл Холл из Университета Гриффита и доктор Дирк-Андре Декерт из Калифорнийского университета предположили, что параллельные вселенные не только реальные, но и не совсем параллельные — они могут «сталкиваться».

Согласно их теории, взаимодействие между соседствующими мирами — это источник всех странных особенностей квантовой механики, открытых опытным путем.

Многомировая интерпретация квантовой механики
Существование параллельных миров в квантовой механике — идея сама по себе не новая. Это одно из базовых понятий одной из ведущих интерпретаций квантовой механики — многомировой интерпретации 1957 года.

«Сегодня квантовая механика является самой применяемой и успешной физической теорией, поэтому не задумываться о ее интерпретациях нельзя. И есть несколько причин. Во-первых, ее формализм чрезвычайно разделен с повседневным опытом. Он заключен в «волновой функции», которая похожа на волну, только не в привычном трехмерном пространстве, а в пространстве с бесконечными измерениями.

Во-вторых, так называемые корреляции Белла, которые могут быть экспериментально измерены с помощью удаленных квантовых систем, происходят из общего источника, нарушая обычные законы локальной причины и следствия».

По мнению ученых, это означает, что формализм волновой функции нельзя заменить чем-либо в обычном понимании пространства.

Есть несколько конкурирующих интерпретаций квантовой механики, и каждая из них дает особое изображение конечной природы реальности. Но каждое изображение глубоко странное по своей сути из-за странности квантовой механики самой по себе.

Странность многомировой интерпретации заключается в том, что в любое время в любой квантовой системе, наблюдаемой во Вселенной, эта вселенная «разветвляется» на кучу новых вселенных, по одной на каждый возможный итог наблюдения.

Многомировая интерпретация подвергалась критике за то, что она точно не определяет, когда именно происходит наблюдение. Таким образом, она весьма расплывчато определяет, сколько миров существует в определенный момент времени, да и сам мир нечеткий в своих свойствах, которые описываются волновой функцией.

Кроме того, из-за разных результатов наблюдения, вытекающих с разной вероятностью, многомировая интерпретация позволяет предположить, что у разных миров есть разный «вес» — одни миры должны быть важнее других, даже если все они могут быть реальными.

Наконец, как только они возникают, эти миры не взаимодействуют, поэтому некоторые критики считают такие миры сугубо гипотетическими, а значит, и бесполезными.

Множество взаимодействующих миров
Новая теория также включает в себя множество миров, но на этом сходство с обычной многомировой интерпретацией заканчивается. Во-первых, ученые допускают фиксированное, но поистине гигантское количество миров. Они существуют постоянно во времени — нет никакого разветвления.

Во-вторых, эти миры не являются «расплывчатыми» — у них есть точно определенные свойства. В подходе ученых миру определено точное положение и скорость каждой частицы в мире — нет никакого принципа неопределенности Гейзенберга, который бы относился к отдельному миру. Согласно теории, если бы существовал только один мир, он развивался в точном соответствии с ньютоновской механикой, а не квантовой.

В-третьих, эти миры взаимодействуют, и это взаимодействие является источником всех квантовых эффектов. В частности, есть отталкивающая сила весьма специфического вида между мирами с почти идентичной конфигурацией (то есть в которых каждая частица находится в похожей позиции с частицами соседнего мира). Эта «интерстициальная» сила препятствует тому, что ближайшие миры могут когда-либо прийти к одинаковой конфигурации, и, как правило, способствуют тому, что миры расходятся в этом.

В-четвертых, каждый из таких миров одинаково реален. Вероятность включается в теорию только потому, что наблюдатель, сделанный из частиц в конкретном мире, не знает наверняка, в каком из множества миров находится. Поэтому он будет предполагать одинаковую вероятность для каждого члена этого набора миров, сопоставимого с его опытом (который будет весьма посредственным из-за того, что наблюдатель — это макроскопическое собрание частиц). После проведения эксперимента наблюдатель может выяснить больше о том, в каком мире находится, а значит, и исключить целый ряд миров из общего списка вероятных гостеприимных хозяев.

Все вышеперечисленное объединяется в теорию множества взаимодействующих миров. В этой теории больше ничего нет. Нет волновой функции, никакой особой роли наблюдателя и фундаментального различия между макро- и микроскопическим.

Тем не менее ученые полагают, что их подход позволяет воспроизвести все стандартные функции квантовой механики, включая двухщелевую интерференцию, барьер туннелирования, непредсказуемости и корреляции Белла.

Последствия и применения
Ученые называют свою теорию скорее «подходом», чем «интерпретацией», поскольку для любого конечного числа миров она является только приближением к квантовой механике. Однако при всем этом она представляет захватывающую возможность: проверить существование этих других миров.

Возможность сравнить квантовую эволюцию на примере конечного числа миров также может быть очень полезной. В частности, на ее основе можно смоделировать молекулярную динамику, что важно для понимания химических реакций и действий лекарств.

Квантовая механика всегда была загадочной из-за тонких, но глубоких отклонений от ньютоновской механики. То, что эти отклонения могут быть связаны с легким взаимодействием по сути ньютоновских миров с близлежащими параллельными мирами — принципиально новое решение квантовой головоломки.