* * *
Независимо от писателей-фантастов к аналогичному представлению о мироздании пришли физики точнее, американский физик Хью Эверетт III. В 1956 году Эверетт писал диссертационную работу об интерпретации решений волновых уравнений квантовой физики, иначе называемых уравнениями Шредингера.
Проблема была вот в чем. Уравнения Шредингера описывали состояние и взаимодействие элементарных частиц. В отличие от классической физики, где любой объект (неважно атом, планета или галактика) находится каждый момент времени в одном-единственном вполне определенном состоянии, в мире квантов все не так. Состояние элементарной частицы представляет собой волну вероятности, похожую на гребень с широкими, практически бесконечными, краями. Электрон с разной степенью вероятности находится в любом из состояний, являющихся решениями уравнения Шредингера. В каком именно состоянии невозможно узнать, пока этот электрон не становится объектом наблюдения. И дело даже не в том, что мы всего лишь не знаем, в каком состоянии находится электрон. Пока электрон не наблюдают, он на самом деле находится сразу во множестве (как говорят физики суперпозиции) состояний!
В момент наблюдения вы фиксируете некое определенное состояние частицы. Иными словами, выбираете из всех состояний частицы одно-единственное. А что же происходит с остальными?
Электрон вот он, вы его зафиксировали, его состояние уже известно. Но волновая функция электрона говорит о том, что частица находилась еще и в состоянии 2, и в состоянии 3, и в состоянии 4, и еще во множестве других состояний в таком их количестве, сколько решений имеет уравнение Шредингера, написанное для данной частицы.
Куда в момент наблюдения деваются все решения уравнения, кроме единственного? Нильс Бор и Вернер Гейзенберг утверждали, что, как только частица попадает в «объектив» наблюдателя, все решения уравнения (то есть, все состояния частицы!) коллапсируют, исчезают, остается единственное.
Такая интерпретация событий, происходящих в квантовом мире, получила название копенгагенской, по названию города, где работали Бор и Гейзенберг. Физиков-практиков копенгагенская интерпретация вполне устраивала, поскольку предсказания квантовой физики выполнялись идеально, на сто процентов. Были построены синхрофазотроны, реакторы, открыты новые элементарные частицы. Расчеты атомной бомбы невозможно было провести, не используя уравнение Шредингера!
На вопрос «что происходит?» копенгагенская интерпретация давала однозначный ответ. А вопрос «почему?» физики-экспериментаторы предпочитали не задавать формулы работают, ну и ладно. Теоретики, которых интересовала философская глубина квантовой теории, вяло продолжали спорить, не находя выхода из противоречия и соглашаясь с тем, что «да, это некрасиво, неправдоподобно, с чего бы волновой функции коллапсировать?.. Но так устроен мир».
Альберт Эйнштейн говорил о двух критериях, определяющих хорошую теорию. Теория должна обладать внутренним совершенством (быть внутренне непротиворечивой) и иметь внешнее оправдание (соответствовать наблюдениям, эксперименту). Копенгагенская интерпретация квантовой физики полностью оправдывала себя внешне, но оставалась противоречивой внутренне.
Это противоречие и разрешил Хью Эверетт. Идея его проста, она является прямым и непосредственным следствием самой же квантовой теории, но именно потому революционна. Вот что писал Эверетт в своей диссертации:
«С точки зрения теории все элементы суперпозиции (все ветви) являются действительными: ни один не более реален, чем остальные. Не нужно полагать, что все элементы, кроме одного, так или иначе разрушаются, так как все отдельные элементы суперпозиции индивидуально подчиняются волновому уравнению с полным безразличием к присутствию или отсутствию (реальности или нет) любых других элементов»
Иными словами, никакого придуманного коллапса волновой функции не существует, и в момент наблюдения фиксируется не какое-то единственное состояние частицы, а все сразу! Но каждое состояние фиксируется «своим» наблюдателем. «Наш» наблюдатель обнаруживает электрон в состоянии номер 1, но в то же время наблюдатель номер 2 фиксирует состояние номер 2, наблюдатель 3 фиксирует и так далее. Сколько решений имеет уравнение Шредингера, столько наблюдателей фиксируют все возможные состояния электрона. Возможно ли это в единственной Вселенной? Нет, невозможно. Значит, в момент наблюдения мироздание «расщепляется» на множество ветвей-вселенных, отличающихся друг от друга только тем, что в одной вселенной электрон наблюдали в состоянии 1, в другой в состоянии 2 и так далее. Сколько решений имеет уравнение Шредингера, столько вселенных и возникает в момент наблюдения. А поскольку разнообразных событий каждое мгновение происходит великое множество, то и расщепляется мир на великое множество почти неотличимых копий, каждая из которых развивается по своему собственному пути. И потому на самом деле существует не одна вселенная та, что представлена нашему взору и сознанию, а великое множество вселенных.
Предвидя возражения, Эверетт писал:
«Аргументы, согласно которым картине мира, представленной этой теорией, противоречит опыт подобны критике коперниканской теории на том основании, что подвижность Земли как реальный физический факт является несовместимой с интерпретацией природы здравым смыслом, поскольку мы не чувствуем такого движения».
Действительно: как же такое возможно? Из-за того, что состояние электрона или любой другой частицы в любом месте нашей Вселенной описывается уравнением, имеющим не одно, а много решений, каждое мгновение возникает огромное число вселенных? С миллиардами галактик? И в каждой есть Земля? И мы с вами? А из чего они возникают? Откуда берется масса? И как вообще возможно мгновенное появление вселенной, имеющей размеры в миллиарды световых лет? Как быть с постулатом Эйнштейна о том, что ничто не способно перемещаться быстрее света?
Естественные вопросы, подсказанные здравым смыслом. Ответы на эти вопросы дает эвереттика (или, как ее называют физики на Западе: многомировая интерпретация) область знаний, изучающая многомирие по Эверетту.
Вселенная (Universe) существует не в единственном варианте, а в неисчислимом множестве, которое физики назвали Мультиверсом (Multiverse).
Новые вселенные не возникают «из ничего» в момент наблюдения, они существуют в реальности так же, как существует, а не возникает из небытия, волновая функция. Электрон в любой момент времени находится в суперпозиции всех возможных состояний. И все эти состояния существуют реально, потому что ни одно из них не имеет преимуществ перед другими.
Сказанное относится не только к электрону, но и ко всей нашей Вселенной, и к каждой ее части, и к каждому из нас, потому что и электрон, и мы с вами, и вся Вселенная описываются волновыми функциями, решениями соответствующих уравнений Шредингера. Уравнения для изолированного электрона физики решать умеют, а для сложных систем нет. Тем более для систем, состоящих из триллионов элементарных частиц, как мы с вами или Вселенная. Но от того, что физики умеют или не умеют делать, мироздание не становится проще или сложнее оно такое, какое есть. Это бесконечно сложная квантовая система, проявляющая себя бесконечным (или почти бесконечным) числом классических миров, один из которых мы и наблюдаем вокруг себя. Существуют и другие как грани бесконечно сложного кристалла (кстати, именно такой образ придумал для описания квантового мира российский физик Михаил Менский, и в физической литературе этот «кристалл» носит название «кристалла Менского»).
Каждый из нас обладает свободой воли. Каждый из нас свободно решает по утрам, например, налить кофе или чай, а может, позволить себе рюмку коньяка. Вы выбрали чай? Это означает, что и другие ваши решения существуют в Мультиверсе есть мир, в котором вы налили себе кофе, и мир, где вы опрокинули рюмочку коньяка.
Идея Мультиверса позволила разрешить и давний теологический спор, о котором я писал в начале статьи. Да, Бог все знает, и, тем не менее, истинная свобода воли существует. В любой ситуации вы можете поступить так, как вам подсказывают интуиция, совесть, обстоятельства, советы близких как угодно, и каждый ваш выбор известен Богу, поскольку каждый осуществляется в своей вселенной. Теологические аргументы в пользу многомирия сейчас активно обсуждаются, и мы поговорим об этом в другой статье.
Эвереттика как область науки значительно изменилась со времени первой статьи Эверетта, как изменилась теория эволюции по сравнению с «Происхождением видов» Дарвина. Российский ученый Юрий Лебедев, например, ввел в обиход понятие склеек, противоположное эвереттовскому ветвлению. Миры не только ветвятся, создавая неисчислимое многообразие Мультиверса, но и «склеиваются», пересекаются, и тогда можно наблюдать интересные феномены появления и исчезновения предметов. А в случае ментальных склеек мы можем «общаться» с самими собой в других ветвях Мультиверса, и тогда нас посещают неизвестно, казалось бы, откуда взявшиеся озарения и идеи.
* * *
23 апреля 1956 года Эверетт успешно защитил диссертацию, и в тот день Вселенная расщепилась, возникла ветвь мироздания, в которой диссертацию защитить не удалось, и опечаленный Эверетт бросил занятия теоретической физикой.
В нашей реальности Эверетт диссертацию защитил и идеи свои в 1957 году изложил в статье «Интерпретация квантовой механики через соотнесенные состояния», опубликованной в престижном журнале «Reviews of Modern Physics».