Митио Каку - Космос Эйнштейна. Как открытия Альберта Эйнштейна изменили наши представления о пространстве и времени
За прошедшие десятилетия были предложены и другие интерпретации. В 1957 г. Хью Эверетт, в то время аспирант физика Джона Уилера, предложил, возможно, самое радикальное решение проблемы кота – «многомировую» теорию, согласно которой все возможные вселенные существуют одновременно. Кот в самом деле может быть мертвым и живым одновременно, потому что сама Вселенная расщепилась надвое. Следствия из этой идеи, откровенно говоря, неуютны, поскольку при этом подразумевается, что вселенная постоянно, каждое квантовое мгновение раздваивается, образуя бесконечное число квантовых вселенных. Сам Уилер, поначалу горячо поддержавший идею своего студента, позже отказался от нее, заявив, что с таким подходом связано слишком много «метафизического багажа». Представьте, к примеру, космический луч, пронзающий в подходящий момент чрево матери Уинстона Черчилля и вызывающий выкидыш. Таким образом, одно квантовое событие отделяет нас от вселенной, в которой Черчилль, способный поднять народ Англии и всего мира на борьбу с убийственными силами Адольфа Гитлера, попросту не родился. В той параллельной вселенной нацисты, возможно, выиграли Вторую мировую войну и поработили значительную часть мира. Или представьте себе мир, где солнечный ветер, запускаемый квантовыми событиями, сбил с пути ту комету или метеорит, который 65 млн лет назад угодил в мексиканский полуостров Юкатан и стер с лица Земли динозавров. В той параллельной вселенной человек не появился вовсе и Манхэттен, где я сейчас живу, населен неистовыми динозаврами.
Голова идет кругом при мысли о всех возможных вселенных. После нескольких десятилетий бесплодных споров о разных интерпретациях квантовой теории в 1965 г. физик Джон Белл из ядерной лаборатории CERN в Женеве (Швейцария) проанализировал эксперимент, способный, по идее, решающим образом доказать или опровергнуть эйнштейнову критику квантовой теории. Придумал этакую своеобразную лакмусовую бумажку[28]. Сам он симпатизировал глубоким философским вопросам, которые поднимал в свое время Эйнштейн, потому и предложил теорему, которая должна была наконец решить этот вопрос. Первый убедительный эксперимент такого рода осуществил в 1983 г. Ален Аспе в Парижском университете, и его результаты подтвердили квантово-механическую точку зрения. Эйнштейн в своей критике квантовой теории был неправ.
Но если критику Эйнштейном квантовой теории можно смело отбросить, то какая из различных квантово-механических школ правильно видит мир? Большинство физиков сегодня считает, что копенгагенская интерпретация удручающе неполна. Стена, отделяющая, по мнению Бора, микроскопический мир от макроскопического, в наше время, когда ученые в состоянии манипулировать отдельными атомами, выглядит неубедительно. Более того, сканирующий туннельный микроскоп способен перемещать отдельные атомы; с его помощью из атомов было составлено название фирмы IBM и построены работающие счеты. Вообще, на базе манипуляций с атомами создана новая технологическая область, получившая название «нанотехнологии». Эксперименты, подобные мысленному опыту Шрёдингера с котом, теперь можно проводить на отдельных атомах.
Несмотря на это, удовлетворяющего всех физиков решения проблемы с котом до сих пор не существует. Однако почти через 80 лет после памятного столкновения Бора и Эйнштейна на Сольвеевском конгрессе некоторые ведущие физики, включая и нескольких нобелевских лауреатов, сошлись на том, что решить эту проблему поможет идея декогеренции. Декогеренция начинается с того, что волновая функция кота весьма сложна, поскольку в его теле содержится порядка 1025 атомов – число воистину астрономическое. Поэтому наблюдается интенсивная интерференция между волновыми функциями живого и мертвого кота. Это означает, что эти две волновые функции могут сосуществовать одновременно в одном и том же пространстве, но не в состоянии влиять друг на друга. Две волновые функции «декогерированы» друг от друга и больше «не чувствуют» присутствия друг друга. Согласно одной из версий декогеренции, волновые функции никогда не схлопываются, как утверждал Бор. Они просто разделяются и никогда больше не взаимодействуют.
Нобелевский лауреат Стивен Вайнберг сравнивает это со слушанием радио. Поворачивая ручку, мы можем успешно настроиться на множество радиостанций. Каждая частота декогерирована с остальными, поэтому интерференции между станциями не существует. Любая комната в любом доме наполнена одновременно сигналами от всех радиостанций, причем каждый сигнал несет массу информации; тем не менее эти сигналы не взаимодействуют друг с другом. Да и радиоприемник настраивается лишь на одну из станций.
Декогеренция кажется привлекательной, поскольку означает, что исходную волновую теорию можно использовать для разрешения проблемы кота, не прибегая к «коллапсу» волновой функции. В этой картине волновые функции никогда не схлопываются. Однако логические выводы, которые можно при этом сделать, настораживают. В конечном итоге декогеренция подразумевает «множественность миров». Но вместо радиостанций, сигналы которых не интерферируют, здесь мы получаем целые вселенные, которые не взаимодействуют между собой. Может показаться странным, но это означает, что, пока вы сидите в своей комнате и читаете эту книгу, одновременно с вами существуют волновые функции параллельных миров, где нацисты выиграли Вторую мировую войну, где люди говорят на странных несуществующих языках, где динозавры не вымерли и дерутся в настоящий момент на месте вашей гостиной, где по Земле разгуливают космические пришельцы или где Земли вообще никогда не существовало. Наше «радио» настроено только на знакомый мир, в котором мы живем, но здесь же, в этой же комнате, существуют другие «радиостанции», где безумные и нелепые миры сосуществуют с нашим. Мы не можем взаимодействовать с этими динозаврами, монстрами и инопланетянами, гуляющими по нашим гостиным, потому что живем на другой «радиочастоте» и когда-то декогерировали с ними. Нобелевский лауреат Ричард Фейнман однажды сказал: «Мне кажется, я спокойно могу сказать, что квантовую механику не понимает никто».
Если критика Эйнштейном квантовой теории способствовала ее развитию, хотя и не привела, возможно, к полностью удовлетворительному разрешению всех ее парадоксов, то в других областях, в первую очередь в общей теории относительности, его идеи с лихвой наверстали упущенное. Сегодня, в эпоху атомных часов, лазеров и суперкомпьютеров, ученые проводят такие высокоточные эксперименты по проверке общей теории относительности, о каких Эйнштейн мог только мечтать. Так, в 1959 г. Роберт Паунд и Глен Ребка из Гарварда наконец получили лабораторное подтверждение предсказанного Эйнштейном гравитационного красного смещения, то есть того факта, что часы в гравитационном поле идут с разной скоростью. Они направили излучение радиоактивного кобальта из подвала Лаймановской лаборатории в Гарварде вверх, к крыше, на высоту 23 м. При помощи чрезвычайно точного измерительного устройства (построенного на эффекте Мёссбауэра) они показали, что в процессе движения из подвала до чердака фотоны теряют энергию (следовательно, снижают частоту). В 1977 г. астроном Джесси Гринстейн с коллегами проанализировал ход времени на десятке звезд из класса белых карликов. Как и ожидалось, наблюдения подтвердили, что время в сильном гравитационном поле замедляется.
