Паралелни, пресичащи се, разклоняващи се и отново сближаващи се светове. Това изобретение ли е на писатели на научна фантастика или реалност, която все още не е реализирана?
Темата за много светове, разработена от философите от древни времена, в средата на 20 век стана обект на дискусия на физиците. Въз основа на принципа на взаимодействие на наблюдателя с квантовата реалност се появи нова интерпретация на квантовата механика, която се нарича "Оксфорд". Неговият автор, младият физик Хю Еверет, се срещна с Нийлс Бор, основателят на тогава общоприетата интерпретация на квантовата механика „Копенхаген“. Но те не намериха общ език. Техните светове се разминаха …
Идеята за множество светове се заражда в обширни области от планините и равнините на Елада до Тибет и долината на Ганг в Индия преди около 2500 години. Дискусии за много светове могат да бъдат намерени в ученията на Буда, разговорите между Левцип и Демокрит. Известният философ и историк на науката Виктор Павлович Визгин проследява еволюцията на тази идея сред античните философи - Аврелий Августин, Николай Кузански, Джордано Бруно, Бернар Льо Бовие де Фонтенел. В края на ХІХ - началото на 20 век в тази поредица се появяват и руски мислители - Николай Федоров със своята „Философия на обща кауза“, Даниил Андреев с „Розата на света“, Велимир Хлебников в „Съвети на съдбата“и Константин Циолковски, чиито идеи са все още много проучени. …
20-ти век в науката е, разбира се, „епохата на физиката“. И физиката не би могла да премине безмълвно основния идеологически въпрос: живеем ли в една единствена вселена или има много вселени - светове, подобни на нашия или различни от нея?
През 1957 г. сред многото философски разновидности на идеята за много светове се появяват първите строго физически. Списанието "Рецензии на съвременната физика" (1957, кн. 29, № 3, стр. 454 - 462) публикува статия на Хю Еверет III "Относително състояние" Формулиране на квантовата механика ") и възникна нова посока в науката: еверетика, учението за физичността на много светове. На руски език терминът е образуван от името на автора на основната физическа идея; на Запад говорят по-често за „тълкуването на много светове“на квантовата механика.
Защо днес тези идеи се обсъждат не само от физиците и защо целият диапазон от оценки и емоции звучи по адреса на Еверет - от „гениален физик“до „абстрактен мечтател“?
Еверет предположи, че Вселената на Коперник е само една от вселените, а основата на Вселената са физическите много светове.
От гледна точка на най-общата космологична теория за хаотична инфлация, разработена от много известни физици, Вселената е представена като мултиленс, „дърво на клоните“, всяко от които има свои „правила на играта“- физически закони. И всеки клон на мултивселената има свои „играчи“- елементи от природата, много различни от нашите частици, атоми, планети и звезди. Те си взаимодействат, за да създадат "пространства и времена", специфични за всеки клон. Следователно, повечето от клоните на мултивселената са абсолютни Terra incognita за нашето възприятие и разбиране. Но има и такива сред тях, условията, при които са благоприятни за появата на Разума от нашия тип. Ние живеем в една от тези вселени.
Промоционално видео:
До неотдавна физиците, изучаващи „правилата на играта“в нашия клон на мултивселената, обръщаха внимание на всичко - от силното взаимодействие в най-малките частици от материята до гравитацията, която контролира метагалактиките - с изключение на съзнанието - това явление на реалността, което определя спецификата на нашата Вселена.
Всъщност табу в теоретичната физика, съзнанието се изучава от науки, „граничещи“с хуманитарните науки - психология, психиатрия, социология и др. В същото време съзнанието не се отличава ясно от сложния умствен комплекс - триадата на съзнанието, разума, интелекта.
И в пионерната статия на Еверет съзнанието на наблюдателя първо получи статуса на "физически параметър". И това е втората основа, на която се разви еверетиката.
От еверетична гледна точка „възприеманата реалност“е съвкупност от класически реализации на физически светове (CFM) и интелигентно реализирани светове, изградени на тяхна основа, отразяващи взаимодействието на Наблюдателя с единствената квантова реалност на нашата Вселена. Този набор, по предложение на водещия изследовател от Физическия институт на Лебедев, доктор на физико-математическите науки, проф. Михаил Борисович Менски, беше обявен за "алтерверс".
Същността на еверетичното тълкуване на събитията в нашия клон на мултивселената се свежда до факта, че нито един от възможните резултати от квантовото взаимодействие на Наблюдателя и Обекта не е нереализиран, но всеки от тях е реализиран в своя QPM („паралелна вселена“, както често се нарича в популярната литература).
Разклоняването на CFMM поражда "свързаното състояние" на Еверет - взаимодействащото единство на Наблюдателя и Обекта. Според концепцията на Еверет, квантово-механичното взаимодействие на Обекта и Наблюдателя води до формирането на набор от различни светове, а броят на клоните е равен на броя на физически възможните резултати от това взаимодействие. И всички тези светове са истински.
Въз основа на такава физическа основа, наречена днес Оксфордското тълкуване на квантовата механика, Евереттика обобщава постулата на Еверет към общия случай на всяко взаимодействие. Това твърдение е еквивалентно на това, което се разпознава като истинска физическа многоизмерност, която включва съзнанието като неразделен елемент.
Оксфордската интерпретация на квантовата механика днес се насърчава от физиците, чийто авторитет в света на съвременната физика е безспорен, но безусловните авторитети (например Роджър Пенроуз) също се противопоставят. Техните контрааргументи не опровергават физическата коректност на конструкциите на Еверет (математическото му съвършенство е многократно проверявано от специалисти от най-висок клас), а се отнасят до самата област, от която досега квантовата механика се избягва от признаването на физичността - ролята на психичното във Вселената. Основната причина за отказ да приеме идеите на Еверет е твърдението, че тези идеи са „експериментално недоказани“. Всъщност: не може сериозно да се обсъжда теория, която по принцип е невъзможно да се докаже или опровергае при експеримент или чрез наблюдение. Убеждаващата сила на еверетизма не е достатъчна за общото приемане на еверетиците.
Това обаче не дискредитира еверетиците, тъй като е невъзможно да се докаже нещо „на всички и завинаги“, дори само защото преди да се изисква доказателство, трябва да има чувство на съмнение относно валидността на обсъжданото изявление. И в процеса на усвояване на смисъла на предмета на доказване възниква съмнение, което изисква разход на духовни сили, а не всички и не винаги са готови за това.
Ето как Херман фон Хелмхолц (1821-1894), един от последните универсални учени в историята на науката, който се занимавал с изследвания, свързващи медицина, физика и химия, определи тази ситуация: „Авторът на нова концепция по правило е убеден, че е по-лесно да се открие нова истина, т.е. отколкото да разберем защо другите не го разбират. Такъв беше случаят през 19-ти век, а той остава същият и през 21-ви век.
Everettica разшири гамата от основни идеи за описание на физическия много-свят. Нека отбележим две от тях. Първият е, че съзнанието на наблюдателя е разпознато като фактор, разделящ различни физически светове, според Менски. Втората идея, предложена от автора на тази статия, е наличието на взаимодействие на клоните на алтерверса в процесите на така нареченото еверетично залепване.
Лепилата са процесите на взаимодействие между клоните на алтерверса и проявление на техните резултати в нашата реалност. Те могат да бъдат както материали от различни форми - от на пръв поглед странния резултат от взаимодействието на два фотона по време на интерференция към „внезапно намерени“очила, и ментални - от „пророчески сънища“, например, до реификацията на „мистериозни артефакти“.
Обхватът на залепващите везни обхваща всички „царства на физиката“- микровъл, макросвет и мегасвет. И осъзнаването, че залепването на различни люспи служи като механизъм, който противодейства на "чудовищния растеж на броя на клоните на алтерверса", също премахва онези възражения срещу еверетиците, които се основават на емоционално отхвърляне на огромния брой клони.
Според науката на науката всяко научно твърдение, първо, трябва да бъде доказано (критерий за проверка), и второ, всяко научно твърдение може да бъде опровергано (критерий за фалшификация).
"Решаващият експеримент" в науката се счита за експеримент, според резултатите от който човек може недвусмислено да избира между конкуриращи се теории, които обясняват определен набор от факти по различни начини.
В същото време не бива да се мисли, че такъв избор води до истината. Истина - дори в разбирането на истината, на която се придържа научната парадигма днес - може да се окаже определена „трета теория“, за която този експеримент няма смисъл.
Оттук можем да заключим, че понятието за "решителен експеримент", подобно на концепцията за истината като цяло, не означава, че нейното провеждане ще изключи спорове, съмнения, колебания и дори решаващо доказателство за истината чрез този експеримент.
Еверетиците по същество са мирогледен комплекс. Експерименталното му поле тъкмо се формира (но активно се формира и еверетиците вече имат предложения за създаване на експерименти за проверка), но сега е трудно да се предвиди точката, в която усилията на изследователите ще доведат до "решаващ успех". Ясно е само едно - в решителния експеримент на еверетиците трябва да присъства "съзнателен елемент".
Друго нещо е конкретната физическа страна на еверетиците. Противниците на „концепцията за много светове“смятат, че теорията на Еверет не отговаря на критерия за проверка и следователно не може да бъде призната като истинска природонаучна теория. Максимумът, по който противниците на еверетизма се съгласяват, е присвояването на статута на „философска концепция“.
Но въпреки рязкото отричане на самата идея за много светове от много физици от средното и по-старото поколение, тя привлече интереса на млади, но опитни и квалифицирани експериментатори, които искаха да я изпробват.
През 1994 г. международна група физици, ръководена от П. Квят, извърши експеримент, който се предлага да се счита за експеримент за проверка на физическия еверетизъм *.
Самата идея на експеримента, основана на предположението за физическата реалност на „паралелни светове“, е предложена от израелските физици А. Елицур и Л. Вайдман през 1993 г. **.
Тези експерименти се наричат "измервания без взаимодействие". Те демонстрираха физическата реалност на решаването на парадоксален проблем, който авторите нарочно изостриха, формулирайки го под формата на научно-детективен проблем за "тестване на особено чувствителни бомби".
Да предположим, че терористите са завзели склад, в който се съхраняват "супербомби", детонаторът на който е достатъчно чувствителен, за да бъде задействан от взаимодействие с един фотон. Някои от предпазителите бяха повредени по време на улавянето. Задачата е да се оцени възможността да се намерят, използвайки оптични методи с абсолютна гаранция, най-малко няколко експлоатирани бомби сред целия набор от бомби. Въпросът, отговорът на който е жизненоважен за терористите, както и за специалните сили, които ги заобикаляха, и за населението на близките градове …
Този условен проблем трябва да показва възможността за квантови взаимодействия, при които самото събитие на взаимодействие не се наблюдава в нашия клон на алтерверса, но се наблюдават други наблюдавани събития „тук и сега“.
Ако този проблем бъде успешно решен, дилемата на светоусещането се свежда до факта, че от гледна точка на копенхагенската интерпретация на квантовата механика „обективната възможност за експлозия“не се е материализирала в реалността и от гледна точка на Оксфорд, бомбата пак ще избухне, но в „паралелен свят“.
По-късно областта на експерименталната физика, която се развива от решението на този проблем, е кръстена с рускоезичната абревиатура BIEV (Безконтактни измервания на Elitsur-Weidmann). Тя съответства на английския EVIFM (Elitzur-Vaidman Interaction-Free Measurement).
Парадоксът на проблема на А. Елицур и Л. Вайдман се състои в това, че изборът трябва да бъде направен оптически, а детонаторът на обслужваща се бомба е толкова чувствителен, че се задейства чрез взаимодействие с един фотон, който удря сензорния си елемент. Разбира се, в истински експеримент вместо „свръхчувствителна бомба“беше използван обикновен сензор, сигналът от който отиде не на детонатора на бомбата, а на записващо физическо устройство. Проблемните условия са илюстрирани на фиг. 1а.
И неговото решение, предложено от Elitzur и Weidman, може да бъде получено с помощта на инсталацията, диаграмата на която е показана на фиг. 1b.
Същността на решаващия експеримент е, че в интерферометъра Mach-Zehnder е поставена "тестова бомба" като едно от огледалата (фиг. 1б). Според прогнозите на Elitzur и Weidmann, в 25% от случаите, когато бомбата е "оперативна", детектор B се задейства и не се появява "експлозия".
Самият факт, че детектор Б се е задействал без експлозия, служи като достатъчна основа, за да се твърди, че бомбата е действаща.
За да проверите това, помислете за много световната интерпретация на работата на интерферометър без бомба и при решаването на проблема Елицур-Вайдман.
На фиг. 2 е показана диаграма на алтерверсните клони, когато един интерванметър преминава през интерферометъра без бомба.
В резултат на преминаването на квант през интерферометър с рамена на рамото винаги се задейства детектор А. От гледна точка на много светове това се обяснява по следния начин.
С еднаква вероятност от 50%, след като квантът е допуснат в интерферометъра, се образуват алтерверси 1 и 2. Те се различават по посоката на движение на кванта след взаимодействието му с първото полупрозрачно огледало. В алтерверс 1 квантът отива надясно, а в алтерверс 2 - нагоре.
Освен това отражението се случва върху непрозрачни огледала и алтерверс 1 се трансформира в алтерверс 3, а алтерверс 2 - в алтерверс 4.
Alterverse 3 с вероятност 50% генерира alterverse 5 и 6, които се различават по това, кой детектор (B или A, съответно) улавя кванта на изхода на интерферометъра.
Alterverse 4 (също с 50% вероятност) генерира alterverse 7 и 8, които се различават по това, кой детектор (B или A, съответно) фиксира кванта на изхода на интерферометъра.
Особен интерес представляват промените 6 и 7. Те образуват залепване, при което физическите конфигурации и на двете алтерверси са абсолютно идентични. Разликата между тях се състои в историята на техния произход, тоест в разликата в пътищата, по които е стигнал квантът.
Традиционният квантов механичен формализъм описва в този случай квантът като вълна и предсказва появата на "разрушителна намеса" на разделените вълнови функции на квант с нулева вероятност да го открие в това състояние.
Значението на описанието е следното. Фотон (единичен!) Под формата на вълна се разделя на първото огледало и след това преминава през интерферометъра под формата на две полувълни („функции на разделителната вълна“), като остава единствената частица! Как успява и какво е „фотонна полувълна“, копенхагенската интерпретация е безмълвна. На изхода полувълните се намесват и отново се комбинират в „пълноправен фотон“и се оказва, че може да се движи само вдясно.
Интерпретацията на много светове изхожда от корпускулярното описание на кванта и показва, че при това залепване, поради закона за запазване на импулса, общият импулс, предаван на огледалото от други 6 и 7, трябва да бъде равен на нула. В този случай импулсът на квантите също трябва да стане нула, което е невъзможно в нашия клон на мултивселената и следователно такова залепване не може да се реализира във всеки клон на QPSK. Всъщност, според интерпретацията от Оксфорд, не всички са реализирани, а само физически възможни резултати от взаимодействие.
От това следва, че в тази схема, когато един фотон премине, е възможно да се реализират само промените 5 и 8. Който и от тях да стане „нашата” средна, ще открием, че детектор А се е задействал с вероятност 100%.
Нека сега разгледаме много световната интерпретация на проблема на Елицур-Вайдман.
На фиг. 3 е показана диаграма на разклоняването на алтерверсите в експеримент, демонстриращ възможността за решаване на проблема на Елицур-Вайдман.
Конфигурацията на елементите, съставляващи алтерверса на фиг. 3 се различава от конфигурацията на елементите от фиг. 2 от факта, че бомба със свръхчувствителен предпазител е свързана с непрозрачното огледало в долния десен ъгъл на фигурата, което се задейства от единичен контакт с квантова светлина.
Както в класическия квантов интерферометър, алтерверсите 1 и 2 се формират с еднаква вероятност от 50% след влизането на кванта в модифицирания интерферометър и се различават по посоката на квантовото движение след взаимодействието му с първото полупрозрачно огледало. В алтерверс 1 квантът отива вдясно, а в алтерверс
2 - нагоре.
В резултат на това бомба детонира в алтерверс 1. Това обаче не означава края на експеримента в алверсия 1. Квантът се движи със скоростта на светлината и вторичните кванти, генерирани от експлозията (и още повече от взривната вълна), винаги изостават зад нея. Следователно, можем да продължим да проследяваме съдбата на квантите в тази алтерверса дори след експлозията на бомбата, без да обръщаме внимание на катастрофалните последици, които ще разрушат инсталацията в алтерверс 1 миг след приключването на нашия мисловен експеримент.
Освен това отражението се случва върху непрозрачни огледала и алтерверс 1 се трансформира в алтерверс 3, а алтерверс 2 - в алтерверс 4.
Alterverse 3 с вероятност 50% генерира alterverse 5 и 6, които се различават по това, кой детектор (B или A, съответно) улавя кванта на изхода на интерферометъра. Резултатите от това фиксиране обаче са напълно безполезни - инсталацията и в двата алтерверса е унищожена от експлозията.
Alterverse 4 (също с 50% вероятност) генерира alterverse 7 и 8, които също се различават по това, че детектор (B или A, съответно) фиксира кванта на изхода на интерферометъра.
Alterverse 8 не представлява интерес, тъй като задействането на детектор А в него не се различава от задействането на детектора в разглеждания по-рано случай на смущение без предпазител и следователно не може да даде информация за това дали предпазителят работи правилно.
Интерес представлява Алтерверс 7. В него се задейства детектор Б., което не би могло да се случи, ако в интерферометъра нямаше експлоатационна бомба. В същото време квантът не докосва предпазителя и бомбата не избухва! Такъв резултат стана възможен, тъй като залепването е невъзможно между алтернатори 6 и 7 - физическите им конфигурации са напълно различни. (В "паралелен свят", който може да осигури "разрушителна намеса", експлозия на бомба унищожи огледалото, необходимо за залепване.)
В резултат от четири алтерверса ще постигнем успешен резултат за целите на експеримента само в един, тоест с вероятност от 25%, каквото показаха експериментите. Днес, след подобрения в методите на BIEV, беше възможно да се увеличи делът на успешното откриване на обекти чрез безконтактен метод от 25 на 88%.
От гореизложеното става ясно каква роля играе концепцията за залепване, въведена в еверетиците, за да обясни феномена на намесата.
Какво дава на човечеството новата „физическа технология“, предвидена въз основа на работата на Еверет? Ето как авторите на откритието - P. Kvyat, H. Weinfurter и A. Zeilinger - виждат перспективите за самите BIEV в доклад за него в Scientific American:
„Каква полза е цялата тази квантова магия? Струва ни се, че тази ситуация прилича на тази, която беше в първите дни на лазера, когато учените знаеха, че ще бъде идеалното решение на много неизвестни проблеми.
Например, новият метод за безконтактни измервания може да се използва като доста необичаен инструмент за фотография. С този метод обектът се изобразява, без да се излага на светлина … Представете си, че можете да направите рентген на някой, без да излагате този човек на рентгенови лъчи. Подобни техники за изобразяване ще бъдат по-малко рискови за пациентите, отколкото използването на някаква радиация …
Област на по-бързо приложение ще бъде изображението на облаци от ултра студени атоми, получени наскоро в няколко лаборатории - кондензати на Бозе-Айнщайн, в които много атоми действат като цяло. В този облак всеки атом е толкова студен, тоест се движи толкова бавно, че един фотон може да премахне атом от облака. Отначало изглежда, че няма начин да се получи изображение, без да се унищожи облакът. Безконтактните техники за измерване може да са единственият начин за получаване на изображения на такива атомни колективи.
В допълнение към изобразяването на квантови обекти, безконтактните процедури също могат да създават определени видове такива обекти. Например технически е възможно да се създаде „котка на Шрьодингер“, това любимо теоретично цяло в квантовата механика. Квантово създание от котешкото семейство е създадено така, че то съществува в две състояния наведнъж: едновременно е живо и мъртво, като е суперпозиция на тези две състояния … Персоналът на Националния институт за стандарти и технологии успя да създаде своя предварителен облик - „коте“от йон на берилий. Те използваха комбинация от лазери и електромагнитни полета, за да направят едновременно съществуващ йон на две места, разделени от разстояние 83 нанометра - огромно разстояние в квантова скала. Ако такъв йон се намери чрез безконтактни измервания,фотонът, който го открие, също може да има суперпозиция …
Далеч извън границите на обикновения експеримент, концепцията за безконтактно измерване изглежда странна, ако не дори безсмислена. Ключовите идеи за това изкуство на квантовата магия, вълновите и корпускуларните свойства на светлината и естеството на квантовите измервания са известни от 1930 г. Но едва наскоро физиците започнаха да прилагат тези идеи, за да открият нови явления в процеса на квантовата информация, включително способността да виждаме в тъмнината “.
Но в резултат на този стряскащ успех на физическия еверетизъм се появи нов парадокс. Той се състои във факта, че авторите на такъв убедителен експеримент не вярват, че техният експеримент е доказал валидността на теорията на Еверет!
Подобен парадокс обаче не е нов във физиката. До края на дните си и Макс Планк, и Алберт Айнщайн не вярваха в истинността на квантовата механика, която също възникна в резултат на техните произведения (въвеждането на квантоване на радиацията и квантовото обяснение на фотоефекта), смятайки го за много полезна, но временна математическа конструкция.
Що се отнася до еверетиката като нов философски мироглед, нейното разпознаване може да се свърже с появата на нови хуманитарни науки като история на еверет и еверет психология, контурите на които са посочени само в творбите на ентусиазирани изследователи и нахални писатели на научна фантастика.
Ярък пример е историята на Павел Амнуел „Спомням си как убих Джош“. Кои от бъдещите постижения на „хуманитарната еверетика“могат да се видят в тази история днес? Нека се опитаме да изолираме семената на научната прогноза от художественото цяло.
На първо място, в тази кратка ежедневна история се преосмисля хода и значението на световната история. Един от любимите изрази на известния историк Натан Яковлевич Айделман беше: „Случаят е ненадежден, но щедър“. Но според мен самият Айделман не подозираше колко щедър е случаят или, на езика на физиката, вероятността, в методологията на любимата му наука.
Натан Якович, както „в тесен кръг“, така и в препълнена аудитория, често говори за своите „случайни“открития на нови исторически факти. Но припомняйки някаква неочаквана находка в архивите на важен документ сред документи, които бяха многократно преглеждани от други изследователи, той, разбира се, не осъзнаваше, че основна закономерност на квантовата механика може да се появи в ролята на щастлива злополука.
Слушайки неговите вълнуващи истории, аз също не знаех за това. И само много по-късно, имайки предвид еверетичното тълкуване на времето, видях, че еверетното разклоняване на реалността трябва да се прояви не само при движение в бъдещето, но и при връщане към миналото. Не само бъдещите клонове, но и миналото!
Това твърдение променя картината на светогледа много по-силно, отколкото изявлението за разклоняване в бъдещето. И не само идеологическото „като цяло“, но и специфичните исторически, етични, юридически и, разбира се, психологически …
Това се разбира добре от Амнуел, който вярва, че с еверетен поглед върху реалността „цялата историческа парадигма се променя - от„ … историята не познава подчинителното настроение “до„ няма нищо в историята, освен подчинителното настроение “.
Но историята е абстрактно понятие. Известният американски философ и поет Ралф Уолдо Емерсън фино отбеляза това: „Строго казано, няма история; има само биография “. И всяка история започва с разказ за нея, с интерпретация на събитията чрез чувствата и паметта на разказвача. Пълноценното възприемане на смисъла на това тълкуване е предмет на психологията на everett.
Разбира се, в историята на Амнуел цялата тази „скрита архитектура на реалността“, както би трябвало да бъде в добро литературно произведение, не се вижда от читателя. На преден план са хората, техните чувства и преживявания, свързани с завладяващ сюжет.
Но добрата литература винаги е многопластова. И колкото по-добра е литературата, толкова по-значителен е „послелечебният ефект“- разкриването на многопластовото произведение в резултат на духовната работа на читателя.
Дори в "преди Еверетско време" концепцията за разклоняване се предвиждаше от Хорхе Луис Борхес и то не само към бъдещето ("Градината на разклонителни пътеки"), но отчасти и към миналото ("Поредната смърт").
Днес еверетиката въвежда съзнанието и разума във физиката на равни начала с пространството и времето. Историята на Амнуел е „класическа“научна фантастика, в която мощна и ползотворна научна идея стои зад обратите на криминален заговор.
… И така, истински ли е еверетичните много светове? Или е теоретичен фантом? Решете сами или повярвайте на Михаил Булгаков: „Все пак всички теории са една за друга. Има един сред тях, според който всеки ще бъде даден според своята вяра. Нека се сбъдне!"