Многомировая интерпретация Эверетта¶

Многомировая интерпретация Эверетта — это одна из интерпретаций квантовой механики, согласно которой все возможные исходы квантовых измерений реализуются одновременно в различных, невзаимодействующих друг с другом ветвях реальности, образующих мультивселенную. В отличие от копенгагенской интерпретации, предполагающей коллапс волновой функции, многомировая интерпретация (ММИ) постулирует, что волновая функция никогда не коллапсирует, а лишь расщепляется на множество параллельных вселенных. Предложена американским физиком Хью Эвереттом III в 1957 году.

¶История

¶Предпосылки и создание

В середине XX века копенгагенская интерпретация, разработанная Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом, оставалась доминирующей в квантовой механике. Однако она сталкивалась с рядом философских проблем, в частности с проблемой измерения: неясно было, где проходит граница между квантовым объектом и классическим измерительным прибором, и почему происходит коллапс волновой функции. Хью Эверетт, будучи аспирантом Принстонского университета под руководством Джона Уилера, предложил альтернативу, устраняющую необходимость в коллапсе.

В 1957 году Эверетт опубликовал статью «Формулировка квантовой механики через относительные состояния» (англ. «Relative State Formulation of Quantum Mechanics»). В ней он показал, что если рассматривать наблюдателя как часть квантовой системы, то волновая функция всей системы остаётся единой и неколлапсирующей, а наблюдатель регистрирует лишь одно из возможных состояний, которое оказывается «относительным» по отношению к его собственному состоянию. Уилер, первоначально поддержавший идею, позже дистанцировался от неё из-за критики со стороны физического сообщества.

¶Развитие и популяризация

Изначально работа Эверетта не получила широкого признания. В 1960-е и 1970-е годы интерпретация развивалась в основном в трудах Брайса Девитта, который ввёл термин «многомировая интерпретация» и популяризировал её в статье «Квантовая механика и реальность» (1970). Девитт утверждал, что ММИ является единственным последовательным способом избежать парадоксов квантовой механики, таких как «кот Шрёдингера». В 1980-е годы Дэвид Дойч, один из основоположников квантовых вычислений, активно защищал ММИ, связывая её с возможностью квантового параллелизма. В 1990-е годы и позже интерес к ММИ возрос благодаря работам Макса Тегмарка, Дэвида Уоллеса и других физиков, которые разработали математические основы и философские обоснования этой интерпретации.

¶Основные положения

¶Отсутствие коллапса волновой функции

В стандартной квантовой механике измерение приводит к редукции волновой функции — выбору одного из возможных состояний. В ММИ волновая функция всей Вселенной (или любой замкнутой системы) эволюционирует детерминистически в соответствии с уравнением Шрёдингера. Когда происходит измерение, система не выбирает одно состояние, а расщепляется на суперпозицию, где каждое возможное состояние реализуется в отдельной «ветви» реальности.

¶Относительные состояния

Концепция «относительного состояния» означает, что состояние наблюдателя коррелирует с состоянием измеряемой системы. Например, если измеряется спин электрона, наблюдатель, зафиксировавший спин «вверх», существует в одной ветви, а наблюдатель, зафиксировавший спин «вниз» — в другой. Обе ветви одинаково реальны, но не взаимодействуют друг с другом.

¶Мультивселенная

Совокупность всех ветвей образует мультивселенную — бесконечное множество параллельных вселенных, каждая из которых соответствует одному из возможных исходов всех квантовых событий. Эти вселенные не пересекаются и не влияют друг на друга, хотя некоторые интерпретации допускают слабые взаимодействия (например, в квантовой гравитации).

¶Математическая основа

¶Уравнение Шрёдингера и унитарная эволюция

ММИ опирается на унитарность квантовой механики: эволюция замкнутой системы описывается унитарным оператором, сохраняющим норму волновой функции. В ММИ это означает, что волновая функция не теряет информацию, а лишь перераспределяется между ветвями. Математически это выражается в том, что гильбертово пространство состояний разбивается на подпространства, соответствующие различным исходам.

¶Декогеренция

Ключевым механизмом, объясняющим, почему ветви не интерферируют друг с другом, является квантовая декогеренция. Взаимодействие системы с окружающей средой приводит к тому, что квантовая когерентность между различными ветвями теряется, и они становятся практически независимыми. Декогеренция делает ММИ эмпирически эквивалентной копенгагенской интерпретации для макроскопических объектов, но не решает проблемы выбора конкретной ветви.

¶Критика и контраргументы

¶Философские возражения

Основная критика ММИ связана с её онтологической избыточностью: постулирование бесконечного числа ненаблюдаемых миров противоречит принципу бритвы Оккама. Критики, такие как Роджер Пенроуз, утверждают, что ММИ не даёт объяснения, почему мы воспринимаем именно одну ветвь, а не все одновременно. Сторонники ММИ отвечают, что восприятие всех ветвей невозможно из-за декогеренции, а «избыточность» является следствием математической структуры квантовой теории.

¶Проблема вероятностей

В копенгагенской интерпретации вероятности появления того или иного исхода задаются правилом Борна. В ММИ, где все исходы реализуются, возникает вопрос: как интерпретировать вероятности, если каждый исход происходит с достоверностью? Разработаны различные подходы, включая теорию принятия решений (Дойч, Уоллес) и концепцию «самолокации» (Тегмарк), но консенсус отсутствует.

¶Эмпирическая проверяемость

ММИ не даёт предсказаний, отличных от стандартной квантовой механики, для любых экспериментов, проводимых в одной ветви. Это делает её нефальсифицируемой в попперовском смысле. Однако некоторые гипотезы, такие как существование «квантового самоубийства» или эффектов в квантовой гравитации, теоретически могут быть проверены, но пока не реализованы.

¶Применение и значение

¶Квантовые вычисления

ММИ служит удобной интерпретацией для квантовых вычислений: параллельная обработка информации объясняется тем, что квантовый компьютер одновременно выполняет вычисления во множестве ветвей. Дэвид Дойч использовал ММИ для обоснования квантового параллелизма, хотя существуют и другие интерпретации.

¶Космология

В квантовой космологии ММИ применяется для описания Вселенной как единой квантовой системы без внешнего наблюдателя. Это позволяет избежать проблемы коллапса волновой функции для всей Вселенной. Концепция «многомировой» используется в некоторых моделях инфляционной космологии (например, в теории вечной инфляции).

¶Философия

ММИ оказала влияние на философию науки, особенно на дискуссии о реализме, детерминизме и природе реальности. Она поддерживает онтологический плюрализм и вызывает споры о соотношении математики и физики.

¶Интересные факты

• Сам Эверетт после защиты диссертации оставил академическую физику и работал в оборонной промышленности, занимаясь анализом ядерных угроз.
• Термин «многомировая интерпретация» ввёл Брайс Девитт, хотя сам Эверетт предпочитал название «интерпретация через относительные состояния».
• В научно-фантастической литературе (например, в романах Грега Игана) ММИ часто используется для обоснования параллельных миров и путешествий между ними.

¶Источники

• Everett, H. (1957). «Relative State Formulation of Quantum Mechanics». Reviews of Modern Physics.
• DeWitt, B. (1970). «Quantum Mechanics and Reality». Physics Today.
• Wallace, D. (2012). «The Emergent Multiverse: Quantum Theory according to the Everett Interpretation». Oxford University Press.
• Tegmark, M. (2003). «Parallel Universes». Scientific American.
• Дойч, Д. (1997). «Структура реальности». R&C Dynamics.