Текст книги "Структура реальности. Наука параллельных вселенных"

Хорошо, но если фотоны не расщепляются на фрагменты и не меняют траекторию под действием других фотонов, то что же их отклоняет? Когда через прибор проходит по одному фотону за раз, что проникает через другие щели, создавая ему помехи?

Подведем итог. Мы обнаружили, что, когда один фотон проходит через наш прибор:

• он проходит через одну из щелей, а затем что-то воздействует на него, заставляя отклониться от своей траектории, и это отклонение зависит от того, какие еще щели открыты;

• воздействующие агенты прошли через какие-то из оставшихся щелей;

• воздействующие агенты ведут себя в точности так же, как фотоны…

• …но их невозможно увидеть.

С этого момента я буду называть воздействующие объекты «фотонами». Именно фотонами они и являются, хотя в данный момент кажется, что существует два вида фотонов, один из которых я временно назову реальными фотонами, а другой – теневыми фотонами. Первые мы можем увидеть или обнаружить с помощью приборов, тогда как вторые – неосязаемы (невидимы): их можно обнаружить только косвенно по их воздействию на видимые фотоны. (Далее мы увидим, что между реальными и теневыми фотонами нет особой разницы: каждый фотон осязаем в одной вселенной и не осязаем во всех остальных, параллельных вселенных – но я забегаю вперед.) Пока мы пришли только к тому, что каждый реальный фотон сопровождают фотоны свиты, или теневые фотоны, и что при прохождении фотона через одну из четырех щелей некоторые теневые фотоны проходят через три оставшиеся. Поскольку возникают разные интерференционные картины, если мы прорезаем щели в других местах экрана, но все еще в пределах луча, теневые фотоны должны попадать на всю освещенную часть экрана, когда на него попадает реальный фотон. Следовательно, теневых фотонов гораздо больше, чем реальных. Сколько же их? Эксперименты не могут ограничить это число сверху, но дают приблизительную нижнюю границу. Максимальная площадь, которую мы можем легко осветить с помощью лазера в лаборатории, составляет около одного квадратного метра, а минимальный достижимый размер отверстий может быть около 0,001 мм. Таким образом, существует около 1012 (одного триллиона) возможных положений отверстий на экране. Следовательно, каждый реальный фотон должен сопровождаться по крайней мере триллионом теневых.

Таким образом, мы пришли к выводу о существовании бурлящего, непомерно сложного скрытого мира теневых фотонов. Они летят со скоростью света, отражаются от зеркал, преломляются линзами и останавливаются, встретив светонепроницаемые барьеры или фильтры неподходящего цвета. Однако они не оказывают никакого воздействия даже на самые чувствительные детекторы. Единственная вещь во вселенной, по воздействию на которую можно наблюдать теневой фотон, – это сопровождаемый им реальный фотон. Это явление называется интерференцией. Если бы не это явление и не странные картины теней, по которым мы его обнаруживаем, теневые фотоны были бы абсолютно незаметными.

Интерференция свойственна не только фотонам. Квантовая теория предсказывает, а эксперимент подтверждает, что ей подвержены любые частицы. Так что каждый реальный нейтрон должны сопровождать войска теневых нейтронов, каждый электрон – войска теневых электронов и т. д. Каждую из этих теневых частиц можно обнаружить лишь косвенно по ее воздействию на движение реального партнера.

Отсюда вытекает, что реальность гораздо обширнее, чем кажется, и большая ее часть невидима. Те объекты и события, которые мы и наши приборы можем наблюдать непосредственно, – не более чем вершина айсберга.

Реальные частицы обладают свойством, которое дает нам право называть их совокупность вселенной. Это определяющее свойство заключается просто в их реальности, то есть во взаимодействии друг с другом и, следовательно, в том, что их можно непосредственно обнаружить с помощью приборов и органов чувств, созданных из других реальных частиц. Из-за явления интерференции они не отделены полностью от остальной реальности (то есть от теневых частиц). В противном случае мы бы никогда не узнали, что реальность – это нечто большее, чем реальные частицы. Но с хорошей степенью приближения они напоминают Вселенную, которую мы видим вокруг ежедневно, и ту Вселенную, на которую ссылается классическая (доквантовая) физика.

По сходным причинам можно было бы предложить назвать совокупность теневых частиц параллельной вселенной, ибо теневые частицы также испытывают воздействие реальных частиц только через явление интерференции. Но мы можем сделать еще лучше. Оказывается, теневые частицы отделены друг от друга точно так же, как отделяется от них вселенная реальных частиц. Другими словами, они образуют не единственную однородную параллельную вселенную, намного превосходящую реальную, а огромное количество параллельных вселенных, каждая из которых по составу похожа на реальную и подчиняется тем же законам физики, но отличается тем, что в каждой из них частицы находятся в других положениях.

Нужно сделать замечание относительно терминологии. Слово «вселенная» традиционно использовали для обозначения «всей физической реальности». В этом смысле может существовать не более одной вселенной. Мы можем и далее придерживаться этого определения и утверждать, что то, что мы привыкли называть нашей Вселенной, а именно: все непосредственно ощутимое вещество и энергия вокруг нас, и все окружающее нас пространство – далеко не вся вселенная, а лишь небольшая ее часть. В этом случае нам пришлось бы придумать новое название для этой маленькой реальной части. Но большинство физиков предпочитает продолжать пользоваться словом «вселенная» для обозначения того, что оно всегда обозначало, несмотря на то что сейчас эта сущность оказывается лишь маленькой частью физической реальности. Для обозначения физической реальности в целом было придумано новое слово – мультивселенная, или мультиверс.

Опыты с интерференцией одной частицы, подобные описанным мной, показывают, что мультиверс существует и содержит множество партнеров каждой частицы реальной вселенной. Чтобы прийти к следующему выводу о разделении мультиверса на параллельные вселенные, следует рассмотреть явление интерференции более чем одной реальной частицы. Самый простой способ осуществить это – спросить посредством «мысленного эксперимента», что должно происходить на микроскопическом уровне, когда теневые фотоны встречают непрозрачный объект. Безусловно, они останавливаются: мы знаем это, поскольку интерференция прекращается, когда на пути теневых фотонов появляется светонепроницаемая перегородка. Но почему? Что их останавливает? Мы можем исключить прямолинейный ответ, что реальные атомы перегородки поглощают их так же, как поглотили бы реальные фотоны. Во-первых, нам известно, что теневые фотоны не взаимодействуют с реальными атомами. Во-вторых, мы можем проверить, измерив атомы перегородки (или точнее, заменив перегородку детектором), что они не поглощают энергию и никоим образом не изменяют свое состояние, пока не встретят реальный фотон. Теневые фотоны не оказывают на них никакого влияния.

Другими словами, перегородка одинаково воздействует как на реальные, так и на теневые фотоны, но на нее эти два вида фотонов воздействуют по-разному. В действительности, насколько нам известно, теневые фотоны вообще не оказывают на нее никакого воздействия. На самом деле это и является определяющим свойством теневых фотонов, потому что если бы они оказывали видимое воздействие хоть на какой-то материал, то этот материал можно было бы использовать как детектор теневых фотонов, а само явление теней и интерференции не существовало бы в том виде, в каком я его описал.

Следовательно, в месте существования реальной перегородки находится и теневой барьер некоторого вида. Без особых усилий можно сделать вывод, что эта теневая перегородка состоит из теневых атомов, которые, как нам уже известно, должны присутствовать как партнеры реальных атомов перегородки. У каждого реального атома существует множество таких партнеров. Действительно, общая плотность теневых атомов даже в слабом тумане была бы более чем достаточна, чтобы остановить танк, что уж говорить об одном фотоне, если бы эти атомы могли воздействовать на него. Поскольку мы обнаружили, что частично прозрачные перегородки имеют равную степень светопроницаемости как для реальных, так и для теневых фотонов, значит, не все теневые атомы на пути определенного теневого фотона могут помешать его движению. Каждый теневой фотон встречает перегородку, во многом подобную той, которую встречает его реальный партнер, – перегородку, состоящую лишь из небольшой доли существующих теневых атомов.

По той же причине каждый теневой атом в перегородке может взаимодействовать лишь с небольшой долей других теневых атомов, находящихся около него, и те, с которыми он взаимодействует, образуют перегородку, весьма похожую на реальную. И так далее. Всё вещество и все физические процессы имеют такую структуру. Если реальным барьером является сетчатка глаза лягушки, значит, должно быть много теневых сетчаток, каждая из которых способна остановить только одного теневого партнера каждого фотона. Каждая теневая сетчатка сильно взаимодействует только с соответствующими теневыми фотонами, с соответствующей теневой лягушкой и т. д. Другими словами, частицы группируются в параллельные вселенные. Они «параллельны» в том смысле, что в пределах каждой вселенной частицы взаимодействуют друг с другом так же, как в реальной вселенной, но воздействие, оказываемое каждой вселенной на остальные, весьма слабое, и реализуется оно через явление интерференции.

Таким образом, мы построили цепочку умозаключений, которая начинается со странной структуры теней и заканчивается параллельными вселенными. На каждом этапе мы обнаруживаем, что поведение наблюдаемых нами объектов можно объяснить только присутствием невидимых объектов, которые имеют вполне определенные свойства. Ключевая идея заключается в том, что явление интерференции одиночной частицы определенно исключает возможность того, что существует одна лишь реальная вселенная, которая нас окружает. Никто не отрицает, что такое явление интерференции существует. Тем не менее лишь немногие физики признают существование мультиверса. Почему?

Ответ, к сожалению, выставляет большинство не в лучшем свете. Я еще вернусь к этому в главе 13, но сейчас мне хотелось бы подчеркнуть, что доводы, представленные мной в этой главе, обращены лишь к тем, кто ищет объяснений. Те, кого устраивают обычные предсказания и у кого нет особого желания понять, как получаются предсказанные результаты экспериментов, могут при желании просто отрицать существование всего, за исключением того, что я называю «реальными» объектами. Некоторые люди, например, инструменталисты и позитивисты, принимают эту линию исходя из философского принципа. Я уже сказал, что думаю о таких принципах и почему. Другие люди просто не хотят думать об этом. Как-никак это очень сильный вывод, и он вызывает большое беспокойство, когда о нем слышишь впервые. Но я полагаю, что все эти люди ошибаются. Я надеюсь убедить читателей, которые готовы меня терпеть, что понимание мультиверса – это непременное условие для достижения наилучшего возможного понимания реальности. Я говорю это не в духе суровой решимости искать истину независимо от того, насколько неприятной она может оказаться (хотя надеюсь, что я принял бы и такую истину, если бы до этого дошло). Напротив, я говорю это потому, что такое мировоззрение намного целостнее и гораздо осмысленнее, чем все прежние мировоззрения. Оно определенно возвышается над циничным прагматизмом, который в наше время слишком часто служит для ученых суррогатом мировоззрения.

«Почему мы не можем просто сказать, – спрашивают некоторые физики-прагматики, – что фотоны ведут себя так, словно взаимодействуют с невидимыми сущностями? Почему нельзя на этом и остановиться? Почему мы должны идти дальше и занимать определенную позицию относительно существования невидимых объектов?» Более экзотический вариант этой же по существу идеи заключается в следующем: «Реальный фотон осязаем, теневой фотон – это просто вариант поведения реального фотона, который был возможен, но не осуществился. Таким образом, квантовая теория описывает взаимодействие реального с возможным». Это, по меньшей мере, звучит достаточно глубокомысленно. Но, к сожалению, люди, которые выбирают любой из этих взглядов (включая выдающихся ученых, которые должны бы быть лучше осведомлены), с этого места неизменно начинают нести чушь. Поэтому давайте будем рассудительными. Ключевой момент состоит в том, что реальный, видимый и ощутимый фотон ведет себя по-разному в зависимости от того, какие пути открыты где-то там в экспериментальной установке, ибо что-то движется рядом с ним и в конце концов перехватывает видимый фотон. Что-то действительно перемещается по этим путям, и отказаться называть его «реальным» – это просто играть в слова. «Возможное» не может взаимодействовать с реальным: несуществующие сущности не могут изменять траекторию движения существующих. Если фотон отклоняется от своей траектории, на него должно что-то воздействовать, и это что-то я назвал «теневым фотоном». Конечно, присвоение имени не делает вещь реальной, но не может быть, чтобы действительное событие, такое как приход и регистрация реального фотона, было вызвано воображаемым событием – тем, что фотон «мог бы сделать», но не сделал. Только то, что действительно происходит, может стать причиной других реальных событий. Если сложные движения теневых фотонов в эксперименте с интерференцией были бы просто возможностью, которая на самом деле не реализовалось, то и наблюдаемое нами явление интерференции в действительности не имело бы места.

Причину того, что эффект интерференции обычно столь слаб и трудно обнаружим, можно найти в законах квантовой механики, которые им управляют. Существенны два частных вывода из этих законов. Во-первых, каждая субатомная частица имеет партнеров в других вселенных и интерферирует только с этими партнерами. Любые другие частицы этих вселенных не оказывают на нее непосредственного воздействия. Следовательно, интерференцию можно наблюдать лишь в особых случаях, когда траектории частицы и ее теневых партнеров расходятся и затем вновь сходятся (когда, например, фотон и теневой фотон стремятся к одной и той же точке на экране). Даже время должно быть правильным: если на одной из двух траекторий организовать задержку, интерференция ослабнет или прекратится. Во-вторых, для того, чтобы обнаружить интерференцию между любыми двумя вселенными, необходимо, чтобы произошло взаимодействие между всеми их частицами, положение и другие свойства которых не идентичны. На практике это означает, что интерференция будет достаточно сильна для того, чтобы ее можно было обнаружить только между двумя очень похожими вселенными. Например, во всех описанных мною экспериментах интерферирующие вселенные отличаются положением только одного фотона. Если фотон при движении воздействует на другие частицы, и в особенности если мы наблюдаем его, то эти частицы или наблюдатель тоже станут различными в разных вселенных. Если это так, то последующую интерференцию с участием этого фотона на практике невозможно будет обнаружить, потому что требуемое взаимодействие между всеми частицами, которые подверглись влиянию, будет слишком сложно обеспечить. Здесь я должен упомянуть, что стандартная фраза, описывающая этот факт, а именно – «наблюдение разрушает интерференцию», – весьма обманчива, причем сразу в трех отношениях. Во-первых, она предполагает некоторое психокинетическое влияние сознательного «наблюдателя» на фундаментальные физические явления, хотя такого влияния не существует. Во-вторых, интерференция не «разрушается»: ее просто (гораздо!) сложнее увидеть, потому что для этого необходимо управлять точным поведением гораздо большего количества частиц. И, в-третьих, не только «наблюдение», но и любое воздействие фотона на его окружение, которое зависит от выбранной им траектории, приводит к тому же результату.

Ради блага читателей, которые могли видеть другие описания квантовой физики, я должен кратко показать связь между рассуждением, приведенным мной в этой главе, и обычным способом подачи этого предмета. Возможно, из-за споров, возникших среди физиков-теоретиков, традиционно отправной точкой является сама квантовая теория. Сначала теорию пытаются изложить как можно точнее, а уже затем – понять, что она говорит нам о реальности. Это единственный возможный подход, если нужно прийти к пониманию мельчайших деталей квантовых явлений. Но в отношении вопроса о том, состоит ли реальность из одной вселенной или из многих, этот подход излишне сложен. Именно поэтому в данной главе я ему не следовал. Я даже не сформулировал ни одного постулата квантовой теории, а просто описал некоторые физические явления и сделал неизбежные выводы. Но если начинать с теории, существует две вещи, которые никто не будет оспаривать. Первая заключается в том, что квантовая теория не имеет себе равных в способности предсказывать результаты экспериментов даже при слепом использовании ее уравнений без особых размышлений об их значении. Вторая состоит в том, что квантовая теория рассказывает нам нечто новое и необычное о природе реальности. Спор заключается лишь в том, что именно.

Хью Эверетт[6]6
  Хью Эверетт (1930–1982) – американский физик и специалист по математическому моделированию. Первым предложил многомировую интерпретацию квантовой физики. – Прим. ред.


[Закрыть] первым ясно осознал (в 1957 году, примерно через тридцать лет после того, как эта теория стала основой физики субатомных частиц), что квантовая теория описывает мультивселенную. С того времени не утихает спор о том, допускает ли эта теория какую-то другую интерпретацию (или реинтерпретацию, или переформулировку, или модификацию и т. д.), согласно которой она описывала бы единственную вселенную, но продолжала бы правильно предсказывать результаты экспериментов. Другими словами, действительно ли принятие предсказаний квантовой теории вынуждает нас принять существование параллельных вселенных?

Мне кажется, что этот вопрос, а следовательно, и преобладающая тональность спора относительно этой проблемы имеет характер упорного заблуждения. Признаться, для физиков-теоретиков, подобных мне, допустимо и оправданно прикладывать огромные усилия, чтобы достичь понимания формальной структуры квантовой теории, но не за счет того, чтобы потерять из вида нашу главную цель – понять реальность. Даже если предсказания квантовой теории можно каким-то образом получить, не ссылаясь на другие вселенные, отдельные фотоны все равно будут отбрасывать описанные мной тени. И без знания квантовой теории ясно, что эти тени не могут быть результатом любой отдельно взятой истории фотона, описывающей его движение от фонарика к глазу наблюдателя. Они несовместимы ни с одним объяснением, рассматривающим только те фотоны, которые мы видим. Или только те перегородки, которые мы видим. Или только видимую нами вселенную. Следовательно, если наилучшая теория из тех, что были в распоряжении физиков, не ссылалась на параллельные вселенные, это просто значит, что нам понадобится теория получше, которая будет ссылаться на параллельные вселенные, чтобы объяснить то, что мы видим.

Означает ли это, что принятие предсказаний квантовой теории заставляет нас принять и существование параллельных вселенных? Само по себе – нет. Любую теорию мы всегда можем истолковать в духе инструментализма – так, чтобы она не заставляла нас признавать что-либо относительно реальности. Но спор-то не об этом. Как я уже сказал, чтобы узнать, что параллельные вселенные существуют, нам не нужны глубокие теории: об этом нам говорит явление интерференции с участием одной частицы. Глубокие теории нужны нам, чтобы объяснить и предсказать такие явления – рассказать, каковы эти другие вселенные, каким законам они подчиняются, как влияют друг на друга и как все это укладывается в теоретические основы других предметов. Именно это и делает квантовая теория. Квантовая теория параллельных вселенных – это не проблема, это решение. Она не является некой сомнительной и факультативной интерпретацией, проистекающей из заумных теоретических соображений. Она является объяснением – и единственно логичным объяснением – замечательной и контринтуитивной реальности.

До сих пор я использовал условные термины, подразумевающие, что одна из множества параллельных вселенных отличается от других тем, что она «реальна». Пришло время разорвать последнюю связь с классическим понятием реальности, основанным на существовании одной вселенной. Вернемся к нашей лягушке. Мы поняли, что история лягушки, которая смотрит на далекий от нее фонарик в течение многих дней, ожидая вспышку, которая появляется в среднем раз в день, – еще не вся история, потому что должны также существовать теневые лягушки в теневых вселенных, сосуществующие с реальной лягушкой и тоже ждущие появления фотонов. Допустим, что нашу лягушку научили подпрыгивать при появлении вспышки. В начале эксперимента у реальной лягушки будет множество теневых партнеров, и изначально все они будут похожи. Но уже вскоре похожими между собой будут не все. Маловероятно, чтобы каждая лягушка увидела фотон немедленно после начала эксперимента. Но событие, редкое в одной вселенной, является обычным в мультиверсе в целом. В любой момент где-то в мультиверсе существует несколько вселенных, в которых один из фотонов воздействует на сетчатку глаза лягушки, находящейся в этой вселенной. И эта лягушка подпрыгивает.

Почему же она подпрыгивает? Потому что в пределах своей вселенной она подчиняется тем же законам физики, что и реальная лягушка: на ее теневую сетчатку попал теневой фотон, принадлежащий этой вселенной. Одна из светочувствительных теневых молекул этой теневой сетчатки отреагировала сложными химическими изменениями, на что, в свою очередь, отреагировал зрительный нерв теневой лягушки. Он передал сообщение в мозг теневой лягушки, которая, следовательно, испытала ощущение, что она видит вспышку.

Но, быть может, мне следует сказать «теневое ощущение того, что она видит вспышку»? Конечно, нет. Если «теневые» наблюдатели, будь то лягушки или люди, реальны, то все их ощущения тоже должны быть реальными. Когда они наблюдают то, что мы могли бы назвать теневым объектом, для них этот объект реален. Они наблюдают его при помощи тех же средств и в соответствии с тем же определением, что и мы, когда мы говорим, что вселенная, которую мы наблюдаем, «реальна». Понятие реальности относительно для данного наблюдателя. Поэтому объективно не существует ни двух видов фотонов, реального и теневого, ни двух видов лягушек, ни двух видов вселенных, из которых лишь одна – реальная, а все остальные – теневые. В описании, которое я привел относительно образования теней или каких-то схожих явлений, не существует ничего, позволяющего различить «реальные» и «теневые» объекты, кроме простого допущения, что одна из копий «реальна». Когда я вводил понятия реальных и теневых фотонов, я явным образом разделил их, сказав, что мы видим первые, но не вторые. Но кто такие «мы»? Пока я писал все это, множество теневых Дэвидов Дойчей писали то же самое. Они тоже подразделяли фотоны на реальные и теневые; но среди фотонов, которые они называли теневыми, были те, которые я назвал «реальными», а те фотоны, которые они называли реальными, оказались среди тех, которые я назвал «теневыми».

Ни одна из копий какого-либо объекта не занимает привилегированного положения не только в только что изложенном объяснении теней, но и в полном математическом объяснении, даваемом квантовой теорией. Субъективно я могу считать, что выделяюсь среди копий своей «реальностью», поскольку я могу непосредственно воспринимать себя, а не других, но я должен смириться с тем, что все остальные копии чувствуют то же самое по отношению к себе.

Многие из этих Дэвидов Дойчей пишут эти же самые слова в это мгновение. У некоторых это получается лучше. А некоторые пошли выпить чашку чая.