Квантова механіка - дивовижна річ. Вона дає змогу ставити неймовірні запитання й отримувати, м'яко кажучи, дивні відповіді. Зокрема й фантастичні.
Наприклад: якою мірою події в нашому житті можна вважати ймовірнісними? Чи стають вони реальними в паралельному Всесвіті?
Фундаментальна невизначеність
Однією з найбільших відмінностей між класичним і квантовим світом є поняття детермінізму. У класичному світі всі рівняння, які визначають закони природи, прописуються через "сприймані" показники - час, масу, заряд, положення та імпульс. Вони підкажуть минуле чи майбутнє частинок.
Але у квантовому Всесвіті все не так. Незалежно від того, наскільки точно ви вимірюєте певні властивості об'єктів, завжди існує фундаментальна невизначеність, яка не дає змоги виявити ці властивості "тут і зараз".
Що точніше ви вимірюєте властивості, якими може володіти частинка чи система, то більшою стає притаманна їм невизначеність - її не можна позбутися, зменшити критичні значення вимірювань. Це фундаментальне співвідношення, відоме як принцип невизначеності Гейзенберга, його неможливо обійти.
Наприклад, якщо ви з граничною точністю вимірюєте положення частинки, то тим невизначенішим стає імпульс цієї частинки. Незалежно для кожного з трьох просторових вимірів, які ми займаємо.
Якщо ви вимірюєте масу спокою нестабільної частинки, ви виявите фундаментальну невизначеність, пов'язану з її масою спокою. Бо є зв'язок між часом життя частинки та енергією, включно з енергією маси спокою (через E = mc2) цієї частинки.
Якщо ви експериментуєте зі стабільною частинкою, то ви можете виміряти її спін у будь-якому напрямку: x, y або z.
Однак при цьому ви знищуєте всю наявну до цього інформацію про її спін у двох інших перпендикулярних напрямках. Є фундаментальна невизначеність між власним кутовим моментом у різних напрямках.
У квантовій фізиці цілком нормально отримати не просто два можливі результати, а безперервний спектр імовірностей. Тільки вимірюючи Всесвіт, ми дізнаємося, який з імовірнісних результатів описує нашу реальність. А це, погодьтеся, Завдання.
Експеримент із подвійною щілиною
Однією з проблем квантової механіки є: "що необхідно для того, щоб фізично існував Всесвіт?".
У нас є уявлення про певну об'єктивну реальність - "дійсну реальність" - яка не залежить ні від системного спостерігача, ні від зовнішнього впливу. Всесвіт існує так, як він існує, не звертаючи уваги на те, що хтось спостерігає або взаємодіє на нього.
Сама по собі об'єктивність ("реальність") не є чимось, у чому ми впевнені. Вона міцно існує в нашому мозку; ми не можемо відокремити суб'єктивне сприйняття від "об'єктивного світу".
Що відбувається, коли ми проводимо експеримент із подвійною щілиною? Якщо на екрані є дві вузько розташовані щілини, і ви просвічуєте їх світлом, то освітлена картина, яка з'являється за екраном, являє собою безліч яскравих ліній, що повторюють форму щілини, в перемішку з темними лініями між ними.
Суть експерименту з подвійною щілиною: поки ви не зрозумієте, через яку щілину проходить світло, ви завжди отримаєте інтерференційну картину.
Експеримент підтверджується, навіть якщо ви пропускаєте світло по одному фотону за один раз. Кілька фотонів не інтерферують один з одним. Кожен окремий фотон інтерферує сам із собою.
Посилаючи важчі частинки, електрони, наприклад, ви все одно отримаєте інтерференційну картину.
Вона перестає бути істинною, якщо ви починаєте вимірювати, через яку щілину пройшов кожен фотон (або інша частинка).
Нескінченне число паралельних Всесвітів
Це одна із загадок квантової механіки: здається, що вона відкрита для інтерпретації. Чи існує невизначений за своєю суттю розподіл можливих результатів, а конкретний вимір просто "вибирає", який саме результат стався в цьому Всесвіті?
Чи є все невизначеним до того моменту, коли відбувається вимірювання, а сам факт вимірювання є критичною дією, яка призводить до колапсу квантовомеханічної хвильової функції?
Або ж справа йде так, що кожен можливий результат, який міг би статися, насправді фіксується, але просто не в нашому Всесвіті? Чи можливо, що існує нескінченна кількість паралельних Всесвітів, і що всі можливі результати нескінченні в безлічі з них? Але для того, щоб дізнатися, який із них "об'єктивний", потрібен акт "вимірювання"?
Ми маємо справу лише з інтерпретаціями квантової механіки. На даний момент єдині відмінності між Всесвітами, які вони описують, мають філософський характер. З фізичної точки зору, всі інтерпретації стверджують точні результати для будь-якого експерименту, який ми проводимо, незалежно від часу і навіть моменту досвіду.
Однак якщо існує нескінченна кількість паралельних Всесвітів - і не просто в математичному сенсі, а у фізично реальному, - то частинкам треба десь "жити".
Нам потрібен лише один "Всесвіт", щоб у ньому було місце, де кожен можливий результат уявлявся "реальним". А це спрацює тільки в тому разі, якщо:
- Всесвіт народився нескінченним за розміром або він перебуває в нескінченному часі,космологічна інфляція - а точніше, вічна інфляція - правильно описує наш ранній, до Великого Вибуху, Всесвіт.
- Всесвіт має народитися нескінченним, тому що кількість можливих результатів, які відбуваються в ньому, збільшується швидше, ніж кількість незалежних Всесвітів, які з'являються навіть у Всесвіті, що вічно роздувається.
В іншому разі просто неможливо мати "достатньо Всесвітів", щоб вмістити всі можливі результати.
Але якщо Всесвіт народився нескінченним і сталася космічна інфляція, то Мультивсесвіт включає нескінченну кількість незалежних Всесвітів, які починаються з початкових умов, ідентичних нашим.
У такому разі все відбувається нескінченну кількість разів. Існує нескінченна кількість копій вас, мене, Землі, Чумацького Шляху тощо, у нескінченній кількості незалежних Всесвітів.
І в деяких із них реальність розгортається ідентично тому, як вона присутня тут, аж до моменту, коли відбувається один конкретний квантовий вимір.
Для нас у нашому Всесвіті все склалося одним чином; для версії нас у паралельній реальності, можливо, цей результат - єдина відмінність усієї космічної історії.
Межа між визначеністю і невизначеністю; минуле і майбутнє
Але коли ми говоримо про невизначеність у квантовій фізиці, ми зазвичай маємо на увазі результати, яких ще не виміряно або не визначено.
У нашому Всесвіті невизначеними є не минулі/визначені події, а тільки події, можливі результати яких ще не обмежені вимірюваними величинами. Тобто "можливі події" стають "визначеними" в момент "акту творіння", коли вони відбуваються, переходячи зі світу ймовірностей у світ реальний, фізичний.
Якщо ми подумаємо про експеримент із подвійною щілиною, який уже стався, то після того, як ми побачили інтерференційну картину, неможливо сказати, чи пройшов конкретний електрон через "щілину №1" або "щілину №2" у минулому.
Ми зробили вимір, ми могли його зробити, але те, що ми не зробили, призвело до появи інтерференційної картини, а ніяк не до появи двох "куп" електронів.
Не існує Всесвіту, де електрон проходить або через "щілину №1", або через "щілину №2" і при цьому створює інтерференційну картину, інтерферуючи сам із собою.
Або електрон проходить одразу через обидві щілини і потрапляє на екран у такий спосіб, що тисячі й тисячі електронів створюють інтерференційну картину, або відбуваються якісь виміри, які змушують електрон проходити тільки через "щілину №1" або "щілину №2", і жодної інтерференційної картини не виходить.
Що це означає?
Це означає - як визнав сам Гейзенберг майже століття тому, що опис хвильової функції Всесвіту не можна застосувати до минулого. Наразі у Всесвіті існує величезна кількість невизначених речей, і все тому, що критичне вимірювання або взаємодію для визначення квантового стану цієї "речі" ще не було зроблено.
Інакше кажучи, є межа між класичним і квантовим - визначеним і невизначеним - і межа між ними - те, коли речі стають реальними, а минуле - фіксованим.
Така межа, на думку фізика Лі Смоліна, і визначає "зараз" у фізичному сенсі: момент, коли те, що ми спостерігаємо на даний момент, фіксує певні спостережувані події як такі, що остаточно відбулися в нашому минулому.
Ми можемо думати про нескінченні паралельні всесвіти в термінах можливого майбутнього, як про якесь нескінченно розгалужене дерево варіантів, але обрана нами лінія міркувань не застосовна до минулого.
Принаймні в нашому Всесвіті, - для нашого сприйняття певні події вже були метафорично записані на камені.
Інакше кажучи, об'єктивності не існує. Як і суб'єктивного сприйняття. Є лише варіант реальності, який фіксується в момент вимірювання. Через мить ми маємо справу з іншою фізичною реальністю, яку ще належить виміряти.
Джерело: Big Think
