Графіка: Андрій Єрмоленко
Фантастична ідея американського вченого про безліч паралельних світів, яку спочатку ігнорували і над якою пізніше сміялися, нині сприймається науковим співтовариством набагато серйозніше. Не виключено, що найближчим часом новітні технології дадуть змогу перевірити її на практиці.
Пригадайте ситуацію, свідками або учасниками якої ви напевне ставали неодноразово. Хлопець запрошує дівчину у ресторан повечеряти. У момент, коли дівчина вирішує, чи варто йти, чи ні – наш всесвіт, наша реальність розщеплюється на дві. В одному зі світів, в тому, де дівчина сказала "так", за кілька років у них з’являються діти. В іншому – там, де її відповідь була негативною, вони розлучаються назавжди. Кожен незворотний, з погляду термодінамики процес, розщеплює нашу реальність на нові всесвіти, в яких реалізуються всі можливі варіанти розвитку.
Ні, це не сюжет чергового науково-фантастичного оповідання. Це короткий виклад наслідків теорії фізика Хью Еверета, яку він запропонував ще у 1957 році. Теорії, яка тоді здалася настільки безумною, що її просто проігнорували, яку критикували в 70-х і яка вже у наш час почала завойовувати серйозні позиції.
Власне, Еверет лише спробував по-іншому розтлумачити певні основи квантової механіки, що на нині є найуспішнішою фізичною теорією в історії людства. Ядерна енергетика, уся сучасна електроніка, напів- та суперпровідники, комп’ютери, лазери, нейтронна бомба – всі ці технології також є наслідками квантової теорії. Але найнесподіваніші застосування теорії почали з’являтися відносно недавно, протягом останніх 20 років – серед іншого, це квантові комп’ютери, квантова телепортація, та квантові розслідування – кожне з яких гідне окремої статті.
Мертво-живий кіт Шрьодінґера
Квантова механіка описує світ не звичними термінами, такими як швидкість або розташування тіла у просторі, а за допомогою поняття хвильової функції, що містить всю інформацію про систему, яку описує, і змінюється відповідно до хвильового рівняння Шрьодінґера.
Головна проблема в тому, як саме співставити хвильову функцію з нашими спостереженнями. Один з перших варіантів як це зробити, досі найпоширеніший, з’явився в роботах копенгагенської школи (Нільс Бор та інші). У момент вимірювання одного з параметрів системи, квантова функція переживає колапс, і ми отримуємо лише одне з можливих значень такого параметру. Підхід копенгагенської школи залишає теорію неповною. Для ілюстрації неповноти Ервін Шрьодінґер запропонував у 1935 році розумовий експеримент.
Почнемо з того, що відповідно до квантової теорії, хвильову функцію субатомної частинки можна представити у вигляді лінійної комбінації з усіх їх можливих станів. Ідея розумового експеримента Шрьодінґера була така: прив’язати стан субатомної частинки до стану макрооб’єкта – у нашому випадку, кота.
Отже, уявіть кота в невеликому герметичній скрині, під’єднаному до балона з цианідом – отруйним газом. Якщо протягом години відбудеться радіоактивний розпад спеціально підібраного атома, то спрацює спеціальний детектор, який запустить механізм, що відкриє газовий кран. У такому випадку кіт загине. Якщо розпаду атому не станеться – кіт залишиться жити. За годину радіоактивний елемент може розпастися, а може й ні – атом підібрано так, щоб ймовірність була однакова. Тоді в описаному експерименті нещасна тварина має розглядатися як комбінація з двох її можливих станів – мертвого і живого, такий собі мертво-живий кіт. Зовнішній спостерігач не знає, чи спрацював газовий кран. Тільки після того, як скриню відкриють, відбудеться колапс хвильової функції і кіт перейде із невизначеного мертво-живого в один зі своїх можливих станів. Парадокс у тому, що кіт «знає», чи живий він, ще до того, як скриню відкриють.
Копії в нових реальностях
У 1957 році доктор Хью Еверет розробив новий підхід до інтерпретації квантової механіки, позбавивши нарешті шрьодінґерівського кота мук невизначеності. Він запропонував вважати, що квантова функція ніколи не колапсує, тобто рівняння Шрьодінґера діє завжди.
При цьому хвильова функція всесвіту складається з різних гілок, які за визначених умов можуть розщеплюватися. Таке розщеплення, або як ще його називають, декогеренцію, на кілька систем-світів, неможливо повернути в зворотному напрямку.
Для ілюстрації повернемося до парадоксу з котом. Пристрій, включаючи газові балони і кота у скрині, розщеплюється на два стани (отруйний газ випущено, або ні) залежно від того, чи відбувся радіоактивний розпад частинки. Коли газ взаємодіє з котом або коли його газу немає, кіт також розщеплюється на два стани – мертвий або живий. З погляду живого кота, він займає інший світ, ніж той, де знаходиться його мертва копія. Спостерігач у свою чергу розщеплюється на копії тільки тоді, коли відкриє скриню, і вони побачать різні результати експерименту.
Реальність розділяється на паралельні, невзаємодіючі всесвіти, в одному з яких спостерігач витягає неживу тваринку, а в іншому живий кіт дряпає за руку його копію.
Можливо історія про кота здалася вам маячнею, але насправді ситуація трохи складніша. По перше, надто багато фізиків світового рівня є прихильниками робіт Еверета. Серед десятків імен перерахуємо кілька зірок першої величини – це нобелевські лауреати Мюррей Гелл-Манн, Річард Фейнман, відомий британський фізик Стівен Хокінґ, та батько квантового комп’ютера – Девід Дейч.
Не в останню чергу завдяки саме Дейчу, і його чаду – квантовим комп’ютерам, інтерес до теорії Еверета за останні роки значно зріс. Дейч успішно використовує теорію множинних світів для побудови схем квантових підрахунків. Саме з ними та з наноелектронікою пов’язують можливість вже у найближчі роки експериментально перевірити теорію Еверета.
В одній зі своїх базових статей "Структура мультивсесвіту" в 2001 році Дейч написав, що "структура множинних світів визначається тим, як в них поширюється інформація – універсальність квантових обчислень гарантує, що вивчаючи квантові комп’ютерні мережі можна отримати результати, які будуть дійсними для будь-яких квантових систем ".
Тобто, вивчення процесів у таких комп’ютерах дасть змогу дізнатися набагато більше про те, яким є наш Всесвіт. Водночас це шанс перевірити, чи правий був Хью Еверет, чи дійсно наша реальність є своєрідним фонтаном Всесвітів, кількість яких постійно збільшується. Всесвітів, у яких обов’язково відбувається все, що коли небуть могло б відбутися.