(Продолжение. Начало в №7)

I. Предыстория

К 80-м годам минувшего столетия у теоретиков стало зреть также предчувствие, переходящее в убеждение в том, что...

3. "Вселенная множественна". Это убеждение зрело в процессе рефлексий над "тонкой настройкой" параметров нашей Вселенной, т.е. набора фундаментальных констант, определяющих характер протекания физических процессов, в том числе и возникновение разумной жизни (работы Пола Дирака, 1937; Роберта Дикке, 1961; Брэндона Картера, 1973 и многих других). В частности, было понятно, что никакие известные законы физики не запрещают существование других вселенных с другим значением фундаментальных постоянных, но, возможно, безжизненных. Результировалось это все в формулировке двух фундаментальных идей, адресованных физике будущего и вызвавших непрекращающиеся до сих пор жаркие дискуссии: "антропного (антропологического) космологического принципа)" и "множественности миров" или множественной (плюралистичной) Вселенной. Последняя была поддержана также исследованиями по устранению координатных особенностей ("горизонтов") пространственно-временных многообразий черных дыр (термин предложен в 1967 г. Дж.А.Уилером). На полных диаграммах черных дыр имеются так называемые "другие вселенные" (см. рис.¹), недоступные удаленному наблюдателю, находящемуся в нашей Вселенной, но, в принципе, связанных с нашей посредством "червоточин" или "кротовых нор" (wormholes; термин впервые введен в 1957 г. все тем же Джоном Уилером).

Но была и другая причина актуализации древней идеи "множественности миров", исходящая, опять-таки, из попыток преодоления концептуальных трудностей "стандартной" ("копенгагенской") интерпретации квантовой механики. А трудность эта была связана с контринтуитивностью так называемой "редукции" (или "коллапса") волновой функции системы в момент ее наблюдения. Согласно принятому "копенгагенцами" взгляду, дело выглядело так, как будто квантовая система, предоставленная самой себе, эволюционирует в соответствии с уравнением Шрёдингера таким образом, что ее состояние представляет собой суперпозицию всех допустимых для этой системы состояний (т.е. Ψ = ΣΨ_n, где Σ означает суммирование). В случае если речь идет о координате частицы, это означает, что предоставленная самой себе частица как бы одновременно находится повсюду или как бы "размазана" по пространству. Уже это представить себе затруднительно. Но еще труднее представить себе, каким образом эта "размазанная" в пространстве частица в момент измерения (наблюдения) мгновенно собирается или стягивается в конкретное, наблюдаемое место (состояние) с вероятностью, определяемой квадратом модуля волновой функции.

Именно в целях устранения столь неудобной ситуации Хью Эверетт III предложил свою интерпретацию квантовой механики в терминах "соотносительных состояний" (см. в первой части). В этой интерпретации речь, собственно, шла о том, что сама Вселенная реплицирована как бы в множестве экземпляров, в каждом из которых реализуется один конкретный результат измерения из множества возможных. При этом каждое новое измерение расщепляет Вселенную все на новые и новые "ветви". Цена, которую приходилось платить за объяснительную простоту, многим современникам Эверетта показалась слишком высокой, по сравнению даже с не очень понятным "коллапсом" волновой функции, и если бы не поддержка руководителя его диссертации знаменитого Дж.А.Уилера, работа Эверетта едва ли увидела бы свет. Как выше уже говорилось, историческая публикация случилась в 1957 году.

Собственно, "многомировой" контекст этой интерпретации был придан уже в 70-е годы в связи с исследованиями по квантовой космологии, прежде всего в работах Брайса ДеВитта. Еще в 1967 году ДеВитт, следуя геометродинамической программе Дж.А.Уилера, в серии статей в "Physical Review" вывел основное уравнение квантовой космологии, которое получило название уравнения Уилера-ДеВитта, и исследовал его основные особенности. В частности, было показано, что в общем случае это уравнение должно быть независимым от времени, что парадоксально контрастировало с возобладавшими взглядами на эволюционный характер космологии. Но, кроме всего прочего, было понято, что "странная" теория Эверетта как нельзя лучше подходит для понимания того, как ведет себя Вселенная. Ведь только для Вселенной, в целом, не может быть указана внешняя по отношению к ней система ("наблюдатель"), способная осуществлять редукцию волновой функции всей Вселенной. А это и значит, что, с точки зрения квантовой космологии, Вселенная постоянно находится в своеобразном мультиплицированном состоянии.

Уже в 1973 году Брайс ДеВитт и Нейл Грэхем издают сборник "Многомировая интерпретация квантовой механики" (The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics/DeWitt Bryce S., Graham Neill (eds). Princeton University Press, 1973), куда были включены и оригинальные статьи Эверетта. А через несколько лет, в 1977 г., в Остине (Техас, США) прошел семинар, организованный Уиллером и ДеВиттом и посвященный проблемам создания "искусственного интеллекта". Был приглашен и Эверетт. В числе участников семинара оказался и молодой студент Уиллера и ДеВитта Дэвид Дойч, который тогда еще только работал над своей диссертацией. На неформальной вечерней встрече Дойч имел довольно продолжительную беседу с Эвереттом и пристрастно расспрашивал того о нюансах его интерпретации квантовой механики². По свидетельству самого Дойча, уже тогда он был поглощен идеей универсального квантового вычислительного устройства, реализация которого была бы убедительным свидетельством в пользу истинности теории Эверетта³.

Уже позднее он не раз иллюстрировал это примером проблемы факторизации (разложения на простые множители) достаточно большого числа. Классический компьютер с такой задачей не может справиться, так как даже если задействовать для вычислений всю материю наблюдаемой Вселенной (т.е. примерно 10⁸⁰ наличных в ней атомов), то время вычисления превысит время существования самой этой Вселенной. А как показали работы Питера Шора (1994 год), квантовый компьютер должен справиться с этой задачей в разумные сроки. И это потому, полагал Д.Дойч, что Вселенная мультиплицирована в соответствии с теорией Эверетта, и эти размноженные вселенные и доставляют необходимые ресурсы для осуществления алгоритма Шора. Дойч назвал такую Вселенную "Мультиверсом" и описал ее в своем научном бестселлере "Ткань реальности" (Deutsch David. The Fabric of Reality. First Edition, London: Penguin Books, 1997)⁴.

По словам Дойча, он выполнил работу уже в 1977 году и даже отослал ее в "Physical Review". В редакции не заметили идеи квантового компьютера, но обратили внимание на апологетику теории Эверетта и статью отклонили.

Но, как следует уже из изложенного выше, идея квантового компьютера уже витала в воздухе. В 1982 году публикует свою статью Ричард Фейнман, фигура слишком весомая, чтобы с ним не считались. Так что в 1984 году Дэвид Финкельстайн (David Finkelstein), один из редакторов журнала "International Journal of Theoretical Physics", решил опубликовать статью Дойча, что и было сделано в 1985 году. Этой статье суждено было стать первым камнем в теоретическом фундаменте теории квантовых вычислений.

Эта история поучительна в том смысле, что еще раз показала, насколько тонкими и незримыми могут быть грани между самыми смелыми фантазиями и самой строгой научной теорией.

Попутно можно отметить, что к середине 80-х годов прошлого века идея множественности миров из пространства, скорее, философского дискурса "туннелировала" в пространство астрофизического и космологического дискурса и стала (в самых разных вариациях) активно обсуждаться в научных журналах. Это связано было с тем, что исследования моделей так называемой "инфляционной" или "раздувающейся" Вселенной показали, что наиболее вероятный сценарий представляет собой множественное рождение вселенных (возможно, с "неантропным" набором фундаментальных констант) на самых ранних (квантовых) этапах эволюции. Одной из таких вселенных суждено было стать Нашей.

Фундамент "многомировой" "инфляционной" космологии был заложен пионерской работой А.Д.Линде 1983 г. (Physics Letters. 1983. Vol. B 129. P. 177), хотя изначально речь шла про ансамбли миров и "многомировая", а тем более, мультиверсумная терминология к ней еще не применялась. Дальнейшие успехи инфляционной космологии⁵ привели в конечном итоге к тому, что сегодня все большее число физиков склонны принимать мультиверсумную парадигму, по крайней мере, в ее инфляционном варианте.

Пик публикаций, в которых обсуждались те или иные аспекты гипотезы Мультиверса, пришелся на начало текущего столетия, и сейчас сама гипотеза имеет столько модификаций, что их даже трудно назвать. Но станет ли действующий квантовый компьютер решающим аргументом в пользу выбора одной из возможных картин реальности, как это доказывает Дэвид Дойч? Пока ответ не очевиден.

(Продолжение следует)

Сергей САНЬКО

1 Рисунок взят из книги: Кауфман Уильям Дж. Космические рубежи теории относительности. М., 1981.

2 Подробности этой встречи можно узнать из биографического очерка Евгения Шиховцева, посвященного Эверетту: space.mit.edu/home/tegmark/everett.

3 См. интервью Д.Дойча журналу "Компьютерра" (№44'2000): offline.computerra.ru/offline/2000/373/6061/index.html.

4 Русский перевод под названием "Структура реальности" (Москва-Ижевск, 2001) см. на: www.lib.ru/FILOSOF/DOJCH/reality.txt или на других ресурсах Рунета.

5 Хороший обзор А.Линде см. на: arxiv.org/pdf/hep-th/0503195.