Физики предложили новую интерпретацию квантовой механики

Учеными из Австралии и США предложена новая интерпретация квантовой механики: в основе теории лежит представление о существовании множества классических взаимодействующих миров. Работа опубликована в Physical Review X.
Квантовая механика – это математическая модель физического мира, описывающая квантовые системы. С учетом релятивистского расширения она претендует на звание базовой теории физики, а также фундаментальной основы химии. Для макроскопических объектов, квантовая теория путем некоторых математических преобразований сводится к классической механике.
Непохожесть мира квантовой механики с её волновыми функциями и вероятностным описанием событий, неожиданными корреляциями между удаленными объектами привела к множеству её интерпретаций – попыткам интерпретировать формализм (уравнения, на основе которых с учетом входных параметров можно делать предсказания) и феноменологию (набор наблюдений).
Самой распространенной на сегодняшний день интерпретацией является Копенгагенская, сформулированная Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом. В ней утверждается, что волновая функция «коллапсирует» при измерении, то есть происходит переход из суперпозиции квантовых состояний (ни живой, ни мертвый кот Шредингера) в определенное квантовое состояние (живой или мертвый кот Шредингера).
Такое понятие как «суперпозиция состояний» должно восприниматься буквально и всего лишь отражать нашу неопределенность и нехватку информации о системе до измерения. Таким образом, данная интерпретация отражает статистическую природу квантовой механики. Важно, что по копенгагенской интерпретации вопросы о том, что происходит в этом непохожем на наш мир квантовом мире бессмысленны, так как реальны лишь результаты экспериментов, который могут быть описаны только на языке классической физики (то, что не наблюдаемо, то не существует). В данной интерпретации волновая функция – не более чем математический инструмент для расчета вероятностей в определенном эксперименте, всего лишь отражение нашего знания об объекте.
Проблема такой интерпретации состоит в недоопределенности понятия коллапса волновой функции. Не существует ответа на вопрос, что же в действительности вызывает коллапс волновой функции: наблюдатель, прибор или еще что-то. Также, у некоторых ученых вызывает неприятие то, что в данной интерпретации квантовая теория во-первых, «работает» только на определенных (микроскопических) масштабах, а во-вторых, выделяет особую роль наблюдателя в эксперименте.
Кроме традиционной интерпретации существует, например, многомировая интерпретация Эверетта (сын, которого, кстати, является солистом рок-группы Eels). Согласно этой интерпретации волновая функция независима от наблюдателя и в ней не просто содержится вся информация об объекте, но она сама является объектом. Процесс измерения при этом приводит к расщеплению мира или мировой волновой функции на несколько ветвей или миров. Хотя эти миры находятся в одном и том же пространстве-времени, они занимают разные измерения в гильбертовом пространстве, поэтому разные миры не «чувствуют» друг друга, то есть вся Вселенная непрерывно находится в суперпозиции квантовых состояний и никогда не коллапсирует. Таким образом, любое «случайное» событие это на самом деле расщепление Вселенной на некоторое количество миров, равное количеству исходов случайного события.
Однако в многомировой интерпретации также существуют неясности. Например, она не дает ответа на вопрос, сколько миров существует в определенный момент времени. Вызывает сомнения также то, что разные миры должны иметь разные «веса», так как одни исходы случайного события реализуются чаще, чем другие.
Новая теория также прибегает к концепции многих миров, однако в отличие от интерпретации Эверетта эти миры взаимодействуют и это взаимодействие является источником всех квантовых эффектов. Существует огромное, однако фиксированное количество миров, с течением времени они не расщепляются. Координата и скорость объектов являются вполне определенными величинами, и, если бы существовал только один мир, то вся наша Вселенная подчинялась бы не квантовой механике, а детерминированной ньютоновской.
Между мирами с похожими конфигурациями (то есть с одинаковыми расположениями практически всех частиц) существует отталкивание. Такое взаимодействие приводит к расхождению близкорасположенных миров и препятствует их переходу в одинаковую конфигурацию. Все миры одинаково реальны, не существует никаких «весов».
Вероятность в данной теории возникает из-за того, что наблюдатель, состоящий из частиц определенного мира, не знает, в каком именно мире он находится из всего набора миров. Поэтому он припишет равную вероятность для всего известного ему набора возможностей, который является очень приближенным, так как наблюдатель – всего лишь макроскопическая совокупность частиц. Проводя эксперимент, он может больше узнать о том, в каком мире он находится и исключить миры неподходящие. Таким образом, данная теория исключает как таинственную волновую функцию, так и особую роль наблюдателя и различия для макроскопического и микроскопического мира.
В своей статье, пользуясь новым теоретическим подходом, ученые описали такие широко известные явления квантовой механики, как эксперимент с двумя щелями, туннелирование через барьер, корреляции Белла и другие.
Квантовая механика даже спустя столько лет после её изобретения остается головоломкой для физиков и будоражит воображение читателей научно-популярной литературы вследствие её абсолютной непохожести на наш повседневный опыт и классический мир. Следующим шагом для ученых будет поиск небольших отклонений от классической интерпретации квантовой механики, что поможет экспериментально доказать или опровергнуть новую теорию отталкивающихся миров. Так что, возможно, в скором времени, наконец станет известно, что же такое на самом деле квантовая механика и как все-таки устроен наш мир.