Можно ли устранить квантовые парадоксы, выйдя за пределы пространства-времени?
На днях исполнится сто лет атомной модели Бора, одной из основ теории квантовой механики. И посмотрите, где мы сейчас находимся: мы до сих пор непонятно, что же теория означает на самом деле. Одной из наиболее радикальных интерпретаций принято считать так называемую Транзакционную интерпретацию, по которой частицы отправляют что-то вроде сигнала обратно в прошлое. Прошлой осенью философ Рут Кастер (Ruth Kastner) из Университета Мериленд опубликовала книгу, которая пытается найти в этом смысл. Попробуем разобраться с ее помощью.
В июньском номере журнала «Scientific American» физик и писатель Ганс Христиан фон Байер (Hans Christian von Baeyer) описывает текущее состояние “глубокого заблуждения относительно смысла квантовой теории” и обсуждает одно предложение: отрицание того, что теория описывает любую объективную реальность — для «менее затруднительного» толкования квантовых загодок. Фон Байер перечисляет еще несколько возможных интерпретаций, но упускает то, что представляется наиболее перспективным подходом.
Идея, известная как Транзакционная интерпретация, была впервые предложена физиком Вашингтонского университета Джоном Крамером (John Cramer) в 1980-х годах и произрастает из идеи известных физиков Джона Уилера (John Wheeler) и Ричарда Фейнмана (Richard Feynman). Такая интерпретация позволяет использовать концепцию, формально известную как “продвинутые действия”, которая характеризуется не обычной положительной, а отрицательной энергией. Хотя на первый взгляд это может показаться парадоксальным, оказывается, что такой подход дает естественное понимание некоторых аспектов теории, которые сегодня кажутся произвольными или случайными, как, например, правило для вычисления вероятностей результатов измерения.
На рисунке транзакции объекты, описанные с помощью квантовых состояний, которые характеризуются положительной энергии — это только полдела. Другая половина состоит в поглощении излучаемых состояний, которое сопровождается излучением отрицательной энергии. Сам Крамер сравнил свое объяснение с проведением финансовой сделки: состояние излучения — это предложение, состояние ответа — подтверждение. Поглощение — это ключ к развязыванию интерпретационного гордиева узла, представленного квантовой теорией, которая породила такие парадоксы как знаменитый мысленный эксперимент с котом Шредингера. Именно поглощение схлопывает квантовую суперпозицию и избавляет бедного кота от участи быть мертвым и живым одновременно.
Оригинальный вариант толкования, предложенный Крамером, несмотря на перспективность не получил широкого признания. Физики и философы испытывали затруднения с пониманием расширенного излучения (propagation), которое обычно считается синонимом излучения обратно во времени, и поэтому, как считается, повышает вероятность парадоксов, допускающих возможность отправиться в прошлое и убить собственных родителей. Кроме того, некоторые критики посчитали, что понятие поглощателя не было четко определено. Исследования Рут Кастер направлены на решение этих типов задач и достижение четкого понимания того, что представляет собой поглощатель. Применив принципы релятивистской квантовой теории, отсутствующие в изначальном представлении транзакции, Рут Кастер утверждает, что смогла получить четкие критерии для проведения границы между областями квантового микромира и классического макромира, где обычно возникают проблемы.
Предложенное Кастер развитие Транзакционной интерпретации задействует важную идею Гейзенберга: “Атомы и элементарные частицы сами по себе формируют скорее …мир потенций или возможностей, а не материальные объекты” Этот мир потенций не содержится в пространстве-времени; это мир более высоких измерений, структура которого описана математикой квантовой теории. Транзакционную интерпретацию лучше всего можно понять, учитывая как предложение, так и подтверждение гейзенберговских возможностей — то есть это только потенциальные события. Что устраняет парадокс с убитыми родителями, поскольку ни волна предложения положительной энергии, ни волна подтверждения отрицательной энергии не несет реальную энергию, и не содержится в пространстве-времени. Только в столкновении того и другого реальная энергия может быть передана в пространство-время от излучателя к поглощателю, и когда это происходит, вся энергия доставляется в нормальном, будущем, направлении.
Транзакционная интерпретация в этой новой вероятностной версии дает не только ясное физическое понимание измерения, но также и новое понимание квантовой реальности, в которой динамические возможности через транзакционный процесс порождают наблюдаемые физические явления. Она также объясняет безобидное “призрачное воздействие на расстоянии”, беспокоившее Эйнштейна. Квантовые связи не нарушают предусмотренное теорией относительности ограничение скорости, потому что эти связи существуют только на вероятностном уровне.
Транзакционная картина концептуально сложна потому, что лежащие в ее основе процессы сильно отличаются от того, к чему мы привыкли в нашем классическом мире, и мы должны принять поразительную идею, допускающую, что в реальности существует больше того, что может находиться в пределах пространства-времени. Как видно из статьи фон Байера, квантовая теория действительно заставляет нас мыслить нестандартно, и в данном случае стандартом является само пространство-время. Если это покажется невозможным, имеет смысл обратиться к красноречивому высказыванию физика и философа Эрнана Макмаллина (Ernan McMullin): “Воображение не должно становиться тестом на онтологию. Реалист утверждает, что ученый изучает структуры мира — но в этом нет нужды, если эти структуры мыслимы в категориях макромира.” Только столкнувшись со странными, неклассическими свойствами наблюдаемого нами физического мира, мы можем получить научное, не зависящее от наблюдателя, объяснение окружающего мира, которое позволяет разрешить давние головоломки вроде проблемы кота Шредингера.