Когда физики уверяют, что декогеренция аккуратно подмела под ковёр всю квантовую грязь и заодно прибила гвоздями коллапс волновой функции, — вам с академическим достоинством, ссылкой на сорок страниц матанализа и заносчивой улыбкой продают билет в шоу, где кролика никогда не было.
Загадка, которую нельзя выпить залпом
Квантовая механика — пожалуй, единственная теория в истории физики, чьи уравнения работают с тошнотворной точностью, а интерпретация заставляет докторов наук в белых халатах нервно смеяться и переводить разговор на погоду. Уравнение Шрёдингера предсказывает поведение электронов настолько надёжно, что мобильник в кармане и томограф в районной больнице существуют именно потому, что эти ребята договорились с природой. И всё же, стоит спросить простую вещь — а что, собственно, случается, когда стрелочка прибора отклоняется и показывает один-единственный результат, — теория неловко смотрит в пол.
Это и есть та самая проблема измерения. До измерения система живёт в суперпозиции — то есть одновременно во всех возможных состояниях, как известный кот, дегустирующий жизнь и смерть из одной и той же миски. После измерения мы видим один-единственный исход. Кошка либо мяукает, либо нет. Электрон либо здесь, либо там. Никаких «и того, и другого».
Тут возникает вопрос на миллион: куда, чёрт возьми, делись остальные исходы? Уравнение Шрёдингера никаких коллапсов не предсказывает. Оно красиво, линейно, унитарно — катит свою волну дальше, не обращая внимания на то, что мы там с прибором намерили. Чтобы получить наш скучный однозначный мир, фон Нейман от руки дописал к теории второй закон эволюции: мгновенный, мистический коллапс, происходящий неизвестно почему и неизвестно как. Эту приписку физика терпела почти век — как неудобный, но привычный диван у бабушки.
Чудо-средство выходит на сцену
В семидесятых на эту сцену вышел Хайнц-Дитер Цех с дерзкой идеей: а что, если коллапс — никакой не коллапс, а изысканный обман зрения? Цех предположил, что декогеренция — взаимодействие квантовой системы с её окружением — превращает суперпозицию в нечто, похожее на классическую смесь, без всякого волшебства и без участия наблюдателя. Идею жадно подхватили Войцех Зурек, Эрих Йоос и компания, добавили туда термин einselection (отбор окружением — для пафоса звучит лучше по-немецки), и физический мир ахнул.
Логика, если честно, элегантная до слёз. Любая макроскопическая штуковина — будь то кошка, прибор или ваша бабушка — постоянно бомбардируется фотонами, молекулами воздуха, тепловыми возбуждениями, гравитационными шепотками. Эти триллионы микровзаимодействий за наносекунды запутывают систему с окружающей средой настолько плотно, что матрица плотности подсистемы становится практически диагональной. По-человечески: интерференционные узоры, которые бы выдали суперпозицию, гасятся настолько быстро и эффективно, что увидеть их в макромире — задача из разряда «соберите Эйфелеву башню из сахарной пудры на ветру».
И тут пиар-машина включилась на полную. В научно-популярных книгах, лекциях TED и редакторских колонках декогеренцию начали продавать как окончательное решение проблемы измерения. Дескать, никакого мистического коллапса нет — просто среда быстро всё «классифицирует», и ваша интуиция, выработанная за миллионы лет беготни от саблезубых тигров, наконец-то получает физическое обоснование. Расходитесь, граждане, шоу окончено, кошка осталась в коробке только в одном-единственном виде, спасибо термостату.
Звучит соблазнительно. Особенно если не задавать неудобных вопросов. К сожалению, любая хорошо натренированная философская лохматость прямо здесь начинает поднимать ухо.
Где собака зарыта (точнее, кошка)
А неудобный вопрос, между прочим, прост, как табурет: декогеренция объясняет, ПОЧЕМУ мы не видим суперпозиций кошек и приборов. Прекрасно. Но она не отвечает на другой, куда более болезненный вопрос: ПОЧЕМУ из всех возможных исходов реализовался именно этот, а не другой? Почему стрелка отклонилась влево, а не вправо? Почему именно ты сейчас читаешь именно эту строчку, а не её альтернативную версию из соседней ветви?
Чтобы понять, в чём фокус, надо вкурить разницу между истинной и ложной смесью (proper и improper mixture, в англоязычной литературе). Истинная смесь — это банальная классическая неопределённость: система точно находится в одном из состояний, мы просто не знаем, в каком. Подбросили монету, накрыли ладонью — орёл или решка уже определены, мы лишь ждём, когда подсмотрим. Ложная смесь — совсем другая зверушка: система запутана с окружением, и хотя матрица подсистемы выглядит ровно как смесь, полная волновая функция Вселенной по-прежнему живёт в гигантской суперпозиции.
Декогеренция даёт именно ложную смесь. Никакой исход не выбран. Просто отдельные ветви суперпозиции перестали интерферировать друг с другом — они и дальше живут параллельно, прекрасно поживают, обмениваются эсэмэсками со своими копиями кошки, прибора и наблюдателя. Грубо говоря, декогеренция убирает интерференцию, но не убирает множественность.
Джон Белл, тот самый, чьим неравенством полтора поколения экспериментаторов проверяли квантовую нелокальность, в одной из последних своих статей припечатал это словечком FAPP — for all practical purposes, для всех практических целей. То есть: на бытовом уровне всё работает, можно расходиться. Но как окончательное объяснение реальности — это, простите за прямоту, академическая отмазка с прибавлением «в общем-то».
Декогеренция, если без обиняков, — это не решение проблемы измерения. Это её аккуратная, очень технично расфасованная и красиво упакованная обёртка. Внутри коробки по-прежнему лежит вопрос. Просто теперь его не видно сквозь блестящую плёнку.
Когда отцы-основатели снимают мантии
Самое смешное в этой истории — что отцы-основатели декогеренции никогда и не утверждали обратного. Войцех Зурек в своих более серьёзных текстах честно пишет: декогеренция работает лишь в связке с какой-то дополнительной интерпретацией квантовой механики. Сама по себе она не выбирает исход — она лишь объясняет, почему классические свойства, такие как координата и импульс, оказываются устойчивыми к среде, тогда как причудливые суперпозиции рассыпаются мгновенно. Это объяснение квазиклассичности, а не объяснение реализации одного-единственного факта.
Эрих Йоос, один из главных архитекторов теории, прямо признаётся: вопрос о том, что происходит со всеми «другими» ветвями волновой функции, остаётся без ответа в рамках самой декогеренции. Хочешь — выбирай многомировую интерпретацию Эверетта, и тогда все ветви существуют, ты живёшь в одной из них, а декогеренция объясняет, почему ветви взаимно неощутимы. Хочешь — соглашайся с какой-нибудь моделью объективного коллапса вроде GRW, где волновая функция действительно схлопывается, но по случайному, физически реальному механизму. Хочешь — лезь в кустистые джунгли бомовской механики со скрытыми переменными и пилотирующей волной. Декогеренция в любом раскладе остаётся вспомогательным инструментом, а не самостоятельным ответом.
Великолепный, мощный, экспериментально подтверждённый инструмент, без которого современная квантовая информатика вообще не пошла бы дальше первого слайда. Но это инструмент, а не онтология. Молоток объясняет, как загоняется гвоздь, но не отвечает на вопрос, кто построил дом, зачем построил и кто в нём, чёрт возьми, живёт.
Когда популяризаторы, не открывая первоисточников, бодро рапортуют, что «декогеренция всё объяснила», они совершают ровно тот трюк, против которого Белл и предостерегал: подменяют вопрос «как это происходит?» вопросом «как нам удобнее всего сделать вид, что вопроса нет?». Это, между прочим, древнейшее искусство — называется кафедральной риторикой и преподавалось ещё в средневековых университетах под видом логики.
Что осталось после демонтажа декораций
Если декогеренция не закрывает вопрос, кто претендует на это место? Очередь у кассы, надо сказать, приличная.
Многомирие Эверетта — самое нахальное и логически чистое решение. Никакого коллапса нет вообще. Все ветви реальны. Каждое квантовое событие порождает разветвление вселенной, и все исходы происходят — просто каждый в своей копии космоса. Декогеренция здесь чувствует себя как рыба в воде: она объясняет, почему ветви расходятся, перестают «слышать» друг друга и почему каждый «вы» уверен, что живёт в единственном мире. Цена вопроса — бесконечное количество вас, читающих эту статью с разной степенью раздражения. Многим философски близким людям такой обед в шведском столе бытия кажется чрезмерным.
GRW и теории объективного коллапса — другая крайность. Здесь признают, что унитарная эволюция Шрёдингера неполна, и дописывают к ней нелинейный, случайный, физически реальный механизм спонтанной локализации. Волновая функция действительно схлопывается, но не от взгляда наблюдателя, а сама по себе, с определённой частотой, пропорциональной массе системы. Цена — нарушение фундаментальных симметрий и пока что отсутствие неоспоримого экспериментального подтверждения. Зато никаких параллельных вселенных, спите спокойно.
Бомовская механика — реликт, на который полвека смотрели свысока, а теперь снова вытащили с антресоли. Частицы у Бома реальны, имеют траектории, а волновая функция их направляет. Никакой суперпозиции в онтологическом смысле, только классические частицы плюс пилотирующее поле. Цена — нелокальность настолько вызывающая, что Эйнштейн, увидев такую картину, заплакал бы дважды.
QBism — где квантовая механика трактуется как язык байесовских ставок одного агента. Волновая функция вообще ничего не описывает в мире; она описывает уверенность наблюдателя относительно его будущих опытов. Удобно, философски глубоко и одновременно подозрительно похоже на отказ играть в науку.
Каждая из этих интерпретаций честно платит свой счёт за обед. Декогеренция счёт оплачивать отказывается, говоря, что зашла лишь поужинать.
Послевкусие
Что в сухом остатке? Декогеренция — гениальное и абсолютно реальное физическое явление. Она работает в лабораториях, она измерена с убийственной точностью, она лежит в основе квантовых компьютеров, квантовой криптографии и половины амбициозных грантов последних тридцати лет. Никто её не отменяет и не собирается. Но как окончательный ответ на вопрос «почему мир, в котором мы живём, устроен именно так, а не иначе?» — она работает примерно так же, как выключенный фонарик работает в качестве солнца.
Самая поучительная сторона этой истории — про нашу способность как биологического вида с энтузиазмом покупать себе элегантные полуответы по цене полных. Назови сложное слово, добавь четыре формулы, помаши томиком матанализа — и большинство уважительно кивнёт, что вопрос закрыт. А он не закрыт. Он просто стал хуже виден, и любой, кто решится снова на него посмотреть, обнаружит ту же самую кошку, ту же самую коробку и ту же самую мучительную развилку: либо признаём множественность миров, либо переписываем уравнения, либо пересобираем понятие реальности целиком, со всеми вытекающими и втекающими.
Наука — единственное человеческое предприятие, где готовность жить с неудобными открытыми вопросами считается достоинством, а не слабостью. Декогеренция учит этому лучше всех — потому что показывает, как красиво, элегантно и убедительно можно не ответить, и при этом всё равно продвинуться вперёд.