Багатосвітова інтерпретація

Як і інші інтерпретації, багатосвітова повинна пояснити традиційний двохщілинний експеримент. Коли кванти світла (або інші частинки) проходять через дві щілини, то, щоб розрахувати, куди вони попадуть, потрібно припустити, що світло має хвильові властивості. З іншого боку, якщо кванти реєструються, то вони завжди реєструються у вигляді точкових частинок, а не у вигляді розмитих хвиль. Щоб пояснити перехід від хвильової поведінки до корпускулярної, копенгагенська інтерпретація вводить процес так званого колапсу.

Хоча з часу виходу оригінальної роботи Еверетта вже було запропоновано кілька нових версій багатосвітової інтерпретації, їм всім властиві два основних моменти. Перший полягає в існуванні функції стану для усього Всесвіту, яка увесь час задовільняє рівнянню Шредінгера і ніколи не зазнає недетермінованого колапсу. Другий момент полягає в припущенні, що цей всесвітній стан є квантовою суперпозицією декількох (а можливо, і нескінченної кількості) станів однакових паралельних всесвітів, які не взаємодіють між собою.

На думку деяких авторів, термін «багатосвітова» тільки вводить в оману; багатосвітова інтерпретація не передбачає реальної наявності саме інших світів, вона пропонує лише один реальний світ, який описується єдиною хвильовою функцією, яку, однак, для завершення процесу вимірювання якої-небудь квантової події, необхідно розділити на спостерігача (який виконує вимірювання) та об'єкт, які описуються кожен своєю хвильовою функцією. Однак зробити це можна по різному, а тому в результаті отримуються різні значення вимірюваної величини і, що характерно, різні спостерігачі. Тому вважається, що при кожному акті вимірювання квантового об'єкта, спостерігач ніби розщеплюється на декілька (ймовірно, нескінченно багато) версій. Кожна з цих версій бачить свій результат вимірювання і, діючи у відповідності до нього, формує власну історію, що передувала вимірюванню, та версію Всесвіту. Із врахуванням цього цю інтерпретацію, як правило, і називають багатосвітовою, а сам багатоваріантний Всесвіт — Мультиверсом[1].

Однак не можна представляти «розщеплення» спостерігача як розділення одного Всесвіту на багато окремих світів. Квантовий світ, згідно з багатосвітовою інтерпретацією — рівно один, але величезна кількість частинок у ньому замінена дуже складною світовою функцією, і зсередини цей світ може бути описаний нескінченною кількістю різних способів, при чому це не призводить до невизначеностей, оскільки Всесвіт ніхто не може спостерігати (описувати) ззовні[1].

Ідеї багатосвітової інтерпретації беруть початок в дисертації Г'ю Еверетта з Принстона, написаної під керівництвом Джона Вілера, а сам термін «багатосвітова» завдячує своїм існуванням Брайсу Девітту, який розвинув тему оригінальної роботи Еверетта. Формулювання Девітта стало настільки популярним, що його часто плутають з вихідною роботою Еверетта.

До того часу, як Джон фон Нейман написав у 1932 р. свій знаменитий трактат «Математичні основи квантової механіки», явище «колапсу хвильової функції» було вбудоване в математичний апарат квантової механіки у вигляді постулату, що існує два процеси, при яких хвильова функція змінюється:

1. Стрибкоподібна випадкова зміна, викликана спостереженням і вимірюванням.
2. Детермінована еволюція з часом, яка підпорядковується рівнянню Шредінгера.

Багато хто визнавав, що явище колапсу хвильової функції, запропонованого копенгагенською інтерпретацією, є штучним трюком і, отже, необхідно шукати іншу інтерпретацію, в якій поведінка при вимірюванні трактується з допомогою більш основоположних фізичних принципів.

Докторська робота Еверетта якраз і пропонувала подібну альтернативу. Еверетт запропонував вважати, що для складеної системи (якою є частинка, що взаємодіє з вимірювальним приладом) твердження про те, що яка-небудь підсистема перебуває у визначеному стані, є безглуздим. Це привело Еверетта до висновку про відносний характер стану однієї системи відносно іншої.

Формулювання Еверетта, яке приводить до розуміння процесу колапсу хвильової функції, що відбувається при вимірюванні, математично еквівалентне квантовій суперпозиції хвильових функцій. Оскільки Еверетт припинив займатися теоретичною фізикою невдовзі після здобуття ступеня, подальший розвиток його ідей виконували інші дослідники, з яких можна виділити Брайса Девітта і Михайла Менського.[2]

У формулюванні Еверетта, вимірювальний прилад M та об'єкт вимірювання S утворюють складену систему, кожна з підсистем якої до вимірювання існує у певних станах (які залежать від часу). Вимірювання розглядається як процес взаємодії між M та S. Після того, як між M та S відбулася взаємодія, більше немає можливості описувати кожну з підсистем з допомогою незалежних станів. За Евереттом, будь-які можливі описи повинні бути відносними станами: наприклад, стан M відносно заданого стану S або стан S відносно заданого стану M.

У формулюванні Девітта, стан S після вимірювання є квантовою суперпозицією альтернативних історій S.

У випадку представлення багатосвітової інтерпретації як хаотичної інфляції Всесвіту (який при вимірюванні ділиться на багато світів, які не взаємодіють між собою, і гіпотетично частина з них може сильно відрізнятися від інших), таку багатосвітову інтерпретацію не можна цілком вважати науковою, оскільки вона не відповідає критерію Поппера.[3]

При цьому користь у такій інтерпретації безперечно є, але може обговорюватися лише крізь призму її прагматичного використання. Так, наприклад, аналіз деяких питань в інтерпретації хаотичної інфляції світів, хоча і призводить до тих самих результатів, що і в будь-якій іншій інтерпретації квантової механіки, але є простішим з логічної точки зору — що і пояснює її популярність в деяких галузях науки (наприклад, у квантовій космології).

Щоб не плутати таку інтерпретацію мультивсесвіту з багатоваріантним Всесвітом, який складається з єдиного світу, але описуваного різними способами, деякі фізики пропонують називати останній «альтерверсом» (на противагу «мультиверсу» — множині незалежних світів, які утворюються в моделях хаотичної інфляції).

• Г'ю Еверетт
• Девід Дойч
• Паралельні світи у фантастиці
• Квантове безсмертя
• Мультивсесвіт
• Гіпотеза математичного всесвіту

• Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics // Stanford Encyclopedia of Philosophy(англ.)
• Michael Clive Price, The Everett FAQ(англ.)
• Фізик Олександр Львовський про існування «паралельних всесвітів», ймовірнісному колапсі хвильової функції та парадокси квантової механіки(рос.)