Новое моделирование предполагает, что наша реальность (или вселенная) может быть одной из многих в рамках квантовой мультивселенной. Мы будем ежедневно испытывать классический опыт, потому что, какое бы положение ни занимала реальность в мультивселенной, квантовый опыт неизбежно станет классическим. Таким образом, мы будем существовать в квантовой мультивселенной, не осознавая этого.
С тех пор как в 1950-х годах физик Хью Эверетт предложил существование множественных вселенных, эта концепция стала набирать популярность как среди ученых, так и в массовой культуре. Согласно гипотезе, наша вселенная существует параллельно со многими другими, постоянно разделяющимися и недоступными друг для друга.
С тех пор были предложены различные типы мультивселенных, в том числе «вселенные-пузыри», существующие в бесконечном количестве и не имеющие связи между собой (теория «вечной инфляции»). Однако концепция «квантовой мультивселенной» несколько отличается. Если классические мультивселенные состоят из вселенных, существующих по отдельности в пространстве-времени, то квантовая мультивселенная будет состоять из нескольких вселенных, расположенных в одной точке пространства-времени.
Теоретические проблемы изучения квантовой мультивселенной связаны в основном с тем, как примирить ее с нашей классической реальностью. Если применить уравнение Шрёдингера ко всей Вселенной, то квантовые суперпозиции будут разрастаться, порождая несколько вселенных или событий, развивающихся одновременно. Однако если бы наша реальность действительно существовала в рамках квантовой мультивселенной, то почему весь наш опыт в итоге оказывается классическим, а не квантовым? Другими словами, этот тип мультивселенной кажется принципиально несовместимым с нашей реальностью.
Трио исследователей из Автономного университета Барселоны предлагает решить эту проблему совместимости с помощью нерелятивистской квантовой механики, основанной, в частности, на концепции «декогерентных историй» — современной интерпретации квантовой механики. «Используя нерелятивистскую квантовую механику, мы предоставляем прямое доказательство того, что квантовая мультивселенная совместима с нашей опытной «классической реальностью», — объясняют они в исследовании, опубликованном в Physical Review X.
Неизбежное возникновение классического эксперимента?
Концепция декогерентных историй основана на определении вероятности существования различных альтернативных историй для данной системы. Эти вероятности учитывают как законы классической физики, так и согласуются с квантовой механикой. Авторы нового исследования объединили эту концепцию с концепцией квантовой мультивселенной, чтобы оценить, насколько часто последняя может порождать подобные истории.
Каждое физическое явление можно разложить на последовательность шагов, происходящих в определенное время. Квантовые объекты должны иметь четко определенные записи о своем поведении в прошлом. Вместо того чтобы следовать этой интерпретации, эксперты в исследовании использовали квантовые уравнения, описывающие нечеткий набор возможных вариантов поведения, которые становятся окончательными только после наблюдения объекта.
Чтобы смоделировать свои уравнения, исследователи использовали упрощенную экспериментальную систему, содержащую два взаимодействующих квантовых объекта (путем теплообмена). Несмотря на свою простоту, эта модель, на первый взгляд, обладает теми же свойствами, что и более сложные системы в реальном мире. Они обнаружили, что по мере увеличения массы объектов (до нескольких тысяч частиц) вероятность того, что они будут демонстрировать классическое поведение, возрастает, что соответствует декогерентной истории. Переход от квантового к классическому состоянию происходил очень быстро и почти неизбежно. Это говорит о том, что наша (классическая) реальность действительно совместима с квантовой мультивселенной.
Однако Роберт Гриффитс, первый физик, разработавший концепцию декогерентных историй, считает, что его теория несовместима с теорией множественных вселенных. По его мнению, эти результаты поднимают вопросы о том, как квантовая декогеренция (теория, объясняющая переход между квантовым и классическим состояниями) формирует нашу вселенную, но их недостаточно для объяснения потенциального существования квантовой мультивселенной. С другой стороны, некоторые вопросы остаются без ответа, например, всегда ли неизбежно возникновение классического мира из квантового, даже если не существует множества вселенных, существующих параллельно.
Тем не менее, несмотря на относительную простоту, модель, разработанная командой в новом исследовании, может улучшить наше понимание фундаментальных принципов квантовой механики. Более того, эти результаты потенциально могут иметь последствия для астрономии, особенно если классичность действительно неизбежна.
