Квантовая механика — самая точная и одновременно самая загадочная теория в истории науки. Пока одни учёные используют её для создания сверхбыстрых процессоров, другие ведут ожесточённые споры о том, что она говорит нам о реальности: живём ли мы в единственном мире или являемся частью бесконечной мультивселенной?
Физик Мария Виоларис из Оксфордского университета уверена, что вопрос о мультивселенной давно перестал быть чисто философским. В своей лекции для The Royal Institution она представляет пять способов проверить реальность «многих миров» экспериментально — от мысленных экспериментов с кошкой Шрёдингера до новейшего квантового чипа Google.
🐱 Кот Шрёдингера и «Uno-реверс» для реальности 2:14
В 1935 году Эрвин Шрёдингер предложил свой знаменитый эксперимент с котом в ящике, чтобы показать абсурдность квантовой суперпозиции на макроуровне . Согласно квантовой теории, если атом находится в суперпозиции «распался и не распался», то и кот, чья жизнь зависит от этого атома, должен быть одновременно и жив, и мёртв.
Мария Виоларис объясняет, что в современной физике существуют два основных подхода к этой ситуации:
- Одномировой подход (коллапс): в момент измерения (открытия ящика) суперпозиция необратимо схлопывается в одно состояние — кот либо жив, либо мёртв .
- Многомировой подход (ветвление): никакого коллапса не происходит. Вместо этого наблюдатель сам становится частью суперпозиции. Возникает две ветви реальности: в одной вы видите живого кота, в другой — мёртвого .
Долгое время это считалось лишь разницей в интерпретациях, но в 1985 году физик Дэвид Дойч предложил способ их научной проверки . По словам Виоларис, ключ кроется в обратимости.
В многомировой интерпретации всё теоретически обратимо, так как информация не теряется, а лишь разветвляется. В одномировом подходе коллапс — это «билет в один конец». Если мы сможем провести измерение над «котом» (роль которого исполнит квантовый компьютер), а затем с помощью «квантовой карты Uno-реверс» повернуть процесс вспять, то результат покажет правду:
- Если мир один, при попытке реверса атом окажется в случайном состоянии из-за необратимого коллапса .
- Если миров много, атом вернётся в своё исходное состояние каждый раз, подтверждая, что обе ветви реальности существовали и соединились обратно .
💣 Квантовый детектор бомб: взрыв в соседней ветви 16:31
В 1993 году физики Авшалом Элицур и Лев Вайдман предложили парадокс, который, по мнению Вайдмана, является веским доказательством мультивселенной . Представьте коробку с бомбой, настолько чувствительной, что её детонирует даже один фотон . Можно ли узнать, есть ли в коробке бомба, не взорвав её?
Классическая физика говорит «нет», но квантовая механика предлагает использовать интерферометр . Если фотон проходит через систему зеркал в состоянии суперпозиции, он может «почувствовать» наличие бомбы в одном из путей, не взаимодействуя с ней напрямую.
Виоларис описывает три сценария этого эксперимента:
- Бомбы нет: фотон всегда попадает в один конкретный детектор .
- Бомба есть и она взрывается: фотон пошёл по пути с бомбой .
- Парадокс: бомба есть, она НЕ взорвалась, но фотон прилетел в «запрещённый» детектор .
Как мы узнали о бомбе, если фотон с ней не взаимодействовал? По мнению Льва Вайдмана, объяснение только одно: в одной ветви мультивселенной фотон всё-таки столкнулся с бомбой и она взорвалась, а мы находимся в той ветви, где этого не произошло, но «эхо» этого события позволило нам получить информацию .
🛸 Квантовая телепортация и секретные «Киндер-сюрпризы» 26:24
Квантовая запутанность часто описывается как «жуткое действие на расстоянии», где измерение одной частицы мгновенно влияет на другую, даже на другом конце галактики . Однако многомировая интерпретация предлагает локальное объяснение, исключающее магию.
Виоларис сравнивает запутанные частицы с яйцами Kinder Surprise :
- В классическом понимании информация «прыгает» от Алисы к Бобу мгновенно.
- В многомировом подходе классические биты, которые Алиса посылает Бобу, на самом деле являются «скрытыми квантовыми кубитами» .
- Информация о состоянии частицы надёжно заперта внутри этих «яиц». Она перемещается в пространстве вполне легально и локально, и Боб может «отпереть» её только при наличии своей половины запутанной пары .
Таким образом, многомировая интерпретация позволяет сохранить локальность физики (ничто не движется быстрее света), но ценой признания существования огромного объёма недоступной нам информации в других ветвях .
💻 Доказывает ли процессор Willow от Google мультивселенную? 39:12
В 2024 году компания Google представила квантовый чип Willow, выполнивший вычисление, которое заняло бы у самого мощного классического компьютера 10 септиллионов лет . Команда Google в своём блоге прямо заявила: такая мощь может служить доказательством того, что квантовые вычисления происходят в параллельных вселенных .
Логика сторонников этой идеи, по словам Виоларис, такова:
- Даже если превратить все атомы видимой Вселенной в классический компьютер, его не хватило бы для решения такой задачи за разумное время .
- Если вычисление всё же было проведено, оно должно было произойти где-то ещё.
- Следовательно, компьютер использовал вычислительные ресурсы параллельных ветвей реальности .
Сама Мария Виоларис относится к этому аргументу осторожнее. Она считает, что квантовый компьютер — это просто «экстремальная версия» обычного эксперимента с двумя щелями . Если вы верите, что фотон в эксперименте с щелями проходит через оба отверстия одновременно, то чип Google — лишь более масштабная демонстрация того же принципа.
✉️ Связь сквозь миры: парадокс создания знаний 46:52
Завершает список пятый тест — собственная разработка Марии Виоларис, касающаяся коммуникации между ветвями. Обычно считается, что ветви мультивселенной никогда не пересекаются, но Виоларис предлагает использовать вариант эксперимента «Друг Вигнера» .
В этом сценарии один наблюдатель (Друг) находится внутри квантовой симуляции, а другой (Вигнер) управляет процессом снаружи. По схеме Виоларис, Вигнер может провести операцию, которая буквально поменяет местами содержимое двух ветвей мультивселенной .
Это приводит к «парадоксу создания знаний» :
- Друг из ветви «А» пишет сообщение своему «двойнику» из ветви «Б».
- Друг из ветви «Б» получает это сообщение (например, доказательство сложной теоремы).
- Возникает вопрос: откуда взялось это знание? Если ветви «А» физически не существует (как утверждает одномировой подход), то информация возникла из ниоткуда .
По мнению Виоларис, если мы когда-нибудь сможем запустить ИИ на достаточно мощном квантовом компьютере, этот эксперимент станет окончательным тестом . Если ИИ получит информацию от своего «соседа» по суперпозиции, существование мультивселенной станет доказанным фактом.
