# «Ит из бита»: создают ли наблюдатели физическую реальность Вселенной? Источник: https://www.youtube.com/watch?v=I8p1yqnuk8Y Канал: PBS Space Time Опубликовано: 20.04.2022 --- Представьте, что вы ведете игру в «20 вопросов», но на середине забыли загаданное слово и теперь вынуждены отвечать наугад, пытаясь сохранить логическую непротиворечивость с предыдущими ответами. Возможно, именно так наша Вселенная конструирует физическую реальность прямо на наших глазах. В этом материале, основанном на выпуске научного канала PBS Space Time, мы разберем революционную концепцию «участвующей Вселенной» физика Джона Арчибальда Уилера и попытаемся понять, существует ли мир объективно или он создается нашими вопросами к нему. ## 🐈 Квантовая неопределенность и кризис реализма [[JUMP:00:00]] Физики традиционно придерживаются реалистического взгляда на мир, согласно которому существует объективная физическая реальность, полностью независимая от нашего субъективного опыта [0:27]. В этой классической картине ученый представляется идеально отстраненным наблюдателем, способным измерять параметры Вселенной, никак ее не тревожа [0:55]. Однако в XX веке появление квантовой механики разрушило этот комфортный образ [1:08]. Выяснилось, что акт измерения не просто влияет на измеряемую систему, но и лишает смысла разговоры о физических свойствах объектов между измерениями [1:08]. По известному выражению Нильса Бора, «ни одно явление не является явлением, пока оно не стало наблюдаемым явлением» [1:08]. Бор возглавил разработку копенгагенской интерпретации квантовой механики, которая постулирует, что физические характеристики мира обретают смысл только в процессе измерения [1:22]. Другие великие физики, включая Альберта Эйнштейна, отчаянно пытались спасти концепцию независимой, объективно существующей Вселенной [1:22]. ### Парадоксы наблюдателя: от кота Шрёдингера до друга Вигнера Чтобы продемонстрировать абсурдность копенгагенского подхода, Эрвин Шрёдингер предложил знаменитый мысленный эксперимент с котом в закрытом ящике [2:14]. С точки зрения квантовых уравнений, пока коробка закрыта, животное находится в суперпозиции — оно одновременно и живо, и мертво [2:27]. Ситуация становится еще более парадоксальной в сценарии «Друг Вигнера» [2:41]. В этой схеме: * Первый ученый открывает коробку и фиксирует состояние кота [2:41]. * Второй ученый ждет снаружи лаборатории [2:41]. * Для внешнего наблюдателя и кот, и первый ученый находятся в запутанной суперпозиции до тех пор, пока он не получит отчет [2:41]. Этот парадокс ставит фундаментальный вопрос: если реальность зависит от наблюдения, то как разные наблюдатели умудряются разделять одну и ту же согласованную физическую картину мира [2:53]? Физическое сообщество раскололось на несколько лагерей в попытке разрешить это противоречие: 1. **Субъективный идеализм наблюдателя**: Джон фон Нейман и Юджин Вигнер утверждали, что акт сознательного наблюдения непосредственно создает физическую реальность [3:21]. 2. **Объективные физические теории**: теория пилотной волны де Бройля — Бома или модели объективного коллапса волновой функции пытались сохранить классическую реальность [3:33]. 3. **Эволюционные и статистические подходы**: многомировая интерпретация Хью Эверетта и концепция квантовой декогеренции объясняли роль наблюдателя через эффект селективного отбора альтернативных историй [3:46]. 4. **Прагматизм**: Ричард Фейнман иронично призывал коллег «заткнуться и считать», отказавшись от бесплодного философствования [3:59]. Большинство физиков с радостью последовали его совету, сосредоточившись на практическом применении квантовой механики для создания современных технологий [4:13]. ## 💾 «Ит из бита»: информационная вселенная Джона Уилера [[JUMP:04:13]] Одним из немногих ученых, отказавшихся игнорировать этот кризис основ физики, был Джон Арчибальд Уилер — выдающийся физик-теоретик, воспитавший целую плеяду блестящих умов, среди которых Ричард Фейнман, Хью Эверетт, Якоб Бекенштейн и Кип Торн [4:25]. Уилер не был полностью удовлетворен ни одной из существующих интерпретаций квантовой механики [4:25]. Начав свою карьеру как строгий физик-реалист, со временем он пришел к убеждению, что концепция наблюдателя носит фундаментальный характер [4:39]. При этом Уилер категорически отвергал солипсические взгляды фон Неймана и Вигнера, которые делали человеческое сознание главным источником причинности во Вселенной [4:53]. Итогом его многолетних размышлений стала знаменитая концепция «ит из бита» (it from bit) [4:53]. По мнению Уилера: * Любой физический объект («ит») — каждая частица, силовое поле и даже сам пространственно-временной континуум — черпает свое существование, функцию и смысл исключительно из ответов на бинарные («да/нет») вопросы физических приборов [5:07]. * Фундаментом Вселенной является не материя или энергия, а чистая информация [5:22]. * Реальность рождается в точке контакта между наблюдателем и объектом наблюдения, а не существует в каком-то одном из этих полюсов [5:22]. ## 🪞 Эксперимент с отложенным выбором и квантовая запутанность [[JUMP:05:36]] К столь радикальным научным выводам Уилера подтолкнули строгие мысленные эксперименты, ставшие впоследствии реальными лабораторными тестами. Одним из ключевых аргументов стал его «эксперимент с отложенным выбором» — модификация классического опыта с двумя щелями [5:36]. ### Как работает отложенный выбор Представим единичный фотон, направленный на полупрозрачное зеркало (светоделитель), которое с вероятностью 50/50 отражает его или пропускает насквозь [5:49]. Если мы установим детекторы на каждом из путей, то обнаружим, что фотон случайным образом регистрируется либо в первом, либо во втором детекторе [6:04]. Однако, согласно законам квантовой механики, до момента измерения фотон находится в суперпозиции, двигаясь по обоим путям одновременно [6:17]. Чтобы доказать это, Уилер предложил добавить второй светоделитель, который смешивает траектории и делает невозможным знание того, по какому именно пути прошел фотон [6:31]. В этом случае: * Второй светоделитель заставляет волновую функцию фотона интерферировать саму с собой [6:44]. * В первом детекторе наблюдается конструктивная интерференция (сигнал всегда есть) [6:58]. * Во втором детекторе происходит деструктивная интерференция (сигнал полностью гасится) [6:58]. Уникальность схемы Уилера заключается в том, что второй светоделитель можно установить *после* того, как фотон теоретически должен был сделать свой выбор и пройти через первое зеркало [7:11]. Многократные практические реализации этого опыта подтвердили: природа действительно сохраняет суперпозицию до тех пор, пока не будет произведено финальное измерение [7:26]. Наш выбор метода измерения здесь и сейчас определяет то, какое прошлое сформирует фотон [7:39]. Дополнительным подтверждением этой взаимосвязи служит феномен квантовой запутанности [7:39]. Измерение спина одной из запутанных частиц мгновенно предопределяет состояние ее напарника, даже если тот находится на другом конце галактики [7:54]. Вселенная как бы подстраивает свои свойства под характер задаваемых ей вопросов [8:06]. ## ❓ Игра в «отрицательные 20 вопросов» и соучастная Вселенная [[JUMP:08:06]] Для объяснения своей концепции Уилер придумал остроумную метафору — модифицированную игру в «20 вопросов», которую он назвал «отрицательной» [8:19]. ### Правила игры Уилера В стандартной игре Алиса задумывает предмет (например, яблоко), а Боб задает вопросы, требующие ответов «да» или «нет», чтобы отгадать его [8:33]. В версии Уилера правила меняются: * Алиса вообще не задумывает никакого предмета заранее [8:48]. * Она отвечает на вопросы Боба случайным образом или по определенному алгоритму, но с одним жестким условием: каждый новый ответ не должен противоречить всем ее предыдущим ответам [9:00]. * Если Боб сначала спросит: «Это меньше коробки из-под обуви?», и Алиса ответит «Да», то круг возможных вариантов сужается до канцелярских скрепок или мелкой гальки [9:15]. Если бы он задал другие вопросы сначала, игра могла бы привести его к тираннозаврам или деревьям [9:28]. Своими вопросами Боб не просто угадывает реальность — он заставляет ее определяться на ходу [9:42]. С точки зрения Уилера, наша Вселенная — это гигантская игра в отрицательные «20 вопросов» [9:54]. Физический мир, который мы наблюдаем, является единственным непротиворечивым результатом, согласующимся со всеми вопросами, когда-либо заданными ему наблюдателями [9:54]. ### Концепция «участвующей Вселенной» Уилер описывал космос как замкнутый «самовозбуждающийся контур», в котором наблюдатель и наблюдаемое взаимно порождают друг друга [10:08]. Этот подход перерастает в сильный антропный принцип: существовать может только та Вселенная, в которой возможно появление наблюдателей, способных своими вопросами сделать ее реальной [10:22]. Уилер назвал эту модель «участвующей Вселенной» (participatory universe) и проиллюстрировал ее знаменитым рисунком в виде латинской буквы **U** [10:35]: * Левый верхний кончик буквы символизирует Большой взрыв [10:48]. * По мере движения вниз и вправо Вселенная расширяется и остывает [10:48]. * На правом верхнем конце расположен глаз наблюдателя — астрономы, всматривающиеся сквозь телескопы обратно в точку начала времен [10:48]. * Их сегодняшние наблюдения, по мысли Уилера, ретроактивно формируют физическую реальность самого Большого взрыва [11:01]. Ведущий канала PBS Space Time подчеркивает, что Уилер не скатывался в мистику или популярный «квантовый спиритизм» (quantum woo) о силе мысли [11:15]. Физика волновал вопрос о том, что именно считать «битом» информации [11:27]. В его понимании под «наблюдением» может пониматься любое физическое взаимодействие физического зонда и зондируемого объекта, даже простое столкновение и запутывание двух неживых частиц [11:54]. ## 🌌 Новые горизонты: соучастный реализм и ответы на вопросы зрителей [[JUMP:12:35]] Сегодня идеи Уилера развиваются в рамках «соучастного реализма», включающего такие направления, как квантовый байесианизм (QBism) и реляционная квантовая механика [12:49]. Эти теории утверждают, что объективная реальность соткана из информации, которую физические сущности имеют друг о друге, сохраняя при этом фундаментальный материальный субстрат [13:03]. ### Разбор вопросов от зрителей канала В завершение выпуска ведущий ответил на популярные комментарии аудитории к прошлым эпизодам [14:38]. **Расширяется ли Вселенная в будущее?** Зритель Джон Рутерфорд поинтересовался, можно ли сказать, что Вселенная расширяется не в пространство, а в будущее [14:50]. Ведущий назвал эту формулировку очень красивой и точной метафорой [15:04]. Это столь же справедливо, как и утверждение о том, что центр Вселенной и точка Большого взрыва находятся в нашем временном прошлом [15:17]. **Влияет ли геометрия космоса на его финал?** Пользователь с ником *comrades of peristome* спросил, предопределяет ли геометрическая форма Вселенной (закрытая, открытая или плоская) сценарий ее гибели [15:17]. Ведущий пояснил: * В рамках классической космологии без учета темной энергии ответ был однозначно утвердительным: закрытая Вселенная неизбежно должна была сжаться, а открытая — расширяться вечно [15:45]. * Однако открытие темной энергии изменило эти правила [15:57]. Будучи источником отрицательного давления, темная энергия позволяет даже геометрически закрытой Вселенной расширяться бесконечно [15:57]. **Можем ли мы зафиксировать излучение Хокинга, если живем внутри черной дыры?** В теории любое космологическое событие должно испускать тепловое излучение горизонта событий, аналогичное излучению Хокинга [16:10]. Но длина волны такого излучения сопоставима с размерами самой наблюдаемой Вселенной, что делает его детекцию практически невозможной при нынешнем уровне технологий [16:38]. **Является ли наша Вселенная гигантской черной дырой?** Некоторые критики указывают на колоссальную разницу масс между самыми крупными черными дырами внутри нашей Вселенной и всей массой космоса, утверждая, что эта гипотеза требует «новой физики» [17:05]. Ведущий уточнил: общая теория относительности допускает существование черных или белых дыр любого масштаба [17:41]. Любопытно, что если рассчитать радиус Шварцшильда для массы всей наблюдаемой материи, он совпадет с размером нашего космологического горизонта событий [17:55]. Тем не менее, ведущий считает это совпадение лишь указанием на то, что плотность Вселенной близка к критической, а не прямым доказательством того, что мы живем внутри сингулярности, симуляции или созданы инопланетянами [18:10].