Конкретный вид указательных состояний зависит от того, как устроено взаимодействие между системой и средой – в первую очередь от того, насколько оно сильно. Если оно слабое, главную роль в формировании указательных состояний играет (командуя в уравнении Шрёдингера) энергия самой системы, и тогда выделенными оказываются состояния с постоянной энергией; они, как правило, нелокализованные, и именно таково состояние электронов в атоме. Но если взаимодействие между системой и средой достаточно сильное и при этом зависит от расстояния – а такое часто случается в соответствии с законами природы, – то предпочтительными состояниями оказываются те, которые отвечают определенному положению в пространстве. Причина – в отсутствии вражды между однотипными величинами (расстояние и положение в пространстве) и, наоборот, вражда положения с некоторыми другими величинами, например с энергией движения. Классический мир, как отсюда можно заключить, хотя бы отчасти обязан своим возникновением распространенной форме законов природы – зависимости силы взаимодействия от расстояния.
Поучительный пример того, как взаимодействие со средой «побеждает» стремление квантовых систем находиться в состояниях с определенной энергией, – молекулы, такие как сахара, которые имеют две пространственные формы, представляющие собой зеркальные отражения друг друга. Эти молекулы всегда находятся в состояниях с определенной хиральностью, т. е. являются левыми или правыми, хотя каждое из этих состояний – это комбинация состояний с определенной энергией! Дело здесь именно в постоянном «наблюдении» со стороны среды, образованной окружающими молекулами. Всякая попытка приготовить молекулы сахара в состоянии с определенной энергией привела бы к немедленной декогеренции в более устойчивые состояния с определенной хиральностью.
И никогда не наблюдаются состояния, выражающие комбинацию различных значений электрического заряда. По-видимому, взаимодействие заряда с им же созданным полем уже играет роль взаимодействия со средой, в результате которого такие комбинации проигрывают состояниям с определенным зарядом.
Каждому указательному состоянию соответствует набор физических величин, которые хорошо отпечатываются в среде: от них требуется отсутствие взаимной вражды в смысле, обсуждавшемся в главе 3 (а также – аналогичным математическим образом – «дружба» с самим указательным состоянием). Тогда их можно наблюдать/измерять совместно, и наблюдатели получат для них устойчивые и согласующиеся между собой данные – необходимые черты классической реальности. Например, различные наблюдатели, к которым попадают порции информации от уже упоминавшейся пылинки, сделают из них согласованные выводы о ее положении в пространстве, и это позволяет приписать пылинке «объективное положение». Именно консенсус, достигаемый на основе независимых наблюдений, и поддерживает иллюзию объективного существования классической реальности.
Из устройства запутанности математически следует, кроме того, что отчетливо различные отпечатки в среде оставляют только те квантовые состояния, которые «максимально разделены» в своих математических пространствах, где властвует квантово-механический «оракул». Оттуда к нам передается таким способом некоторая дискретность: два «соседних» состояния, различимых по отпечаткам в среде, в своей внутренней жизни должны различаться не на какую-то незначительную добавку, а максимально существенно, на что-то вроде «скачка» (не должны иметь никакого «пересечения», для чего есть строгое математическое определение).
У нас нет ни возможности, ни необходимости вылавливать всю распространившуюся по среде информацию, прочесывая пространство целиком. Каждому наблюдателю всегда доступен только какой-то фрагмент – например, далеко не все фотоны, которые могут свидетельствовать об этом тексте, попадают на вашу сетчатку. Кроме того, записи в среде в огромной степени избыточны, поэтому при накоплении информации быстро наступает насыщение: дальнейшее восприятие не дает почти ничего нового. «Создание» классической реальности на основе избыточной информации перекликается с замечанием Витгенштейна о персонаже, который собирается купить побольше экземпляров утренней газеты, чтобы уверить себя, что все, написанное в газете, – правда{102}. Похожим образом и обстоит дело с возникновением правдивой классической реальности, с тем только отличием, что тут содержание «газеты» все же слегка варьируется от экземпляра к экземпляру в зависимости от того или иного фрагмента среды.
А разве Вигнер с друзьями не пошатнули представления о наличии классической реальности как таковой? В принципе да, но только в принципе. Все «вигнеровские штучки» исключительно уязвимы в отношении взаимодействия со средой. Даже намек на среду полностью снимает все сложности с устройством квантовой реальности, обсуждавшиеся в предыдущей главе (недаром надежды создать друзей/коллег Вигнера связаны только с их существованием внутри квантовых компьютеров). Благодаря среде, выполняющей свою работу по декогеренции, друзья и коллеги Вигнера могут не беспокоиться о тонкостях квантового устройства и во всех практических смыслах быть уверенными, что живут в одной классической реальности с Вигнером и всеми прочими.
В программу квантового дарвинизма входит и вывод правила Борна для вероятностей (глава 10). Без него, как мы видели, в квантовой механике «совсем никуда», и было бы замечательно не принимать его как независимую аксиому, а получить в качестве следствия из декогеренции и сопутствующих идей. Прогресс в этом направлении есть, но остается и проблема, которую квантовый дарвинизм и вообще декогеренция не решают: это механизм коллапса (или объяснение, почему кажется, что коллапс есть, если его нет). Декогеренция останавливается «вплотную перед коллапсом», объясняя, каким образом различные ветви волновой функции (охватывающей, разумеется, среду) теряют связь друг с другом. Большего от декогеренции требовать нельзя, потому что коллапс не может происходить в согласии с уравнением Шрёдингера, а декогеренция – это ожидаемые следствия из уравнения Шрёдингера, только примененного к огромному числу частиц. Для объяснения коллапса все равно требуется привлечь к делу избранную вами интерпретацию квантовой механики. Пожалуй, самым естественным образом идеи декогеренции встраиваются в многомировые концепции (глава 11), заодно снимая имевшуюся там неясность относительно того, по каким именно ветвям расходятся различные вселенные (на этот счет я уже проговорился чуть выше: по ветвям, которые растут из указательных состояний и декогерируют относительно друг друга).
Прямая математическая проверка декогеренции вообще и квантового дарвинизма в частности со сколько-нибудь реалистичным числом участников невозможна (в том числе и на компьютере) именно из-за колоссального числа участников; вместо этого теоретически исследовались многие очень упрощенные ситуации, и в них находили свое подтверждение обсуждавшиеся выше эффекты, такие как устойчивость указательных состояний, распространение корреляций по среде, множественность копий и насыщение классического восприятия из среды. Кроме того, в ситуациях, поддающихся контролю в силу их простоты, ставились и реальные эксперименты с целью зафиксировать подобные эффекты. Например, замена в кристаллической структуре алмаза одного атома углерода на азот, у которого на один электрон больше, привносит в это место «одинокий спин» этого лишнего электрона. Он и становится исследуемой квантовой системой. В качестве среды выступает тот же алмаз, а точнее – те 0,3 % ядер атомов углерода, которые представляют собой изотоп углерод-13, а не углерод-12, как все остальные. У них, в отличие от прочих, имеется ненулевой спин. «Одинокий спин» нашего электрона взаимодействует с несколькими ядерными спинами, а те взаимодействуют между собой. Спином электрона можно управлять (например, переворачивать его), а затем смотреть, как реагируют ядерные спины. Удалось зафиксировать и многократно повторенные «отпечатки», и быстрое насыщение среды информацией. Разумеется, до исчерпывающих проверок пока далеко, и по мере того, как экспериментальные возможности будут нарастать, представления о механизме производства классической реальности из квантовой будут, наверное, уточняться. Обсуждаемые в этой главе идеи продолжают эволюционировать, и концепция квантового дарвинизма едва ли останется без изменений, но определяющая роль среды в формировании иллюзии классического мира не вызывает серьезных сомнений.
