Можно ли убрать наблюдателя из квантовой физики? Новая теория причинности утверждает что да

Квантовая механика — это, пожалуй, самый успешный и одновременно самый непонятный инструмент в арсенале современной науки. С инженерной точки зрения она безупречна: наши компьютеры, лазеры и МРТ-сканеры работают именно благодаря ей. Но с философской точки зрения теория остается полной логических дыр. Главная проблема, которая не дает покоя физикам уже почти сто лет, — это роль наблюдателя.

Почему микромир существует в виде облака вероятностей, а макромир, который мы видим, конкретный и однозначный? Действительно ли взгляд человека (или измерительного прибора) создает реальность? Новое исследование, опубликованное в 2024 году физиками Ником Ормродом и Джонатаном Барреттом, предлагает выход.

Кризис интерпретации: кто смотрит на Луну?

В классической физике все просто: мяч летит, потому что его ударили. Причина предшествует следствию, и это правило работает независимо от того, смотрит ли кто-то на мяч. В квантовом мире эта логика ломается. До момента измерения электрон не имеет четкой координаты — он размазан в пространстве, описываемый волновой функцией.

Проблема возникает, когда мы пытаемся понять, как происходит переход от вероятности к событию. Стандартная (Копенгагенская) интерпретация говорит: «измерение заставляет волновую функцию схлопнуться». Но что такое измерение? Где граница между наблюдателем и наблюдаемым? Эйнштейн, критикуя этот подход, язвительно спрашивал: «Неужели Луна существует только потому, что на нее смотрит мышь?»

Многие современные теории пытаются обойти этот вопрос. Кто-то придумывает бесконечные параллельные вселенные (Многомировая интерпретация), кто-то сводит физику к субъективному знанию (квантовое байесианство). Но Ормрод и Барретт решили вовсе исключить наблюдателя из уравнения, заменив его математической структурой причинно-следственных связей.

Причинные пузыри

Суть новой гипотезы заключается в пересмотре того, что мы считаем кирпичиками мироздания. Обычно мы представляем Вселенную как набор объектов (частиц), которые взаимодействуют друг с другом.

В новой концепции реальность не ждет, пока на нее посмотрят. Она создается сама собой через сеть взаимодействий. Авторы объединили две существующие, но неполные теории:

1. Согласованные истории: идея о том, что система может эволюционировать по разным траекториям, но в реальности реализуются только логически непротиворечивые сценарии.
2. Реляционная квантовая механика: идея о том, что свойства объекта существуют только относительно другого объекта, с которым он взаимодействует.

Объединив их и добавив математический аппарат «причинных пузырей», физики получили модель, где определенность мира возникает из самой структуры его связей, а не из волшебного акта наблюдения.

Парадокс друга Вигнера: реальность в пузырях

Новая теория проходит проверку на прочность с помощью знаменитого мысленного эксперимента «Друга Вигнера». И так, друг находится в лаборатории и измеряет частицу. Для него результат определился — он видит, скажем, «спин вверх». Снаружи лаборатории стоит сам Вигнер. Для него и друг, и частица все еще находятся в неопределенном квантовом состоянии (суперпозиции).

Кто из них реальнее? Стандартная квантовая механика заходит здесь в тупик, предполагая существование двух противоречащих друг другу реальностей.

Модель Ормрода-Барретта, для разрешения конфли вводит понятие причинных пузырей.

• Внутри пузыря лаборатории причинная цепочка замкнулась, и результат стал фактом.
• Для Вигнера, находящегося в другом причинном пузыре, события в лаборатории еще не стали частью его причинной истории.

Оба наблюдателя реальны, но их реальность относительна. Определенность перестает быть абсолютным свойством Вселенной, становясь свойством конкретной причинной сети. Конфликта нет, потому что нет единой, глобальной точки зрения — есть только череда взаимодействий.

Святой Грааль физики: мост к гравитации

Мечта современной науки — теория квантовой гравитации, объединяющая квантовую механику с Общей теорией относительности Эйнштейна.

• В ОТО гравитация — это геометрия пространства-времени. Но еще в 1970-х было доказано, что саму структуру пространства-времени можно вывести из причинных связей (световых конусов).
• Новая работа показывает, что и квантовая реальность может возникать из причинных структур.

Если и ткань космоса (гравитация), и поведение материи (кванты) растут из одного корня — причинности, — то у нас наконец-то появляется реальный шанс их объединить. Вместо того чтобы выдумывать 11 измерений, как в теории струн, физики могут обнаружить, что ключ к «Теории всего» лежал на поверхности. Это просто закон причины и следствия, возведенный в абсолют.

Заключение

Тем не менее, к этой красивой гипотезе следует относиться с холодным скепсисом. На данном этапе работа Ормрода и Барретта представляет собой скорее изощренную математическую эквилибристику, чем полноценную физическую теорию. Суть в том, что замена туманного термина «наблюдение» на не менее абстрактные «причинные пузыри» может оказаться лишь семантической уловкой, перекладывающей загадку из одного кармана в другой. Пока эта модель лишь ретроспективно объясняет известные факты, но не делает ни одного нового предсказания, которое можно было бы проверить в лаборатории и которое отличало бы её от стандартной квантовой механики.

Без экспериментальной верификации причинный подход рискует повторить судьбу теории струн — стать безупречно логичным «замком на песке», который десятилетиями существует лишь в головах теоретиков, не имея никакой связи с реальным миром.

Источник: arXiv