Физики предложили новую «теорию над квантовой механикой»: её назвали QBox

Физики из Университета Париж-Сакле предложили теоретическую модель QBox. В ней квантовая механика рассматривается не как окончательный фундамент физики, а как устойчивый режим более общей структуры. В этой структуре допускаются состояния и преобразования, которые уже не укладываются в стандартный квантовый формализм.

Сама идея выглядит непростой и, честно говоря, довольно дерзкой. Квантовую механику трудно подозревать в слабости: больше века она выдерживает проверки, лежит в основе описания атомов, света, свойств вещества, полупроводников и вообще огромной части современной физики. Споры вокруг неё идут постоянно, но чаще вокруг интерпретаций, измерения, связи с гравитацией. Не вокруг вопроса, есть ли под ней ещё один слой. Авторы QBox как раз туда и смотрят. В этой модели квантовые правила не кладутся в основание заранее. Сначала задаётся более широкий набор возможных состояний и операций, а уже внутри него появляется привычная квантовая механика. Не как исходная аксиома, а как режим, который почему-то оказывается устойчивым.

И вот это «почему-то» здесь, кажется, самое важное. Авторы используют понятие hyperdecoherence — гипердекогеренции. Термин громоздкий, но он не взят с потолка. В обычной квантовой механике декогеренция помогает объяснять, почему мы не видим странные квантовые суперпозиции в бытовом мире. Система взаимодействует с окружением, часть информации становится недоступной, и вместо набора возможных вариантов наблюдатель получает более привычную картину: прибор показывает одно значение, объект оказывается в одном месте, событие выглядит определённым. В QBox похожий ход переносится выше. Только теперь речь не о том, как классический мир появляется из квантового. Здесь сама квантовая механика должна получаться из более широкой теории. Гипердекогеренция отбрасывает лишние возможности и оставляет тот набор состояний и преобразований, который уже выглядит как обычная квантовая физика.

На бумаге это, конечно, красиво. Но у такой идеи сразу появляется неудобное требование: она не должна испортить то, что уже работает. Квантовая теория слишком хорошо согласуется с экспериментами, чтобы под неё можно было просто подставить произвольную «более глубокую» схему. Любая такая модель должна объяснить не только то, откуда берутся квантовые правила, но и почему они почти нигде не дают сбой. У этой истории есть ещё один фон. В 2018 году была сформулирована no-go theorem для моделей гипердекогеренции. Если грубо, она показывала, что построить такую теорию не получится при одновременном сохранении двух вещей: привычной причинности и принципа purification.

С причинностью всё понятно хотя бы интуитивно: следствие не должно появляться раньше причины, а порядок событий нельзя менять без ограничений. Purification устроен тоньше. В квантовой теории он позволяет рассматривать смешанное состояние как часть более полного чистого состояния, если учитывать систему вместе с окружением. Для физиков это не декоративная деталь, а один из важных элементов квантового языка. QBox обходит этот запрет, но за это приходится платить. В модели причинность не считается обязательным свойством самого глубокого уровня. Кроме того, очистка состояний становится неоднозначной: одно и то же более общее состояние может давать разные квантовые описания. Звучит не очень уютно, особенно если привыкнуть к нормальной физической интуиции. Но именно в этом месте работа и становится интересной.

Поэтому модель называют некаузальной. Это не значит, что в ней появляются путешествия во времени или простые парадоксы в духе фантастики. Скорее, проверяется более странная возможность: причинность может быть не исходным правилом реальности, а свойством, которое возникает уже на уровне квантовой механики. Тогда привычный порядок причин и следствий оказывается частью сформировавшейся картины, а не фундаментальным законом, заданным с самого начала.

Пока QBox остаётся теоретической конструкцией. Экспериментального подтверждения у неё нет, и неясно, можно ли вообще придумать проверку, которая отличит такую схему от стандартной квантовой механики. Но ценность работы не только в этом. Она показывает, насколько дорогой может оказаться попытка заглянуть «ниже» квантовой теории. Там быстро начинают шататься вещи, которые обычно кажутся почти неприкосновенными: причинность, однозначность описания состояний и сама уверенность в том, что квантовая механика — последний этаж физической картины мира.

Источник: https://www.popularmechanics.com