Особо важным представляется то, что мы можем сопоставить любому наблюдаемому объекту, в том числе эмоциям и мыслям, исходный вектор состояния, который в ходе взаимодействия с окружением декогерируется в данный наблюдаемый объект.
Глава 6. Мост между мирами
Мы можем полностью игнорировать истинную действительность из-за того, что наши представления о мире не допускают ее существования.
Рассмотрим теперь подробнее, что такое декогеренция. Надеюсь, вы уже не пугаетесь терминов, и можно дать вполне строгое определение.
Суть процесса декогеренции хорошо сформулировал С. И. Доронин[62] :
«Это процесс, при котором подсистемы начинают обосабливаться, отделяться друг от друга, вплоть до полного отделения и независимости (сепарабельности). При этом происходит их локализация: подсистемы приобретают видимые формы и „плотные тела“, которые разделяют их друг от друга.
Следствием декогеренции является то, что предсказания квантовой теории для макроскопических состояний невозможно отличить от предсказаний классической теории, если только не контролировать все степени свободы. Если ограничиться только „проявленными“ плотными телами, мы не найдем запутанности».
Декогеренция происходит тогда, когда в ходе взаимодействия состояния системы «перепутываются» с таким большим количеством состояний окружающей среды, что при усреднении исходного состояния по состояниям окружения эффекты квантовой запутанности становятся пренебрежимо малыми. Результат оказывается в точности таким же[63], как и в копенгагенской интерпретации, однако никакой «редукции» волновой функции не происходит: в совокупной системе, содержащей и измерительный прибор, и наблюдателя, суперпозиция состояний сохраняется. Иначе говоря, в этой системе сохраняются альтернативные варианты развития событий, и только для самого наблюдателя реализуется один из них.
Таким образом, «редукция» может рассматриваться как математический прием, компенсирующий переход от описания системы в целом к описанию ее частей. При этом за счет «редукции» можно учесть как раз те связи с окружением, которыми мы пренебрегаем при рассмотрении подсистемы.
Вероятностное описание классического мира возникает в КМ не потому, что мы чего-то не знаем о системе, а потому, что до измерения у нее нет каких-либо определенных характеристик. В целостной системе продолжает существовать суперпозиция возможных состояний, и только одно из них, для некоторой конкретной подсистемы, реализуется в ходе «эксперимента», проводимого всеми участниками процесса друг над другом.
Парадоксы квантовой механики исчезают при таком подходе, так как они — следствие попытки описать локальными понятиями (точка, пространство, время, частица и так далее) нелокальный мир. Как только мы отказываемся от этих попыток, исчезают и парадоксы.
В настоящее время можно утверждать, что декогеренция и есть тот универсальный механизм, который переводит суперпозиционное квантовое состояние в смешанное, проявленное, наблюдаемое, классическое. Именно она задает «стрелу времени»: направление изменений, необратимых в рамках данной подсистемы. Этот механизм при взаимодействии с окружением «проявляет» частицы и их локальные характеристики из множества потенциально возможных квантовых состояний.
Отметим, что даже в том виде, в котором она существует сейчас, теория декогеренции весьма последовательна и не включает в себя каких-либо допущений, выходящих за рамки КМ. Однако, несмотря на ее последовательность и красоту, не будем забывать, что теория декогеренции, как и любая физическая теория, является лишь средством описания реальности, а не самой реальностью.
Прежде чем рассмотреть процессы декогеренции на конкретных примерах, хочется сказать более подробно об открытых и замкнутых системах. Как уже говорилось, вектор состояния можно сопоставить только замкнутой системе, не взаимодействующей со своим окружением. Состояния таких систем называются в квантовой механике чисто-квантовыми, или чистыми, состояниями.
В обыденной жизни мы имеем дело с открытыми системами, когда есть какой-то объект, за которым мы наблюдаем (например, камень), и есть что-то внешнее по отношению к нему (например, песок, мы сами, и вся Вселенная вокруг камня). Очевидно, что окружение может взаимодействовать с объектом и тем самым влиять на его состояние. Кроме того, в окружении так или иначе записывается информация о состоянии объекта. И объект, конечно, тоже в какой-то форме записывает информацию о состоянии окружения. Под «записью информации» мы имеем в виду любое изменение состояния подсистем под влиянием взаимодействия между ними.
Пример замкнутой (изолированной, целостной) системы — Вселенная. В ней есть всё, что есть, всё, что может быть. Вне ее нет ничего, что могло бы на нее повлиять, и нет ничего, где могла бы записаться информация о ее состоянии. Ведь если что-то подобное есть, это по определению является частью Вселенной и входит в нее. В любом случае замкнутая система будет оставаться в чистом состоянии, независимо от того, что происходит во внутренней структуре на уровне подсистем. Подобие замкнутых систем можно создать и в лабораторных условиях, для этого надо исключить влияние окружения на систему и проследить, чтобы состояние системы никак не сказывалось на состоянии окружения.
Теория декогеренции утверждает, что суперпозиция состояний в какой-либо системе возможна лишь в том случае, если в окружении не записывается информации, достаточной для разделения компонент суперпозиции[64].
Для существования суперпозиции важно, чтобы состояния системы не слишком «запутывались» с состоянием окружения. То есть чтобы система не взаимодействовала с окружением с интенсивностью, достаточной для записи в окружении информации, позволяющей разделить компоненты вектора состояния этой системы.
Таким образом, суперпозиционные состояния могут существовать лишь в замкнутых системах, когда нет взаимодействий, переводящих суперпозицию в смесь. По крайней мере, если, не затрагивая окружения, ограничиться лишь самой системой, суперпозицию в открытых системах наблюдать невозможно.
Что же происходит в открытых системах? Очень просто: в них суперпозиционные состояния переходят в смешанные — из-за записи в окружении информации о состоянии системы, происходящей в ходе взаимодействия. Возможны и обратные переходы, от смешанных (классических) состояний к чисто- квантовым. Этот процесс обретения системой квантовых свойств при прекращении или ослаблении взаимодействия с окружением называется рекогеренцией. Для рекогеренции системы в квантовое состояние ничего «особенного» не нужно — необходимо лишь прекращение или ослабление обмена информацией с окружением. Эти процессы в настоящее время интенсивно изучаются исследователями, стремящимися к созданию квантового компьютера.
Ситуация, когда наряду с квантовыми корреляциями присутствуют классические (то есть связи между наблюдаемыми величинами, возникшими в ходе тех
