Czytaj dalej

Interpretacje zjawisk kwantowych możemy podzielić na dziwne i dziwniejsze. Co zabawne, pomysł współistnienia wielu alternatywnych rzeczywistości wcale nie musi należeć do tej drugiej kategorii.

To wyjąt­kowo dokucz­liwa schi­zo­fre­nia.

Bryce DeWitt

Wie­lo­świat (lub jeśli wolicie mul­ti­wer­sum) to jedna z tych nie­zwy­kłych idei, które nigdy nie uzyskały prze­wod­niej roli w swojej dzie­dzi­nie, ale mimo to słyszał o nich niemal każdy. Nie powin­ni­śmy być tym faktem zdumieni. Wszyscy lubimy wracać pamięcią do wydarzeń z prze­szło­ści i spe­ku­lo­wać, jak poto­czy­łoby się nasze życie, gdybyśmy dokonali innych wyborów. Myśl o tym, że naprawdę istnieją alter­na­tywne wersje rze­czy­wi­sto­ści, w których nigdy nie dopu­ści­li­śmy do tej żenu­ją­cej sytuacji* – może być pocią­ga­jąca.

Prze­łóżmy to na realia kwantowe, wyko­rzy­stu­jąc kla­syczny eks­pe­ry­ment myślowy Erwina Schrödin­gera. Więk­szość fizyków namawia nas do przy­ję­cia, że zamknięty w pudełku kot przebywa w kom­plet­nie nie­in­tu­icyj­nym stanie zawie­sze­nia i stan ten utrzy­muje się tak długo, jak długo nie zajrzymy do środka. Dopiero inge­ren­cja w układ i akt pomiaru dopro­wa­dzają do kolapsu fali praw­do­po­do­bień­stwa, powo­du­jąc że kot okaże się żywy bądź martwy. Ana­lo­gicz­nie możemy roz­pa­try­wać sytuację poje­dyn­czej cząstki lub atomu, który przed doko­na­niem obser­wa­cji zacho­wuje się jak widmowa hybryda wielu moż­li­wych stanów.

Hugh Everett
Hugh Everett

W 1957 roku aspi­ru­jący fizyk Hugh Everett doszedł do wniosku, że nie odpo­wia­dają mu te wszyst­kie dylematy związane z niejasną rolą pomiaru oraz kwan­to­wego obser­wa­tora. Nie rozumiał dlaczego kon­kre­ty­za­cja stanu układu fizycz­nego miałaby zależeć od czynnika zewnętrz­nego, ani dlaczego tenże czynnik (czyt. obser­wa­tor) miałby być w jakiś sposób uprzy­wi­le­jo­wany. Zresztą, bardzo podobne wahania wyrazi kilka lat później Eguene Wigner, dostrze­ga­jąc że szersze spoj­rze­nie na problem kota Schrödin­gera grozi kolej­nymi para­dok­sami. Skoro bowiem, odizo­lo­wany kot może pozo­sta­wać w super­po­zy­cji do czasu otwarcia pudła, to labo­ra­to­rium wraz ze zwie­rza­kiem, badaczem i całym wypo­sa­że­niem również mogłoby tworzyć izo­lo­wany układ znaj­du­jący się w stanie super­po­zy­cji względem reszty wszech­świata. Jak się zasta­no­wić, idąc tym tropem dalej i dalej, możemy w końcu zacząć zadawać filo­zo­ficzne pytanie o uni­wer­sal­nego obser­wa­tora dla całego wszech­świata!

W swojej pracy dok­tor­skiej pisanej pod okiem zna­ko­mi­tego Johna Archi­balda Wheelera, Everett wskazał na poten­cjalne roz­wią­za­nie tych oraz innych kwan­to­wych pro­ble­mów. Wyszedł od śmiałego twier­dze­nia, że stan każdego obiektu ewoluuje w sposób ciągły. Oznacza to tyle, że funkcja falowa opi­su­jąca stan przy­kła­do­wej cząstki nie powinna podlegać gwał­tow­nej redukcji, nato­miast aktowi obser­wa­cji nie należy przy­pi­sy­wać żadnego szcze­gól­nego zna­cze­nia. W każdym razie, na pewno nie takiego na jakie godzili się dotych­cza­sowi inter­pre­ta­to­rzy.

Tak więc z każdą kolejną obser­wa­cją stan obser­wa­tora roz­ga­łę­zia się na pewną liczbę różnych stanów. Każda z tych gałęzi repre­zen­tuje inny wynik pomiaru i odpo­wia­da­jący wektor własny dla super­po­zy­cji. Wszyst­kie gałęzie istnieją jed­no­cze­śnie w super­po­zy­cji po każdej sekwen­cji obser­wa­cji.

Hugh Everett

Dla więk­szość fizyków wyrzu­ce­nie “szóstki” na kostce oznacza uni­ce­stwie­nie pozo­sta­łych pięciu ewen­tu­al­no­ści. Everett zasu­ge­ro­wał, że w świecie kwantów wszyst­kie dostępne rezul­taty pozo­stają równie realne. Każdy rzut powołuje do życia sześć wszech­świa­tów, z sze­ścioma wynikami. Wracając do Schrödin­gera: funk­cjo­nuje wszech­świat A z kotem żwawym i mru­czą­cym, jak i wszech­świat B z kotem cichym i sztywnym. Nie ma kolapsu, rozu­mia­nego jako nagły “wybór” przez obiekt jednej z opcji. Przez akt pomiaru eks­pe­ry­men­ta­tor sprawdza raczej, do której z powsta­łych odnóg rze­czy­wi­sto­ści trafił.

Tak naro­dziła się naj­bar­dziej kla­syczna wersja inter­pre­ta­cji wie­lo­świa­to­wej**. Jej naj­więk­sza bolączka zawiera się już w nazwie: Everett prosi nas, abyśmy zaak­cep­to­wali ideę nie­skoń­czo­nej liczby alter­na­tyw­nych rze­czy­wi­sto­ści. Każdy z tysięcy moż­li­wych wyników eks­pe­ry­mentu z dwiema szcze­li­nami równa się tu osobnemu, równie praw­dzi­wemu uni­wer­sum. Za każdym razem, gdy obiekt kwantowy staje przed koniecz­no­ścią doko­na­nia wyboru – czyli bez przerwy – wszech­świat ulega roz­dar­ciu na odpo­wied­nią liczbę warian­tów, przy czym każda odnoga ewoluuje dalej na swój sposób, wypusz­cza­jąc z czasem kolejne nie­za­leżne gałązki. Sam Wheeler, choć promował pracę swojego pod­opiecz­nego i doceniał jego kunszt, przy­zna­wał że przed­sta­wiona kon­cep­cja nosi w sobie pewien pier­wia­stek “meta­fi­zyki”.

Interpretacja wieloświatowa

Pomysł od początku uchodził za eks­tra­wa­gancki, a jego meto­do­lo­giczną cenę wielu uważało za zbyt wysoką. Mimo to, ani przez moment nie bra­ko­wało fizyków gotowych ponieść ten koszt. Począt­kowo po stronie wie­lo­światu opo­wia­dały się głównie samotne wilki, jak Bryce DeWitt, jednak od lat 90. inter­pre­ta­cja zdaje się dościgać naukowy main­stream. Jej główni entu­zja­ści, na czele z Davidem Deut­schem z Oxfordu, wyrażają wręcz zdu­mie­nie faktem, że mul­ti­wer­sum wciąż wzbudza wiele kon­tro­wer­sji.

Kto ma rację? Krytyka inter­pre­ta­cji wie­lo­świa­to­wej na pozór wydaje się łatwa. Wszakże, Hugh Everett naprawdę narobił niezłego bałaganu mnożąc bez opa­mię­ta­nia wszech­światy. Uczynił to bez posza­no­wa­nia dla oszczęd­no­ści Matki Natury i jakich­kol­wiek prze­sła­nek doświad­czal­nych. Z drugiej strony, należy pamiętać, iż żadna z wio­dą­cych inter­pre­ta­cji nie posiada zado­wa­la­ją­cego oparcia w eks­pe­ry­men­cie, a cała ekwi­li­bry­styka eve­ret­ty­stów wynikła z mocno roz­sąd­nego postu­latu uznania obser­wa­tora i badanego obiektu za rów­no­ważne części spójnego, realnie ewo­lu­ują­cego układu. Postulat okazał się kosz­towny, ale przynosi szansę na ele­ganc­kie wyma­za­nie całej serii odwiecz­nych wąt­pli­wo­ści doty­czą­cych zjawisk kwan­to­wych.

Wszystko więc spro­wa­dza się do pytania, jak bardzo absur­dalną wizję rze­czy­wi­sto­ści jesteśmy skłonni zaak­cep­to­wać. I czy powsta­jące spon­ta­nicz­nie alter­na­tywne wszech­światy, aby na pewno są absur­dalne bardziej od tego, co oferuje kon­ku­ren­cja.

Powyższy tekst stanowi część prze­glą­do­wego cyklu Kwantowe inter­pre­ta­cje. Pamiętaj proszę, że choć poszcze­gólne inter­pre­ta­cje mogą rzucać różne światło na wyniki doświad­czeń fizycz­nych oraz odmien­nie opisywać przebieg nie­któ­rych zjawisk i procesów, to nie uchy­biają w żaden sposób głównym zasadom i rów­na­niom leżącym u podstaw współ­cze­snej teorii kwan­to­wej.

* Nie udawaj, że masz czyste sumienie. Ty i ja wiemy jak jest.
** Termin wieloświata bywa używany również w innych kontekstach. Kosmologowie na przykład rozważają model, zgodnie z którym nasz wszechświat byłby tylko jednym z wielu elementów większej hiperprzestrzeni. Nie ma to jednak nic wspólnego z mechaniką kwantową i rozważaniami Everetta.
Literatura uzupełniająca:
J. Gribbin, Kotki Schrödingera, czyli poszukiwanie rzeczywistości, przeł. J. Bieroń, Warszawa 1999;
J. Baggott, Teoria kwantowa. Odkrycia, które zmieniły świat, przeł. J. Skalska, Warszawa 2013;
Ł. Lamża, M. Łobejko, Co się dzieje w świecie kwantów?, Kraków 2019;
H. Everett, The Theory Of The Universal Wave Function, [online: https://archive.org/details/TheTheoryOfTheUniversalWaveFunction/mode/2up];
R. Crease, The bizarre logic of the many-worlds theory, [online: www.nature.com/articles/d41586-019–02602‑8].
Autor
Adam Adamczyk

Adam Adamczyk

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.