Магия закончилась, расходимся. Почему квантовый мир оказался гораздо прозаичнее, чем мы думали

Квантовая механика давно умеет отлично предсказывать результаты экспериментов, но с объяснением «что это всё значит» у физиков до сих пор проблемы. Самые популярные интерпретации выглядят не слишком убедительно: одна предлагает смириться с разрывом между «обычным» миром и микромиром, другая размножает реальность на бесконечное число параллельных вселенных, третья вводит некий загадочный механизм самопроизвольного коллапса квантовых состояний. Автор эссе Филип Болл напоминает, что даже спустя столетие после появления теории эксперты по-прежнему спорят о том, что именно квантовая теория говорит о реальности: об этом регулярно пишут и в Nature, и в Quanta Magazine, где в прошлом году обсуждали «столетний юбилей» квантовой механики и то, насколько всё запутано.

Поводом для осторожного оптимизма, по словам Болла, стала книга физика Войцеха Журека Decoherence and Quantum Darwinism, вышедшая в марте 2025 года. Журек из Лос-Аламосской национальной лаборатории десятилетиями пытается закрыть главный «разлом» квантовой теории: как правила для атомов и частиц превращаются в привычную классическую физику Ньютона, которая описывает повседневные вещи. Ключ к этому переходу он связывает с декогеренцией: когда квантовая система неизбежно взаимодействует с окружением, она вступает с ним в состояние квантовой запутанности, и тонкие квантовые эффекты становятся практически недоступными для наблюдения.

Болл объясняет, что сам по себе «квантовый» аспект, вроде дискретных уровней энергии или принципа неопределенности Гейзенберга, не главный источник мистики. Настоящая проблема глубже: формализм квантовой механики даёт нам, прежде всего, вероятности результатов измерений. Волновая функция не говорит прямо, «каким был мир до измерения» - она перечисляет возможные исходы в виде суперпозиции и их вероятности. Измерение будто бы «убирает туман» и оставляет один конкретный результат, и именно этот скачок от вероятностей к фактам десятилетиями заставлял физиков спорить о природе реальности.

Декогеренция в этой картине выглядит как механизм, который появляется из обычной квантовой математики без дополнительных сущностей. Когда квантовый объект взаимодействует с окружением, информация о нём «размазывается» по огромному числу степеней свободы среды. Восстановить исходную суперпозицию становится почти невозможно: чтобы «увидеть» её, пришлось бы контролировать и считывать состояние всей запутанной системы целиком. В тексте приводится впечатляющая оценка: для пылинки в воздухе декогеренция из-за столкновений с фотонами и молекулами газа происходит за время порядка 10^-31 секунды, то есть практически мгновенно по меркам макромира.

Но Журек, как подчёркивает Болл, идёт дальше одной лишь декогеренции. Его идея «квантового дарвинизма» пытается объяснить, почему из квантовых возможностей выживают именно те свойства, которые мы называем объективными: положение, заряд и другие «классические» параметры. Журек вводит понятие «указательных» (pointer) состояний - таких квантовых состояний, которые могут многократно «отпечатываться» в окружении, почти не разрушаясь при копировании. Например, фотоны могут уносить информацию о положении объекта, не меняя его состояния. Эти отпечатки быстро размножаются: расчёты Журека и его коллеги Джесса Ридела показывали, что за микросекунду солнечный свет может «записать» положение пылинки около 10 миллионов раз. В результате разные наблюдатели получают доступ к одним и тем же копиям информации в среде и приходят к одному и тому же выводу о том, «что произошло». По сути, классическая реальность возникает как устойчивый консенсус, а не как загадочный коллапс.

На этом месте Журек заявляет, что его подход способен примирить две традиционно конфликтующие школы: копенгагенскую интерпретацию и «многие миры». В копенгагенской версии волновая функция часто трактуется как описание знания о системе, а в «многих мирах» - как буквальная реальность, включающая все ветви. Журек предлагает гибрид: до декогеренции квантовые альтернативы в каком-то смысле присутствуют, но квантовый дарвинизм выбирает только одну, которая получает шанс стать наблюдаемой через размножение отпечатков в окружении. Остальные варианты остаются в пространстве возможностей и не превращаются в отдельные «классические» миры.

При этом Болл не делает вид, что загадка решена окончательно. Остаются вопросы, которые Журек лишь частично закрывает: почему в конкретном измерении выбирается именно этот результат, а не другой; где проходит точка невозврата, после которой суперпозицию уже нельзя «собрать обратно» из сетки запутанностей; как поставить более строгие проверки теории. В тексте приводятся и сдержанные комментарии специалистов. Например, Салли Шрапнелл из Университета Квинсленда считает программу Журека элегантной, но указывает, что она всё ещё не отвечает на вопрос, чем является «квантовый субстрат» до декогеренции. А Ренато Реннер из ETH Zurich обращает внимание на теоретические сценарии, которые выглядят странно, но при этом экспериментально реализуемы, где разные наблюдатели могут не согласиться по результату - и соответствующая работа опубликована в Nature Communications.

В итоге эссе оставляет ощущение, что квантовая механика может стать менее «магической», если вместо новых сущностей и параллельных миров аккуратно проследить, как информация о квантовых системах попадает в окружающую среду и почему именно она становится общей для всех наблюдателей. Возможно, это не финальная точка, но редкий случай, когда спор об интерпретациях начинает сдвигаться от философских деклараций к проверяемым предсказаниям и экспериментам.