На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё - Аманда Гефтер (2014)

Все дело в декогеренции – таков ответ, полученный во многом благодаря Журеку. Идея проста. Интерференционные узоры образуются, когда складываются вместе волновые функции, описывающие два возможных состояния системы: скажем, одна волновая функция описывает прохождение электрона через щель А, а другая – прохождение электрона через щель B. Когда фотопластинка регистрирует электроны, каждый из них попадает в случайную точку на пластинке, но их распределение определяется вероятностями, закодированными в суперпозиции волновых функций. Положение полос интерференционного узора определяется разностью фаз двух волн: там, где вероятности складываются в противофазе и компенсируют друг друга, возникают темные полосы, а там, где фазы волновых функций одинаковы, они усиливают друг друга, и появляются светлые полосы. Поскольку разница фаз между волнами остается постоянной для всех электронов, то суперпозиция когерентна. Если, однако, электроны распространяются в среде, например в воздухе, в конечном итоге они будут на своем пути взаимодействовать с миллиардами молекул. Каждый раз, когда электрон будет проходить через щель, разность фаз волновых функций будет изменяться случайным образом от одного измерения к другому. В этом случае уже не будет единой для всех электронов когерентной суперпозиции, определяющей распределение вероятности расположения светлых и темных полос. Вместо этого результат измерений будет определяться волновыми функциями для каждого электрона отдельно: как если бы электрон всегда проходил через одну щель и никогда – через две щели одновременно. Распределение электронов на фотопластинке окажется именно таким, какого следовало бы ожидать, имея дело с неквантовыми частицами.

Мы с Войцехом Журеком в Лос-Аламосе.

Фото: У. Гефтер.

Размазывая когерентность суперпозиций и придавая квантовым распределениям вероятностей классический вид, декогеренция в среде, на первый взгляд, приводит к обрезанию квантовых волновых функций, превращая множество возможностей в единственную актуальную действительность. В реальности никакого коллапса волновых функций не происходит. В реальности электрон запутывается с каждой молекулой воздуха, с которой он взаимодействует, его волновая функция накладывается на волновую функцию каждой молекулы. В реальности все становится еще более квантовым. Мы просто этого не замечаем, потому что мы не наблюдаем за молекулами воздуха. Если бы мы измеряли не только электроны и регистрирующий их прибор, но также окружающую их среду, мы бы увидели такую интерференционную картину, какую до сих пор никто никогда не наблюдал.

Журек встретил нас в дверях своего дома. Он тепло нас приветствовал, но выглядел немного диковато – с взлохмаченными рыжими волосами, такого же цвета бородой и тяжелым польским акцентом. Мы проследовали за ним в большую гостиную, которая была выполнена в юго-западном стиле: облицованный камнем камин в одном конце комнаты и панорамные окна от пола до потолка, с видом на горы и каньоны внизу, – в другом.

– Как вы познакомились с Уилером? – спросила я, едва мы расселись на диванах.