Кіріспе

Көп дүниелер түсіндірмесі (КДТ) – кванттық механикада қолданылатын математиканың физикалық шындыққа қалай қатысты екендігі туралы философиялық ұстаным. Ол ғаламдық толқындық функция объективті түрде нақты екенін және толқындық функцияның күйреуі болмайтынын көрсетеді. Бұл кванттық өлшемдердің барлық мүмкін нәтижелері белгілі бір "дүниеде" немесе ғаламда физикалық тұрғыда іске асырылады дегенді білдіреді. Кейбір басқа түсіндірмелерден өзгеше, КДТ-да шындықтың жалпы эволюциясы қатаң детерминистік болып табылады. Көп дүниелер бұл салыстырмалы күй тұжырымы немесе Эверетт түсіндірмесі деп те аталады, оны алғаш рет 1957 жылы физик Хью Эверетт ұсынған. Брайс ДеУитт бұл тұжырымды танымал етіп, 1970 жылдары көп дүниелер деп атады. Көп дүниелердің қазіргі нұсқаларында толқындық функцияның күйреуінің субъективті көрінісі кванттық декогеренция механизмімен түсіндіріледі. КДТ кванттық механиканың басты түсіндірмелерінің бірі болып саналады, сондай-ақ басқа декогеренциялық түсіндірмелермен, Копенгагендік түсіндірмемен және Бом механикасы сияқты жасырын айнымалылар теорияларымен бірге қарастырылады. Бұл физика мен философиядағы көп ғаламдық гипотезалардың бірі. КДТ уақытты көп тармақты ағаш ретінде қарастырады, онда барлық мүмкін кванттық нәтижелер іске асырылады. Бұл өлшем мәселесін шешуге және кванттық теорияның кейбір парадокстарын, мысалы Вигнердің досы парадоксын жоюға бағытталған. Зюрек өзінің жұмысы нақты бір түсіндірмеге байланысты емес екенін атап өтті.

Қасиеттері

MWI кванттық өлшеу процесінде бақылаушының тәуелді рөлін жояды, толқын функциясының күйреуін орнына белгілі кванттық декогеренция механизмімен алмастырады. Бақылаушының рөлі EPR парадоксы және фон Нейманның «шекаралық мәселесі» сияқты барлық «кванттық парадокстардың» түбінде жатқандықтан, бұл оларды шешуге нақтырақ және оңай жол ұсынады. MWI – реалистік, детерминистік және локальді теория. Ол кванттық теорияның детерминистік және локальді теңдеулерінен детерминистік емес және локальді емес толқын функциясының күйреуін алып тастау арқылы мұны іске асырады. MWI кванттық механиканың сызықтығына тікелей байланысты, ол суперпозиция принципін негіздейді. Егер әлемнің соңғы теориясы толқындық функцияларға қатысты сызықтық емес болса, онда көптеген әлемдер теориясы жарамсыз болады.

Толқын функциясының құлдырауының баламасы

Кванттық механиканың басқа да түсіндірмелері сияқты, көптеген әлемдер түсіндірмесі де екі жақтан тірелген экспериментпен көрсетілуі мүмкін қасиеттермен негізделген. Жарық бөлшектері (немесе кез келген нәрсе) екі жақтан тірелгеннен өтетін кезде, жарықтың толқын тәрізді мінез-құлқына сүйене отырып есептеу жасау арқылы бөлшектердің қайда байқалатынын анықтауға болады. Дегенмен, бұл экспериментте бөлшектер байқалғанда, олар бөлшектер ретінде (яғни, нақты бір жерде) көрінеді, ал емес, локалдасқан емес толқындар ретінде. Кванттық механиканың Копенгагендік түсіндірмесінің кейбір нұсқалары осы байқау құбылысын «түсіндіру» үшін, белгісіз кванттық жүйенің бір ғана нақты нәтижеге ықтималдықпен «құлауын» немесе таңдауын қарастырды. Толқындық функцияның құлауы жасанды және ықпалсыз деп есептелді, сондықтан өлшеу мінез-құлқы негізгі физикалық принциптерден түсіндірілетін баламалы түсіндірме қажет болды. Эверетттің докторлық диссертациясы осындай түсіндірме ұсынды. Ол, құрама жүйе үшін – мысалы, объектіні («байқалатын» жүйені, мысалы, бөлшекті) бақылайтын субъект («байқаушы» немесе өлшеу аппараты) үшін, байқаушының немесе байқалатынның жақсы анықталған күйге ие болуының мәні жоқ екенін дәлелдеді; қазіргі тілмен айтқанда, байқаушы мен байқалатын араласып кеткен: біз тек біреуінің екіншісіне қатысты күйін ғана анықтай аламыз, яғни байқау жасалғаннан кейін байқаушы мен байқалатынның күйлері өзара байланысты болады. Бұл Эверетті бірлік, детерминистік динамикадан ғана күйлердің салыстырмалылығын тудыруға алып келді. Эверетт бірлік, детерминистік динамиканың өзі байқаудан кейін, біріктірілген субъект-объект толқындық функциясының кванттық суперпозициясының әрбір элементі екі «нақты күйді» қамтиды екенін көрсетті: «құлаған» объект күйі және сол құлаған нәтижені байқаған сәйкес байқаушы; байқаушының көретіні және объектінің күйі өлшеу немесе байқау актісімен байланысты болды. Әрбір жұп салыстырмалы субъект-объект күйлерінің кейінгі эволюциясы, басқа элементтердің болуына немесе болмауына қарамастан толық бейжайлықпен жүреді, егер толқындық функция құлағандай болса, Эверетт оның құлағанын қабылдаудың қажеті жоқ деп есептеді. Осылайша, Оккамның қырыштарын қолданып, ол толқындық функцияның құлауын теориядан алып тастады. Бұл оқшауланған зертханада кванттық жүйеде өлшеу жасайтын тәжірибеші (Вигнердің досы) және біріншісі бойынша өлшеу жасайтын тағы бір тәжірибеші (Вигнер) болып табылады. Көптеген әлемдер теориясына сәйкес, алғашқы тәжірибеші өлшеудің бір нәтижесін бір тармақта, ал екінші нәтижені басқа тармақта көретін макроскопиялық суперпозицияда қалады. Екінші тәжірибеші осы екі тармақты араластырып, оның макроскопиялық суперпозицияда екенін немесе Копенгагендік түсіндірме болжағандай, бір тармаққа құлағанын тексеруі мүмкін. Содан бері Локвуд, Вайдман және басқалар ұқсас ұсыныстар жасады, олар макроскопиялық объектілерді когерентті суперпозицияға орналастыруды және оларға кедергі жасауды талап етеді, бұл қазіргі уақытта тәжірибелік мүмкіндіктерден тыс міндет.

Ықтималдық пен Борон ережесі

Көптеген әлемдер түсінігінің пайда болуынан бері физиктер оның ішіндегі ықтималдықтың қандай рөл атқаратынын түсінуге тырысып, қыңырлық танытты. Уоллес айтқандай, бұл мәселенің екі қыры бар: содан бері көптеген әлемдер аясындағы Борн ережесінің басқа да бірнеше түсіндірмелері ұсынылды. Олардың сәттіліктері туралы әлі де бір пікірге келе алмады.

Жиілік

Девитт пен Грэм сияқтылар, жиіліктік ықтималдық түсіндірмесіне негізделген Борон ережесін шығарудың жолдарын ұсынды. Олар, есепсіз көп өлшемдердің лимитінде Борон ережесімен берілген ықтималдықтарға сәйкес келмейтін салыстырмалы жиіліктері бар әлемдердің болмайтынын көрсетуге тырысты, бірақ бұл шығарылымдар математикалық жағынан қате екені дәлелденді.

Шешім теориясы

Борон ережесінің шешімдік теориялық тұжырымын Дэвид Дойч (1999) жасады, ал Уоллес пен Сондерс оны жетілдірді. Олар кванттық тәуекелге қатысатын агентті қарастырады: агент кванттық жүйеде өлшеу жүргізеді, оның нәтижесінде бөлінеді, және агенттің болашақтағы әрбір өзі өлшеу нәтижесіне байланысты сыйлық алады. Агент шешімдік теорияны қолданып, мұндай тәуекелге қатысу үшін қандай баға төлейтінін бағалайды және бағаның Борон ережесіне сәйкес салмақталған сыйлықтардың пайдалылығымен анықталатынын қорытындылайды. Кейбір пікірлер жағымды болды, бірақ бұл аргументтер әлі де күрт даулы; кейбір теориялық физиктер оларды параллель әлемдерді қолдайтын дәлел ретінде қарастырды. Мысалы, 2007 жылы «New Scientist» журналында Эвереттінің интерпретациясы туралы конференцияда физик Энди Альбрехт: «Бұл жұмыс ғылым тарихындағы ең маңызды жаңалықтардың бірі ретінде тарихқа ірікпеленеді», – деген пікірін білдірді.

Симметриялар мен инварианстық

2005 жылы Зюрек, өрілген күйлердің симметриясына негізделген Борн ережесінің туындысын жасады; Шлоссхауэр мен Файн Зюректің туындысының қатаңдығы жеткіліксіз деп санайды, себебі ол ықтималдылықты қалай анықтау керектігін көрсетпейді және оның қалай жұмыс істеуі керек екеніне қатысты бірнеше айтылмаған талаптар бар. 2016 жылы Чарльз Себенс және Шон М. Кэрролл, Лев Вайдманның еңбектеріне сүйене отырып, өзін-өзі орналастырудың белгісіздігіне негізделген ұқсас тәсілді ұсынды. Бұл тәсілде декогеренция бақылаушылардың бірнеше бірдей көшірмелерін жасайды, олар Борн ережесін пайдаланып, әртүрлі тармақтарда болу мүмкіндігіне сенімділік деңгейін бере алады. Себенс-Кэрролл тәсілі Адриан Кент тарапынан сынға алынды, ал Вайдман оны толық қанағаттандырмайды.

Филиалдарды есептеу

2021 жылы Саймон Сондерс Born ережесін бұтақтарды санау арқылы шығаруды жасады. Осы тәсілдің маңызды ерекшелігі – барлық бұтақтарды бірдей шамамен немесе 2-ші нормамен анықтау. Осылайша анықталған бұтақтар санының арақатынасы өлшеудің әртүрлі нәтижелерінің ықтималдығын, Born ережесіне сәйкес көрсетеді.

Жетілдірілген негіз мәселесі

Эверетт пен Девитт тұжырымдағандай, көптеген әлемдер интерпретациясы өлшемдер үшін ерекше рөл атқарды: олар кванттық жүйенің қай негізі аталған әлемдерге алып келетінін анықтады. Бұл теориясыз теория екіұшты болар еді, себебі кванттық күйді (мысалы) жақсы анықталған позицияға ие немесе екі де локализацияланған күйдің суперпозициясы ретінде сипаттауға болады. Осыған байланысты, әрбір әлемге бірегей өлшемді нәтижені тағайындайтын негізді қолдану дұрыс деп есептеледі. Өлшемдердің бұл ерекше рөлі теория үшін мәселелі, өйткені ол Эверетт пен Девиттің редукционистік теория құру мақсатына қайшы келеді және Копенгагендік интерпретацияның дұрыс анықталмаған өлшем постулатына жасаған сын-пікірін әлсіретеді. Бұл мәселені декогеренцияны көп әлемдер теориясына енгізу арқылы шешуге болады. Бұл тәсілде ерекше негізді постулаттау қажет емес, керісінше, оны қоршаған ортаның декогеренциясына тұрақты негіз ретінде анықтауға болады. Осылайша өлшемдер енді ерекше рөл атқармайды; керісінше, декогеренцияны тудыратын кез келген өзара әрекеттесу әлемді бөлуге себеп болады. Декогеренция ешқашан толық бола бермейтіндіктен, екі әлем арасында әрқашан өте кішкентай жапсырмалар қалады, бұл екі әлемнің бөлінуі немесе бөлінбеуі кездейсоқ екенін көрсетеді. Уоллес бұл мәселелі емес дейді: бұл әлемдер негізгі онтологияның бөлігі емес, керісінше, пайда болатын онтологияның бөлігі екенін көрсетеді, онда физикалық ғылымдарда осы шамамен, тиімді сипаттамалар жиі қолданылады. Бұл тәсіл бойынша әлемдер туындағандықтан, олар Бом механикасы сияқты құлдырау механизмі жоқ кванттық механиканың кез келген басқа интерпретациясында болуы керек. Бұл тәсіл артықшылықты негізді тудыру үшін сынға ұшырады, себебі көптеген әлемдер интерпретациясындағы ықтималдықтың туындауына байланысты, декогеренция теориясы ықтималдыққа тәуелді және ықтималдық декогеренциядан алынған онтологияға тәуелді. Уоллес декогеренция теориясы ықтималдыққа емес, физикада шамалауға рұқсат етілген деген ұғымға тәуелді деп санайды. Эверетт бастапқыда өзінің тәсілін «корреляциялық интерпретация» деп атады, онда «корреляция» кванттық байланысты білдіреді. «Көптеген әлемдер» термині Брайс ДеВиттке тиесілі, ал Шредингердің сол кезеңдегі жазбаларында Бас ван Фраассеннің модальдық интерпретациясына ұқсас элементтер бар. Шредингер пост-Махиандық бейтарап монизмге сенеді, онда «материя» және «ақыл» - бірдей ортақ элементтердің әртүрлі аспектілері немесе орналасулары, сондықтан толқындық функцияны физикалық деп қарастыру және оны ақпарат ретінде қарастыру бірдей мағынаға ие. Леон Купер мен Дебора Ван Вехтен Эверетттің еңбегін оқымас бұрын өте ұқсас тәсілді дамытты. Зех те Эверетттің жұмысын оқымас бұрын осы тұжырымдарға келді, содан кейін осы идеяларға негізделген кванттық декогеренцияның жаңа теориясын құрды. Оны білген адамдардың айтуынша, Эверетт басқа кванттық әлемдердің нақтылығына сенген. Оның ұлы мен әйелі «оның көптеген әлемдер теориясына деген сенімінен ешқашан бас тартпағанын» айтады. Эверетттің жұмысына қатысты егжей-тегжейлі шолу жасаған Оснаги, Фрейтас және Фрейр-младший Эверетттің ғылыми тәжірибеде мағынаны көрсету үшін «нақты» сөзін үнемі цитаталармен қоршағанын атап өтті.

Қолдау

MWI-нің ең беделді және ұзақ жылдардан бері жақтастарының бірі – Дэвид Дойч. Оның сөзіне сәйкес, қос саңылау экспериментінде байқалған жалғыз фотонның интерференциялық суретін әр түрлі ғаламшарлардағы фотондардың араласуы арқылы түсіндіруге болады. Осы тұрғыдан алғанда, жалғыз фотонды интерференциялық эксперимент, көп фотонды интерференциялық эксперименттен ешқандай айырмасы жоқ. Кванттық есептеу туралы жазылған ең алғашқы мақалалардың бірінде Дойч, MWI-ден туындайтын параллелизмнің арқасында "әмбебап кванттық компьютер кез келген классикалық шектеуге қарағанда белгілі бір ықтималдық міндеттерді жылдам орындай алатын әдіс" болуы мүмкін деген пікірді келтірді. Сондай-ақ, ол MWI-ді (кем дегенде "наив" Копенгагендік тұжырымына қарсы) кері есептеу машиналары спиннің кері бақылауы арқылы санаға ие болғанда сынауға болатынын айтты.

Екіжақты

Ғылым философтары Джеймс Ледимен және Дон Росс Көп Әлемдік Интерпретацияның (КӘИ) рас болуы мүмкін екенін айтады, бірақ оны қабылдамайды. Олар жалпы салыстырмалылық теориясымен біріктірілмегендіктен, ешбір кванттық теорияның әзірге шындықтың барлығын эмпирикалық тұрғыдан толық сипаттай алмайтынын, демек, кванттық механиканың ешқандай түсіндіруін метафизикадағы соңғы шындық ретінде қарастыруға негіз жоқ екенін көрсетеді. Сондай-ақ, олар көптеген тармақтардың толық емес сипаттамалардың нәтижесі болуі және кванттық механиканы макроскопиялық объектілердің күйін бейнелеу үшін қолданудың артықшылығы болуы мүмкін деп санайды. Олар макроскопиялық объектілердің микроскопиялық объектілерден өзгешелігі – қоршаған ортадан оқшауланбағандығында екенін айтады, ал кванттық формализмді оларды сипаттау үшін қолданудың түсіндіру және сипаттау мүмкіндігі мен дәлдігі жеткіліксіз.

Қатыспау

Кейбір ғалымдар MWI-нің кейбір аспектілерін тексеруге келмейтін және демек ғылыми емес деп санайды, себебі көптеген параллель әлемдер бір-бірімен байланыс жасай алмайды, яғни олардың арасында ақпарат алмасу мүмкін емес. Виктор Ж. Стенгер Мюррей Гелл-Манның жарияланған жұмысы бір мезгілдегі параллель әлемдердің бар екенін нақты жоққа шығаратынын атап өтті. Джеймс Хартлмен бірлесіп жұмыс істеген Гелл-Ман Эверетт кванттық механикасынан кейінгі, "қабылдауға ыңғайлы" кванттық механиканы дамытуға ұмтылды. Стенгердің пікірінше, көптеген физиктер MWI-ді тым радикалды деп санайды, бірақ ол "талданып жатқан жүйеде бақылаушыға орын табуы және толқындық функцияның күйреуі туралы күрделі түсініктерден құтылуы артықшылықты жасайды" деуге болады. Гелл-Ман мен Хартл, сондай-ақ тағы да басқалар, кванттық механиканың осы уақытқа дейін қарастырылған барлық түсіндірмелеріне кедергі келтіретін мәселелерден азат, көбірек қабылдауға ыңғайлы түсіндірме жасау үшін жұмыс істеп жатыр. Бұл жаңа түсіндірме әртүрлі нұсқаларында Эверетттен кейінгі кванттық механика, баламалы тарихтар, үйлесімді тарихтар немесе декогерентті тарихтар деп аталады. Мен осы сипаттамалардың арасындағы егжей-тегжейлі айырмашылықтарға тым көп мән бермеймін және терминдерді көбінесе бірін-бірі алмастырып қолданамын. Пенроуздың сөзіне сүйенсек, "гравитациялық күштер қатысқанда, ережелер өзгеруі керек". Ол гравитация шындықты бекітуге көмектеседі және "бұлыңғыр" оқиғалардың тек бір ғана мүмкін нәтижесі бар деп мәлімдейді: "электрондар, атомдар, молекулалар және т.б. соншалықты кішкентай, олардың гравитациясын және осымен байланысты күйлерін сақтау үшін дерлік энергия қажет емес. Олар кванттық теорияда сипатталғандай, осы күйде мәңгі сақталуы мүмкін". Ал "ірі объектілердің жағдайында, дубликатталған күйлер бір сәтте жоғалады, себебі бұл объектілер күшті гравитациялық өріс жасайды". Ғылымның философы Роберт П. Криз MWI-ді "ғылым тарихындағы ең сенімсіз және шындыққа сай келмейтін идеялардың бірі" деп атайды, өйткені ол барлық ойға келген нәрселердің орын алатынын білдіреді. Ашер Перес MWI-ді ашық түрде сынаған. Оның 1993 жылғы оқулығының бір бөлімі "Эверетттің түсіндірмесі және басқа да ерекше теориялар" деп аталды. Перес әр түрлі көп әлемдік түсіндірмелер күйреу постулатының кездейсоқтығын немесе тұжырымдамасыздығын "әлемдерді" бөлек деп санау сұрағына ауыстыратынын және осы бөлінуге объективті критерийді нақты формулилеу мүмкін емес екенін айтты.

Сауалнамалар

Л. Дэвид Рауб 1991 жылға дейін 72 "жетекші кванттық космолог пен басқа кванттық өріс теорияшыларының" арасында жүргізген сауалнама нәтижесінде 58% "Иә, мен МВИ-нің рас екенін ойлаймын" деген пікірге келіскенін көрсетті. Макс Тегмарк 1997 жылғы кванттық механика жұмыстық семинарында өткізілген "ғылыми емес" сауалнаманың нәтижесін баяндады. Тегмаркқа сәйкес, "Көп әлемдер түсіндірмесі (MWI) екінші орынды иеленді, тұрақты тарихтар мен Бом түсіндірмелерінен айқын басып өтті". Шон М. Кэрролдың "Бұл қаншалықты абсурдты болса да, көптеген физиктер көп әлемдер теориясына сенеді" деген мәлімдемесіне жауап ретінде Майкл Нильсен былай деді: "1998 жылы Кембриджде өткен кванттық есептеулер конференциясында көп әлемдерді жақтаушылар шамамен 200 адамнан тұратын аудиторияны сауалнамаға түсті. Көп әлемдер жақсы нәтиже көрсетті, Копенгаген мен декогеренция деңгейінде қолдауға ие болды, бірақ олардан сәл төмен болды". Бірақ Нильсен көптеген қатысушылардың бұл уақытты зыянды деп санағанын атап өтті: Перес "сауалнама соңында сөз сөйлеп: «Ал физика заңдары демократиялық дауыс беру арқылы шешіледі деп кім ойлайды?» деді. 2005 жылы Ватерлоо университетінің Кванттық есептеу институтында кванттық механиканы түсіндіру курсынан кейін 40 студент пен зерттеушінің арасында жүргізілген сауалнамада «Көп әлемдер (және декогеренция)» ең аз қолдауға ие болды. 2011 жылы Австриядағы конференцияға қатысқан 33 қатысушының 6-сы MWI-ді, 8-і «Ақпараттық негізделген/ақпараттық теориялық» көзқарасты, ал 14-і Копенгагенді қолдады; авторлар MWI-дің 1997 жылғы Тегмарк сауалнамасындағыдай үлесіне ие болғанын атап өтті. Дэвид Дойч өзінің «Шексіздіктің бастауы» атты кітабында, егер физика заңдарына қайшы келмесе, балама тарих сияқты кейбір көркем туындылар мультивсеуімнің бір жерінде орын алуы мүмкін деп болжайды. Лэдиман мен Россқа сәйкес, басқа ғылыми салаларда талқыланған физикалық тұрғыдан мүмкін, бірақ іске аспаған көптеген мүмкіндіктер, әдетте, басқа салаларда теңдесі жоқ, өйткені олар әмбебап толқындық функциямен үйлеспейді. Көптеген сарапшылар эксперимент нақты әлемде жұмыс істемейді деп санайды, себебі тірі қалған экспериментатордың әлеміндегі «өлшем» экспериментке дейінгі әлемге қарағанда төмен, сондықтан экспериментатордың өмір сүруін сезіну ықтималдығы азайды.