Зеленая дверь Вселенной

Волновая функция

Согласно современной науке, все материальные объекты нашего мира, в том числе все известные виды взаимодействий (слабое и сильное ядерные взаимодействия, электромагнетизм и гравитация) подчинены законам квантовой механики, ключевым понятием которой является волновая функция.

Волновая функция описывает состояние квантовой системы в данный момент времени.

Динамика волновой функции описывается линейным уравнением Шредингера. Эволюционируя согласно уравнению Шредингера, квантовая система ведет себя подобно волне, принимая множество возможных состояний одновременно.

Одной из ключевых загадок квантовой теории является то, что квантовая система не всегда следует уравнению Шредингера.

Исключением из правила является т. н. «коллапс волновой функции» (quantum state reduction), который происходит в момент измерения квантовой частицы. В результате квантового коллапса квантовая система принимает одно из множества возможных значений (или целый ряд значений, в зависимости от того, насколько «полным» было измерение).

Наглядной иллюстрацией коллапса волновой функции является классический эксперимент с двумя щелями (Рис. 1).

Рис. 1

После установки детектора на пути квантовой частицы последняя вынуждена выбирать между двумя возможными траекториями (щель А либо щель Б), в результате чего волновая функция частицы коллапсирует и интерференционный паттерн на экране исчезает.

В чем причина коллапса волновой функции? Каким образом волновое уравнение Шредингера уступает место новому процессу?

На этот счет существуют различные теории, в том числе:

– теория «множественных вселенных» Эверетта, согласно которой никакого коллапса на самом деле не происходит, и в момент измерения квантовой частицы вселенная раздваивается на две копии.

В одной копии квантовая частица летит через щель А, а в другой – через щель Б. Таким образом, теория «ветвящихся вселенных» отрицает схлопывание квантовых волн как таковое. Согласно этой теории, квантовая частица реализует все свои возможные состояния в альтернативных вселенных. Очевидная проблема этой теории состоит в том, что мультиверс означает «дурную бесконечность» бесконечно ветвящихся миров;

– другой интерпретацией является т. н. «объективный коллапс» (objective collapse) – согласно этой модели, квантовая система реально выбирает одно состояние из множества возможных. Квантовая частица летит либо через щель А, либо через щель Б.