1. Описание измерений в квантовой механике: парадоксы

Состояние микроскопической системы может представлять собой суперпозицию (сумму) двух или большего числа других состояний этой системы (например, состояние точечной частицы может быть суперпозицией ее состояний в двух разных точках). При измерении микроскопической системы возникает корреляция ее состояния с состоянием макроскопического прибора, который тоже представляет собой квантовую систему. Если перед измерением микросистема находится в состоянии суперпозиции, то после измерения составная система (микросистема + макроприбор) также должна находиться в суперпозиции (это является простым следствием того, что эволюция любой квантовой системы линейна, т.е. что уравнение Шредингера линейно).

После измерения компоненты (слагаемые) суперпозиции макроскопически различимы. Например, состояния прибора в разных компонентах суперпозиции после измерения отличаются положением стрелки, а в случае известного примера с парадоксом «кота Шредингера» возникает суперпозиция состояний «кот жив» и «кот мертв». Для нашей интуиции это кажется невозможным, и возникает противоречие между нашим повседневным опытом и выводами квантовой механики. Это противоречие демонстрируется многими парадоксами, которые требуют решения.

Для решения квантовых парадоксов предлагались различные «интерпретации» квантовой механики. Согласно копенгагенской интерпретации, предложенной Нильсом Бором, при взаимодействии измеряемой системы с макроскопическим прибором нарушается линейность квантовой эволюции. Это, однако, некорректно, потому что квантовые уравнения равно применимы и к макроскопическим объектам.

Таким образом, копенгагенская интерпретация некорректна, логически незамкнута. Корректная интерпретация, совместимая с линейностью квантовой эволюции, предложена американским физиком Эвереттом.

2. Специфика интерпретации Эверетта

Эверетт предположил, что при измерении линейность эволюции сохраняется, поэтому его интерпретация, в отличие от копенгагенской, не противоречит уравнениям квантовой механики, она корректна, логически полна. Однако он неизбежно пришел к выводу, что суперпозиция, существовавшая перед измерением, должна остаться и после измерения. Значит, в квантовом мире должны существовать суперпозиции макроскопически различимых состояний, например, суперпозиции состояний кота (в упомянутом примере), когда он жив и когда он мертв.

Чтобы сделать ситуацию в интерпретации Эверетта более наглядной, Джон Арчибальд Уилер и Брайс ДеВитт предложили описывать состояние суперпозиции макроскопически различимых конфигураций квантового мира как сосуществование различных «эвереттовских миров». Скажем, в одном из эвереттовских миров кот жив, и наблюдатель в этом мире видит живого кота, а в другом эвереттовском мире кот мертв, и наблюдатель видит мертвого кота. Важно подчеркнуть, что эвереттовские миры – это не различные физические миры. Выражение «эвереттовский мир» - это лишь наглядное условное обозначение для компоненты суперпозиции, представляющей состояние квантового мира.

Для дальнейшего мы можем забыть рассуждения, основанные на анализе измерений. Важным является лишь вывод, который можно сформулировать так: состояние квантового мира адекватно представляется множеством классических «эвереттовских миров», каждый из которых описывает лишь одну «классическую проекцию» состояния квантового мира. Вместо «эвереттовских миров» можно говорить об «альтернативных классических реальностях», или просто «классических альтернативах».