«За всеми переменчивыми явлениями феноменальной вселенной скрывается Нечто Реальное, на лицевой поверхности Которого происходит постоянная игра материи, силы и жизни, подобно тому как рябь и волны играют на поверхности океана, или — как облака пробегают по лазури неба» (Рамачарака*)
*Псевдоним американского оккультиста Уильяма Уокера Аткинсона
«Невозможно представить, чтобы неодушевлённая грубая материя без посредства чего-либо ещё нематериального могла бы действовать и оказывать влияние на другую материю без взаимного соприкосновения с ней» (Исаак Ньютон)
«…объекты претендуют на существование, независимое друг от друга, поскольку они “находятся в разных частях пространства”. Без такого предположения о взаимно независимом существовании… пространственно удалённых предметов, предположения, которое берёт начало в обыденном мышлении, физическое мышление в известном нам смысле было бы невозможным. Также невозможно представить, как можно сформулировать и проверить физические законы без такого чёткого разделения» (Альберт Эйнштейн)
«Настоящее волшебство мира состоит в том, что он не волшебный. […] Любая нелокальность должна оставаться надёжно спрятанной и возникать только при определённых условиях, иначе наша Вселенная была бы непригодна для жизни» (Джордж Массер)
«Если мне нужно знать всё о Вселенной, чтобы знать хоть что-нибудь, если мы воспринимаем нелокальность серьёзно, если то, что происходит здесь, зависит от того, что происходит со звёздами, то физика становится практически невозможной. Что делает физику возможной, так это то, что мир допускает разделение на части. Если нам действительно нужно смотреть на звёзды, чтобы увидеть будущее, то я не понимаю, как можно продолжать заниматься физикой» (Уильям Унру)
Некоторые вполне здравомыслящие и образованные люди говорят, что Вселенная устроена по голографическому принципу. Нет, речь идёт не о плоскоземельцах, утверждающих, что звёздное небо вместе с Луной – это голограмма, созданная рептилоидами, чтобы ввести нас всех в заблуждение. Есть гораздо более изощрённые эзотерические идеи, маскирующиеся под современную науку. Они пользуются умной терминологией, ссылаются на работы знаменитых физиков и рисуют стройные, но далёкие от реальности картины. Среди них особенно устойчива к критике теория голографической вселенной, которая оперирует красивыми многозначными фразами вроде: «всё есть поток», «материальная вселенная – голограмма, иллюзия, проекция истинной реальности», «целое состоит из частей, но каждая часть повторяет целое», «нелокальная связь всего со всем» и т.д. На первый взгляд подобные утверждения согласуются с квантовой механикой и современной космологией, в частности, с гипотезой под названием «голографический принцип». Но если копнуть глубже, оказывается, что эти концепции полностью противоречат друг другу. На примере теории голографической Вселенной мы рассмотрим, как совершенно безвредные и даже разумные философские идеи, неосторожно высказанные авторитетными учёными, провозглашаются «новой научной парадигмой» и используются для обоснования паранормальных явлений.
Основы голографии
Идея о том, что материальные предметы могут быть лишь отражениями или проекциями истинной реальности, восходит к Платону и его аллегории с тенями в пещере. В 1947 г. американский физик венгерского происхождения Денеш Габор математически описал устройство, наглядно изображающее этот принцип – голограмму. Он показал, что информационный паттерн трёхмерного объекта может быть закодирован в луче света и затем восстановлен в виде трёхмерного изображения. Первые полноценные голограммы появились в начале 60-х гг. вместе с первыми лазерами.
Смысл технологии состоит в следующем. На светочувствительную пластинку можно записать изображение предмета таким образом, чтобы в дальнейшем при освещении пластинки лазером появлялся трёхмерный образ этого предмета – голограмма. На самой пластинке видно только хаотичное чередование светлых и тёмных пятен – интерференционную картину стоячих волн. Каждый её сегмент содержит всю информацию о предмете. Если пластинку разрезать на мелкие части и осветить лазером любой из её обрезков, вы получите не часть голограммы, а целое объёмное изображение, просто менее чёткое. Однако возможность восстановить всё изображение по любому фрагменту пластинки есть только у американской голограммы Лейта-Упатниекса, которая записывается по всей площади фотопластинки и воспроизводится пропусканием через неё когерентного лазерного луча. Существует также советская схема Денисюка, в которой интерференция записывается локально и воспроизводится отражением от фотопластинки некогерентного белого света под определённым углом, что даёт объёмное изображение предмета в натуральных цветах.
В большинстве случаев голограммой называют статическую объёмную фотографию, на которой изображение меняется в зависимости от угла обзора. Также на одну пластинку можно записать множество изображений и проявлять их по очереди, меняя угол освещения. Современные голографические дисплеи создают иллюзию трёхмерности изображения, но фактически не имеют к голографии никакого отношения. Что касается объёмных динамических голограмм, передающих изображение в реальном времени – как в «Звёздных войнах» и других фантастических фильмах – то они остаются нереализуемыми по той простой причине, что свет лазера должен от чего-то отражаться, прежде чем попасть в глаза. В лучшем случае на рекламных вывесках или музыкальных концертах можно увидеть фальшивые голограммы, которые представляют собой проекции изображения на прозрачную невидимую поверхность.
Голографическая Вселенная Дэвида Бома
Автором идеи голографической вселенной и главным героем данной статьи является Дэвид Бом (1917-1992) – известный американо-британский физик, профессор Лондонского университета и член Лондонского королевского общества. Несмотря на все его научные заслуги, отношение к нему сложилось весьма противоречивое. Дело в том, что было три разных Бома. Ранний Бом придерживался копенгагенской интерпретации квантовой механики, работал в Принстоне вместе с Оппенгеймером и Эйнштейном, занимался физикой плазмы и написал один из лучших учебников по квантовой механике – «Квантовая теория» (1951). Также он симпатизировал коммунистам, за что в период маккартизма подвергался судебным преследованиям и фактически был выслан из США в 1952 г. Второй Бом жил в изгнании в Бразилии и затем в Израиле, разрабатывая свою теорию волны-пилота и в целом не отступая от научной методологии, реализма и материализма. Третий, британский период исследований Бома продолжался с 1957 г. и до его смерти в 1992 г. Хотя учёный и сделал ряд важных открытий вроде эффекта Ааронова-Бома, вторая половина его жизни оказалась менее плодотворной.
В 60-е гг. Дэвид Бом отошёл от науки в сторону восточного мистицизма и эзотерической философии. С 1959 г. он регулярно общался с индийским гуру Джидду Кришнамурти, поддерживая проповедуемую им идею единства наблюдателя, наблюдаемого и процесса наблюдения. Записи бесед Кришнамурти с Бомом стали популярны среди нью-эйджеров как пример диалога восточного и западного мировоззрений, в ходе которого религия и наука нашли общий язык. Впрочем, взгляды Кришнамурти как бывшего воспитанника теософского общества были весьма далеки от традиционного индуизма, да и Бом в этих беседах выступал скорее философом, чем представителем «официальной» науки. Впоследствии та же история повторилась с Далай-ламой, который называл Бома своим «научным гуру».
В начале 70-х гг. Дэвид Бом разработал концепцию голодвижения (англ. holomovement), в соответствии с которой каждая часть воспринимаемого нами мира содержит в себе полную информацию о целом, весь порядок Вселенной. В 1980 г. он опубликовал статью «Целостность и импликативный порядок», в которой предложил голографическую модель Вселенной. По мнению Бома, мир – это Нераздельная Целостность в Текучем Движении, а то, что мы называем беспорядком или хаосом, на самом деле является более высокой степенью упорядоченности. За видимой трёхмерной вселенной-голограммой стоит глубинная многомерная реальность, наподобие голографической пластинки, где записано прошлое, настоящее и будущее. Все материальные объекты, структуры, события проявляются из единого потока и в нём же растворяются, поэтому их нельзя рассматривать как отдельные сущности, независимые от целого. Любая элементарная частица представляет собой лишь один из аспектов свёрнутой полноты, разворачивающийся из неё при квантовом измерении. Если что-то меняется в одном месте, это мгновенно отражается на всей остальной Вселенной. Наконец, сознание – более тонкая форма материи, присущая не только одушевлённым существам, но и всем элементам целостности.
Опираясь на свою теорию волны-пилота, о которой речь пойдёт ниже, Дэвид Бом утверждал, что квантово запутанные частицы являются разными гранями более глубокой реальности, или трёхмерными проекциями некоего объекта из высшего измерения. Классический мир наблюдаемых частиц и пространства-времени он назвал экспликативным (явным) порядком, а скрытую реальность волны-пилота и квантового потенциала – импликативным (неявным) порядком. Экспликативный порядок проявляется из импликативного путём «развёртки», подобно проявлению голограммы из голографической пластинки или изображения на экране в процессе декодирования телевизионного сигнала. Гипотетическое поле квантового потенциала свёрнуто в каждую точку явного порядка, аналогично тому, как часть фотопластинки или электромагнитного поля содержит в себе целое неделимое изображение. Поэтому каждая частица на Земле может быть нелокально запутана с частицами в удалённой галактике. Проверить это, конечно же, невозможно.
Дэвид Бом сравнивал нелокальную связь с небольшими надрезами на сложенном листе бумаги, которые дают сложный узор в виде снежинки после его разворачивания. В другой аналогии учёный вообразил аквариум с рыбкой и два экрана, один из которых передаёт изображение с передней стенки аквариума, второй – с боковой. Глядя на экраны, вы можете подумать, что перед вами две разные рыбки. Но со временем вы обнаружите, что между ними существует мгновенная связь: когда одна рыбка поворачивается к вам боком, вторая всегда становится в фас. В конце концов, вы поймёте, что вам показывают одну и ту же рыбку с разных сторон. Тогда, если разделённость между запутанными частицами есть иллюзия, может и вся наблюдаемая вселенная – всего лишь голограмма?
Гипотеза Бома оказалась созвучной с идеями Карла Прибрама – нейрофизиолога из Стэнфордского университета. В своей книге «Языки мозга» Прибрам независимо от Бома пришёл к выводу, что человеческий мозг работает по принципу голограммы. В частности, он привёл такие аргументы: а) наша память не хранится в каком-то отдельном участке мозга, а равномерно распределена по нему в виде импульсов, каждый из которых содержит всю память целиком; б) как и в голограмме, на небольшом участке коры мозга можно записать огромное количество информации; в) мозг воссоздаёт полную картину окружающего мира, получая через органы чувств лишь небольшую часть информации в ограниченном диапазоне частот; так же и вся голограмма создаётся интерференцией волн одного лазерного луча независимо от его частоты и других параметров.
Исследования Дэвида Бома и Карла Прибрама стали известны широкой общественности после выхода в свет в 1991 г. книги «Голографическая Вселенная». Её автор, Майкл Талбот (1953-1992), был активным сторонником движения нью-эйдж, представителем ЛГБТ-сообщества и популяризатором квантового мистицизма. Ранее он прославился своими научно-фантастическими новеллами, ужастиками и псевдонаучными работами «Mysticism And The New Physics» (1980), «Beyond The Quantum» (1986) и «Your Past Lives — A Reincarnation Handbook» (1987). Учитывая интерес Талбота ко всему паранормальному, совсем неудивительно, что он воспользовался идеями Бома и Прибрама для обоснования таких вещей, как телепатия, психокинез, внетелесный опыт, биополе, акупунктура, полтергейст и даже НЛО. Это привело к профанации в чём-то даже пророческой теории Бома, хотя Талбот и указал, что Бом и Прибрам не разделяют всех взглядов и выводов из его бестселлера. Зато «Голографическая Вселенная» стала настольной книгой для всех более-менее продвинутых мистиков, оккультистов и деятелей альтернативной медицины. Талбота поддержал основатель трансперсональной психологии Станислав Гроф, известный своими психоделическими экспериментами с применением ЛСД и практики холотропного дыхания, парапсихолог Вернон Вульф, разработавший собственное учение под названием холодинамика, а также Кен Уилбер, Эрвин Ласло и другие адепты холистической философии.
Во избежание недоразумений нам следует отделить бомовскую механику как физическую теорию от её философской и эзотерической надстройки. Поэтому сначала мы рассмотрим теорию де Бройля-Бома и сравним её с многомировой интерпретацией квантовой механики, потом разберёмся с нелокальностью и сделаем обзор современной гипотезы под названием «голографический принцип», а в конце проведём деконструкцию философской составляющей работ Дэвида Бома.
Теория волны-пилота де Бройля-Бома
Теория де Бройля-Бома, она же теория волны-пилота или «направляющей» волны, она же бомовская механика, была и остаётся вполне рабочей физической теорией – под определение лженауки она уж точно не попадает. Её часто называют «причинной» интерпретацией квантовой механики, но фактически это альтернативная теория, которая специально создавалась так, чтобы воспроизводить все предсказания квантовой механики в рамках реализма и детерминизма. Дэвид Бом разрабатывал её с целью опровергнуть утверждение фон Неймана, что «не может быть введено никаких скрытых параметров, с помощью которых недетерминированное описание можно было бы преобразовать в детерминированное». С этой задачей Бом справился, вот только никаких новых предсказаний его теория не давала – на практике она была полностью эквивалентна копенгагенской интерпретации, но менее удобна в пользовании из-за громоздкого математического аппарата.
Механика Бома – это теория скрытых параметров, постулирующая объективное существование у частиц определённых свойств до измерения. Таким свойством является местоположение частицы, определяющее её скорость и классическую траекторию. Оно не может быть установлено экспериментально, но влияет на результаты измерения других параметров, таких как спин или поляризация. По словам Бома, «все частицы имеют опредёленные положения, независимо от того, смотрит ли на них кто-нибудь или нет». Но почему Бом выбрал в качестве скрытой переменной именно положение частицы, а не импульс? Ему просто так захотелось. Более того, математика теории волны-пилота позволяет использовать любое соотношение координаты-импульса как скрытую переменную. Как отмечает Жереми Харрис в книге «Это всё квантовая физика!», механика Бома – это бесконечное множество теорий с разными комбинациями скрытых переменных, и все они дают точно такие же предсказания, как и обычная квантовая механика.
Бомовская механика более нелокальна, чем квантовая механика. Положение частицы определяется волной-пилотом, а конфигурация волны зависит от фактических положений всех частиц во Вселенной. Скорость частицы тоже зависит от скоростей других запутанных с ней частиц, независимо от расстояния между ними. Поскольку узнать текущие координаты и скорости всех частиц невозможно, на практике детерминизм бомовской механики не работает: поведение одиночной частицы остаётся случайным, даже если эта случайность обусловлена нашим незнанием начальных положений частицы и влиянию каких сил подвергается направляющая волна.
В бомовской механике уравнение Шрёдингера, описывающее эволюцию волновой функции, дополнено специальным «направляющим» уравнением, которое выражает через волновую функцию фактические положения и скорости частиц. Ещё одно уравнение – гипотеза квантового равновесия – аналогично правилу Борна в квантовой механике: оно позволяет вычислить вероятность обнаружения частицы в том или ином месте. Только вероятности у Бома не являются фундаментальными, они отражают лишь степень нашего невежества относительно настоящего местоположения частицы. Поскольку координата частицы всегда определена, это снимает проблему измерения, возникающую в копенгагенской интерпретации – наблюдатель просто узнаёт, где фактически находится частица.
Бомовская трактовка двухщелевого эксперимента выглядит так: электрон является частицей, способной проходить только через одну щель, но выбор щели и места попадания на экран не случаен, а определён направляющей волной-пилотом, которая проходит через обе щели и создаёт на экране статистическую интерференционную картину. Эта волна является частью скрытого (импликативного) порядка, организующего движение частиц как бы извне. Сравнение волновой интерференции и бомовских траекторий показывает, что они дают одинаковую картину из светлых и тёмных полосок на экране. С недавних пор для визуализации волны-пилота используется гидродинамическая аналогия: крошечные капли масла, «прыгающие» на поверхности вибрирующей жидкости, ведут себя почти так же, как бомовские частицы на поверхности пилотной волны. Только не следует забывать, что это всего лишь трёхмерная аналогия четырёхмерного процесса.
Теория волны-пилота, впервые предложенная Луи де Бройлем в 1927 г., была отвергнута физическим сообществом на Сольвеевском конгрессе 1927 г. и не получила дальнейшего развития. Дэвид Бом самостоятельно переоткрыл её в 1952 г. и первым осознал её онтологическое значение. Однако физики забраковали теорию и на этот раз: Оппенгеймер назвал её «юношеским уклонизмом», главный идеолог скрытых параметров Альберт Эйнштейн – «слишком дешёвой» и «физической сказкой для детей», Вернер Гейзенберг – «излишней идеологической надстройкой», а Вольфганг Паули – «искусственной метафизикой» и «чеком, который нельзя обналичить» (при том, что сам Паули активно обсуждал с Карлом Юнгом идею синхроничности). Кроме самого Бома, до начала 90-х гг. единственным сторонником его интерпретации был Джон Белл – автор знаменитого неравенства, экспериментальное нарушение которого опровергло локальные теории со скрытыми параметрами.
Поклонники считают Бома жертвой догматизма «официальной» науки, не желавшей признавать его теорию по идеологическим соображениям. Но физики отвергли теорию Бома вовсе не потому, что её неправильно поняли или что она противоречила устоявшимся взглядам. Просто отцы-основатели квантовой механики во главе с Нильсом Бором были позитивистами и не видели смысла в реалистическом объяснении уравнений, которые и без того успешно предсказывают результаты экспериментов. По той же причине они впоследствии не приняли интерпретацию Эверетта. А реалисту Эйнштейну теория волны-пилота не понравилась из-за её «жуткого дальнодействия», которое противоречило СТО и в какой-то степени делало Вселенную непостижимой. Действительно, если верить в мистическую нелокальную связь всего со всем, от которой невозможно изолироваться, контролируемые эксперименты теряют всякий смысл. Однако сторонники теории волны-пилота не теряют надежды проверить её на практике.
Механика Бома уже неоднократно подвергалась экспериментальной проверке, но ни один из этих результатов нельзя считать её окончательным подтверждением или опровержением. Так, в 1992 г. статья ESSW (аббревиатура из первых букв имён её авторов) нанесла бомовской механике «смертельный удар», обнаружив в её предсказаниях траектории частиц, «сюрреалистичные» даже по меркам квантовой механики. В частности, в двухщелевом эксперименте фотон может пройти через левую щель, а будет зарегистрирован детектором, стоящим у правой щели. Этот вывод неоднократно оспаривался, как и последующие опыты, якобы подтверждавшие предсказания теории Бома, а не копенгагенской интерпретации. В 2016 г. команда Дилана Махлера провела квантовый эксперимент с запутанными фотонами, проходящими одновременно через две щели, и обнаружила явную нелокальность и те самые «сюрреалистические бомовские траектории». Однако аналогичный эксперимент 2011 г. воспроизвёл предсказания стандартной квантовой механики, а не теории Бома.
Тем временем Джон Буш, специалист по динамике жидкостей в Массачусетском технологическом институте (MIT), занимается моделированием квантовых эффектов на «прыгающих» каплях. В 2016 г. его команда осуществила гидродинамическую версию эксперимента «тестировщик бомб» Элицура-Вайдмана, продемонстрировав, что капли масла на поверхности вибрирующей жидкости следуют бомовскими траекториями. Проходя через правую щель, капля действительно отклонялась, если в левой щели находилась «бомба», не взаимодействуя с ней. Но насколько этот результат можно считать бесконтактным измерением – большой вопрос, поскольку в классической физике невозможно воспроизвести нелокальные корреляции в поведении запутанных частиц.
Теория де Бройля-Бома против многомировой интерпретации Эверетта
У теории де Бройля-Бома много общего с интерпретацией Эверетта: обе теории детерминистичны, считают волновую функцию Вселенной реальным физическим объектом, отрицают её коллапс и не наделяют особым статусом наблюдателя. Однако сторонники многомировой интерпретации вслед за Эвереттом называют свой подход «чистой волновой теорией», полагая, что для объяснения всех наблюдений достаточно одной волновой функции. А теория Бома усложняет математический аппарат квантовой механики скрытыми переменными – положениями частиц, которые никогда не могут быть точно установлены наблюдателем. Как писал Хью Эверетт.
«Наша главная критика этой точки зрения основана на простоте — если кто-то хочет придерживаться точки зрения, что ψ является реальным полем, то связанная с ним частица излишняя, поскольку, как мы пытались проиллюстрировать, чистая волновая теория сама по себе удовлетворительна»
Ещё одна проблема теории Бома, на которую в своё время обратили внимание Альберт Эйнштейн и Джон Белл – это пустые ветви или «волны-призраки». Направляющее поле имеет множество «русел» или потенциальных траекторий движения частицы. По какому пути последует частица, зависит от её точного начального положения. Но что происходит с другими, незаполненными «руслами»? Они продолжают существовать после измерения, не направляя никакие частицы и эволюционируя согласно уравнению Шрёдингера. Получается, волновая функция состоит из множества ветвей, из которых только одна заполнена «реальными» частицами, а остальные являются своего рода «зомби-мирами», идентичными параллельным мирам Эверетта. Вот что по этому поводу пишут сторонники многомировой интерпретации:
«Обычно упускается из виду, что теория Бома содержит те же самые «множественные миры» динамически отдельных ветвей, что и интерпретация Эверетта (теперь рассматриваемые как «пустые» волновые компоненты), поскольку она основана на точно такой же… глобальной волновой функции…» (Дитер Цех)
«…«незанятые канавки» должны быть физически реальными. Более того, они подчиняются тем же законам физики, что и «занятая канавка», которая, как предполагается, является «вселенной». Но это просто другой способ сказать, что они тоже являются вселенными. … Короче говоря, теории пилотных волн являются теориями параллельных вселенных в состоянии хронического отрицания» (Дэвид Дойч)
Действительно, теории Бома и Эверетта содержат одинаковое количество миров, но бомовская механика вводит избыточные уравнения траекторий частиц как указателей, какая из ветвей существует на самом деле, вместо того, чтобы признать реальными их все. Скрытые переменные можно легко отбросить вместе с направляющим квантовым потенциалом, получив теорию, идентичную теории Эверетта, без какого-либо влияния на экспериментальные результаты. Какой смысл постулировать существование одной реальной траектории из множества возможных, если мы всё равно не можем определить, какая именно траектория реальна? Впрочем, можно возразить, что параллельные миры и являются тем самым квантовым потенциалом Бома, определяющим траекторию частицы в нашем мире. Есть даже интерпретация многих взаимодействующих миров – нечто среднее между интерпретацией Эверетта и теорией Бома. Её авторы рассматривают все возможные траектории как одинаково реальные классические миры, а вместо универсальной волновой функции или квантового потенциала объясняют все квантовые эффекты взаимодействием параллельных миров между собой.
Деконструкция нелокальности
В 1964 г. Джон Белл в своей знаменитой теореме показал, что существует верхний предел величины корреляции между измеренными состояниями двух частиц, если природа подчиняется принципам реализма и локальности. Принцип реализма в физике означает, что объективная реальность существует независимо от разума наблюдателя, и все объекты обладают определёнными значениями своих параметров до того, как они будут измерены. Его можно резюмировать крылатой фразой Эйнштейна: Луна существует, даже если на неё никто не смотрит. Принцип локальности состоит в том, что событие в одной точке пространства не может вызвать одновременный результат в другой точке. Объекты взаимодействуют только при столкновении друг с другом или через посредников. Все силы природы должны преодолевать пространство не быстрее скорости света, а не перепрыгивать его.
В 1982 г. Алан Аспе из Парижского университета провёл эксперимент для проверки теоремы Белла. Полученные им результаты подтвердили, что между двумя запутанными частицами существует нелокальная связь, не ослабевающая с увеличением расстояния и не объяснимая известными на тот момент квантовыми полями и взаимодействиями. Дэвид Бом увидел в этом доказательство своей нелокальной теории. В статье «Квантовая случайность против детерминизма» я рассказывал о более надёжных тестах Белла с использованием данных от 100 тыс. геймеров и от двух удалённых квазаров, которые закрыли последние лазейки для локальных скрытых параметров. Но ни один из этих экспериментов не исключает наличия нелокальных скрытых параметров.
В теории де Бройля-Бома нелокальность является неотъемлемым свойством универсальной волновой функции, которая «объединяет – или связывает – далёкие частицы в единую нередуцируемую реальность». Траектория каждой частицы зависит от положений других частиц и в свою очередь мгновенно влияет на все остальные запутанные с ней частицы. Отсюда естественным образом следует, что две запутанные частицы действуют скоординированно независимо от расстояния между ними, ведь они являются частью единого целого. Однако нелокальная сила квантового потенциала стремится к нулю в классическом пределе, т.е. о мгновенной связи макрообъектов речь не идёт. Впрочем, впоследствии Бом говорил, что «вещи, такие как частицы, объекты и, конечно, субъекты» существуют как «полуавтономные квазилокальные особенности» импликативного порядка. Из-за явной нелокальности бомовская механика несовместима со специальной теорией относительности (не является лоренц-инвариантной), и на её основе очень трудно построить альтернативу квантовой теории поля. Это ещё один важный фактор, препятствующий её широкому признанию.
Почему квантовая механика является локальной теорией, я объяснял в статье «Жуткое дальнодействие», но на всякий случай повторю. В квантовой теории нелокальны только корреляции между состояниями запутанных частиц, на каких бы расстояниях друг от друга они ни находились. Это даёт возможность Алисе мгновенно определить квантовое состояние частицы Боба на любом расстоянии, измерив запутанную с ней частицу в другом месте. Однако для безошибочного измерения квантового состояния Бобом необходима классическая информация о базисе измерения, которая должна быть передана Алисой по классическому каналу связи, со скоростью, не превышающей скорости света. Таким образом, передача информации и квантовая телепортация невозможны со скоростью большей, чем скорость света, и тем более мгновенно – основной постулат СТО не нарушается.
Многомировая интерпретация квантовой механики также локальна, поскольку миры расщепляются не быстрее скорости света. Она сохраняет локальный реализм ценой отрицания контрфактической определённости. Однако волновая функция в интерпретации Эверетта никогда не коллапсирует, а значит, запутанность при измерении не разрушается. Так может это правда, что измерение одной частицы здесь, на Земле, мгновенно отражается на состоянии запутанных с ней частиц в других галактиках? Если в момент Большого взрыва всё вещество нашей Вселенной было сжато в точку меньше размеров атома, с тех пор все частицы остаются квантово запутанными между собой, как бы далеко они не находились. К тому же частицы одного типа неотличимы и являются возмущениями единого квантового поля – не означает ли это всеобщего нераздельного единства?
Нет. Во-первых, когда объекты разделены миллиардами световых лет, о мгновенности говорить бессмысленно – во Вселенной нет единой шкалы времени. Во-вторых, даже если действует принцип «однажды в контакте – всегда в контакте», т.е. исходная запутанность никогда не уничтожается, она экспоненциально убывает с каждым последующим запутыванием с другими частицами. В копенгагенской интерпретации при измерении происходит коллапс волновой функции, который обнуляет недиагональные члены матрицы плотности, отображающие фазовые отношения. Это значит, что запутанности больше нет. В многомировой интерпретации как при измерении, так и при декогеренции фазовые коэффициенты не обнуляются, что рассматривается как сохранение некоторой степени запутанности между частицами и слабой интерференции между декогерентными мирами. Впрочем, учитывая количество частиц в макроскопических системах и взаимодействий между ними, нелокальное влияние этих систем друг на друга будет пренебрежимо малым.
В предыдущих статьях я объяснял, что различают «сильную» ЭПР-запутанность, когда состояния пары частиц полностью взаимозависимы, и «слабую» многочастичную запутанность, когда информация распределяется по системе. Согласно гипотезе ER=EPR, запутанные ЭПР-пары соединены непроходимыми червоточинами (мостами Эйнштейна-Розена), GHZ-триплеты – GHZ-бранами, и т.д. С точки зрения многомировой интерпретации, макроскопические объекты могут быть запутаны посредством межмировых червоточин – каждый элемент системы запутан со всеми копиями других элементов из параллельных миров. Но мы не знаем, какие копии этих объектов из каких вселенных между собой запутаны, а какие нет. Даже в пределах одной вселенной запутанность – величина ненаблюдаемая, т.е. по измерению одной частицы невозможно установить, с чем и насколько она запутана. Чтобы обнаружить корреляции в результатах измерений, Алиса и Боб должны сверять их по классическому каналу связи. А чтобы передать информацию, Алиса должна локально сообщить Бобу, в каком базисе измерять частицу. Иначе Алиса будет знать состояние частицы Боба, но не будет знать, с какой копией Боба из какой вселенной оно запутано.
Кто-то обязательно скажет, что вера в параллельные миры и универсальную волновую функцию ничем не лучше веры в квантовый потенциал и волну-пилота – ни то, ни другое невозможно обнаружить экспериментальным путём. Волновая функция, как и бомовская волна-пилот, не относится к тому же порядку реальности, что и электромагнитные или звуковые волны – они «живут» в абстрактном многомерном гильбертовом пространстве. Но теория Эверетта по крайней мере объясняет амплитуды вероятностей как меру «толщины» ветвей волновой функции, а квантовую интерференцию – как взаимное влияние этих ветвей, определяющее классическую статистику результатов измерений. Многомировая интерпретация совместима как с волновой механикой Шрёдингера, так и с матричной механикой Гейзенберга, а также с формулировкой Фейнмана через интегралы по траекториям.
Механика Бома не даёт внятного описания импликативного порядка и законов, по которым он работает. Это невидимый вибрирующий универсальный субстрат – скалярное поле квантового потенциала, напряжённость которого не убывает с расстоянием и одинаково в любой точке пространства – что-то вроде вселенского вай-фая. Значение квантового потенциала может быть каким угодно – в выражении для него один и тот же член находится в числителе и знаменателе. Волна-пилот распространяется в поле квантового потенциала с бесконечной скоростью – как если бы она была везде и всегда. Кроме того, квантовый потенциал может сам быть частью суперимпликативного порядка, организующего поле, а тот в свою очередь управляться порядком высшего уровня – получаем бесконечный регресс. Постулирование скрытого, импликативного порядка сводит на нет апелляции Бома к здравому смыслу, поскольку наделение частиц реальными свойствами до, во время и после измерения компенсируется невозможностью эти свойства узнать. Не объясняется даже, что поддерживает связь частицы с волной-пилотом и почему они не расходятся во время движения. Есть попытки отождествить волну-пилот с гравитационным полем и его волнами, но очевидно, что сила гравитации недостаточна для влияния на отдельные частицы.
Теория Бома по своей природе холистична, т.е. провозглашает целое более фундаментальным, чем его части, в противовес редукционизму копенгагенской интерпретации. Ощущение единства со всем сущим и холистическое восприятие мира часто возникает во время психоделических трипов и является характерной чертой первобытного магического мышления, ещё не разделявшего реальность на абстрактные категории. Вера в дистанционное воздействие на человека через колдовские манипуляции с его куклой Вуду, волосами, фотографией или личными вещами – типичный пример нелокальной магии. Принцип нелокальности приводит к двум логическим ошибкам, лежащим в основе магического мышления и отмеченным Джорджем Фрэзером в «Золотой ветви»: закон подобия («подобное производит подобное») и закон заразности («всё, что однажды коснулось тебя, имеет с тобой связь»). Отказ от принципа локальности открывает эзотерический ящик Пандоры, подгоняя «научную» основу под астрологию, гомеопатию, акупунктуру, телепатию и всевозможную магию. Как пишет Джордж Массер.
«Если бы не локальность, мир обладал бы магическими свойствами, причём не в хорошем, диснеевском смысле… В мире без локальности внешние для нас объекты могли бы проникать внутрь тела (для этого им не нужно было бы даже преодолевать кожу), и мы потеряли бы способность контролировать своё внутреннее состояние. Мы бы слились с окружающей средой. А это, по определению, и есть смерть»
Голографический принцип здорового человека
Через два года после публикации книги «Голографическая Вселенная» и через год после смерти Бома, появилась другая теория, которая получила название «голографический принцип». В отличие от бомовской холодинамики, она имела сложный математический аппарат и решала конкретную научную проблему – информационный парадокс чёрных дыр. Я уже писал о ней в статье «Термодинамика чёрных дыр», но, чтобы было понятно, о чём речь, повторю основные тезисы здесь. Итак, «настоящий» голографический принцип был сформулирован нидерландским физиком Герардом ’т Хоофтом в 1993 г. Возможно, ’т Хоофт знал об идеях Дэвида Бома, но в большей степени он опирался на теорию струн и работы Якова Бекенштейна. На тот момент уже больше 10 лет продолжался научный спор между Стивеном Хокингом и Леонардом Сасскиндом – знаменитая «битва при чёрной дыре». Камнем преткновения был вопрос: «сохраняется ли информация в испаряющихся чёрных дырах?». Голографический принцип стал веским аргументом в пользу квантовомеханической теории Сасскинда, хотя поначалу его приняли далеко не все учёные, вовлечённые в дискуссию. Широкое признание теория получила лишь в 1997 г., когда аргентинский физик Хуан Малдасена нашёл для неё точное математическое доказательство – т.н. AdS/CTF-соответствие. Но давайте рассмотрим всё по порядку.
В 70-е годы Яков Бекенштейн и Стивен Хокинг вывели формулу энтропии чёрной дыры, выяснив, что она равна ¼ площади горизонта событий в планковских единицах. Поскольку энтропия – это информация, значит, существует максимальное количество информации, которую можно уместить в заданном объёме пространства – предел Бекенштейна. Когда он достигнут, любой материальный объект превращается в чёрную дыру, и дальнейшее увеличение его энтропии возможно только за счёт расширения горизонта событий. Но если энтропия не достигла предела Бекенштейна – допустим, внутри нашей произвольно взятой сферы находиться нейтронная звезда или что-то менее плотное – то всю информацию о ней точно так же можно спроецировать на эту сферу, ещё и лишнее место останется. Вот и весь смысл голографического принципа: информация, заключённая в ограниченном объёме пространства, может быть выражена в планковских ячейках на поверхности этого объёма. И этой информации не должно быть больше, чем один бит (т.е. одна степень свободы) на четыре планковских площади (10–66 м2).
Теперь вспомним, что такое AdS/CTF-соответствие. В официальной формулировке оно звучит так: теория гравитации в пятимерном (4+1) пространстве анти-де Ситтера с положительной энергией вакуума эквивалентна конформной теории поля в четырёхмерном (3+1) плоском пространстве-времени без гравитации. Если опустить лишние сложности, мы получим всё тот же голографический принцип, но только для пятимерного пространства с отрицательной кривизной (наподобие внутренней поверхности чаши) и его четырёхмерной границы. Вообразить и тем более нарисовать это практически невозможно, но есть вот такая условная картинка:
Хуан Малдасена использовал в своём доказательстве математику теории струн, в которой предполагается наличие целых 11-ти измерений. Для нас не имеет значения, верна эта теория или нет. Важно другое. Открытую Малдасеной эквивалентность можно обобщить на пространства любых размерностей, тогда голографический принцип получит более широкую формулировку: всё, что происходит в n-мерном пространстве с гравитацией, можно описать в n-1-мерном пространстве без гравитации. Подставляем вместо n тройку – и мы получим застывшую во времени чёрную дыру с двумерным горизонтом событий, подставляем четвёрку – и перед нами уже реальная Вселенная с тремя пространственными и одним временным измерением. В принципе можно подставить и двойку – тогда всё уложится в одномерную последовательность битов, т.е. строку кода. Нужно только найти двумерный аналог гравитации.
Корректно ли применять AdS/CTF-соответствие к плоским пространствам меньших размерностей или к пространствам с положительной кривизной? Однозначного ответа пока нет, но многие учёные считают, что да. Так, физики из Венского технологического университета Дэниел Грумиллер и Макс Риглер утверждают, что энтропия запутанности квантовой системы имеет одинаковое значение как в двумерной квантовой теории поля, так и в теории квантовой гравитации для плоского трёхмерного пространства. Поэтому не будет ошибкой сказать, что, в соответствии с голографическим принципом, трёхмерное и двумерное описания одного и того же объекта полностью эквивалентны. Всё, что существует в наблюдаемой Вселенной, можно перевести в биты информации и записать с помощью планковских ячеек на условной границе Вселенной – космологическом горизонте. В качестве границы в принципе можно взять что угодно: от горизонта событий чёрной дыры или сферического предела солнечной системы до поверхности футбольного мяча или горошины. Голографический принцип сводится к тому, что вся информация о трёхмерном объекте может быть закодирована в двух измерениях. Но речь идёт о дуальности голограммы и голографической пластинки, а не пластинки и сфотографированного предмета.
Внутреннее пространство балка и расположенные в нём трёхмерные объекты – не более, чем голографическая проекция информации, находящейся на двумерной поверхности. CFT на границе считается более фундаментальной реальностью и является полным описанием физики внутри пространства AdS. Информационное содержание системы – её энтропия – не может превышать информационную ёмкость её двумерной границы. Непрерывно пространство-время или дискретно – не имеет значения, поскольку в него всё равно не получится вместить больше информации, чем четверть от количества планковских ячеек на границе. События внутри сферы и на её поверхности нелокально коррелируют, т.е. в некотором смысле происходят одновременно, но это не нарушает запрет сверхсветовой коммуникации, поскольку речь идёт об одной и той же информации, проявляющей себя в разных местах. Ни в одной системе отсчёта невозможно получить доступ к этой информации сразу в двух местах (в объёме и на границе), что гарантирует соблюдение запрета клонирования неизвестного квантового состояния.
Итак, повторим ещё раз: дуальность – это два разных способа описать один и тот же объект. Можно представить его трёхмерным в некоем объёме пространства, а можно записать в двухмерном виде на поверхности этого объёма. Имеется в виду истинно двумерная поверхность, но это условная граница, подобная горизонту событий чёрной дыры. Процессы, происходящие в объёме и на поверхности этого объёма, тоже дуальны. Одна и та же информация в 3D проявляет себя как гравитационное искривление пространства-времени элементарными частицами, из которых состоит предмет, а в 2D – как набор битов – нулей и единиц, выраженных в планковских ячейках.
В качестве аналогии можно привести дуальность двумерной веб-страницы в браузере и её одномерного кода. Кто не разбирается в программировании, скорее всего, подумает, что их ничего не связывает. Но если он начнёт менять код, это сразу же повлечёт за собой изменения на странице. Тогда пользователь придёт к выводу, что он работает с одной и той же информацией, представленной в разном виде. Количество информации там и там одинаково, но в исходнике она записана сжато, а на странице — развёрнуто. Значит, код – это чистая информация без «воды», его энтропия минимальна. А веб-страница будет «весить» намного больше за счёт дополнительного измерения. Полезной информации на ней столько же, но энтропия выше. Зато пользоваться ею удобнее, чем исходным кодом. Также дуальны трёхмерное пространство внутри виртуальной реальности компьютерной игры и двумерный кремниевый чип, на котором эта игра запущена.
Деконструкция голографической вселенной
Теперь мы можем выяснить, что не так с голографической парадигмой Дэвида Бома. Начнём с того, что это классический пример теории, которая объясняет всё и одновременно ничего. Дэвид Бом надеялся, что предсказания его теории будут в чём-то расходиться с квантовой механикой, но таких расхождений до сих пор обнаружено не было. Поэтому большинство физиков отдают предпочтение стандартной квантовой механике: она проще в использовании и не вводит новых сущностей. Проходит ли бомовская механика критерий Поппера и бритву Оккама, чтобы считаться научной – вопрос спорный. Да, по мнению Бома, доказательством его теории служит нелокальная связь запутанных частиц, обнаруженная в эксперименте Аспэ. Но с таким же успехом её можно использовать для объяснения любого локального взаимодействия в квантовой теории поля. Почему противоположные заряды притягиваются? Что удерживает кварки внутри адронов? Как одна частица превращается в другую при радиоактивном распаде? Почему массивные тела искривляют пространство-время? Ответ один: все частицы нелокально связаны на другом уровне реальности, а здесь, в трёхмерном мире, мы видим лишь голографические проекции. Философов такое объяснение может и устроит, но физиков-теоретиков – нет.
Далее. Дэвид Бом использовал в качестве аналогии классическую голограмму, полученную с помощью двух лазерных лучей и фотопластинки. Но эта аналогия не отображает реальное устройство нашего мира. Во-первых, фотопластинка только кажется двумерной, а на самом деле она имеет узор из трёхмерных ложбинок, которые и создают интерференционную картину. Во-вторых, сфотографированный предмет и информация о нём, записанная на пластинке – не дуальны. Как вы знаете по жизненному опыту, двумерная фотография не может передать всех тонкостей трёхмерного предмета, даже если его сфотографировать со всех сторон. Так же и в голограмме: лазер воссоздаёт только изображение поверхности предмета – висящий в воздухе фантом. Фотопластинка и проявленная из неё голограмма всегда содержат меньше информации, чем трёхмерный объект, у которого есть масса, плотность, состав, внутренняя структура и т.д. При желании на одну пластинку можно записать несколько голограмм или разные кадры динамической голограммы, тогда на ней может быть и больше информации, чем в одном предмете, но всё равно информации «поверхностной». Просто будут проявляться разные изображения в зависимости от угла наклона лазера или длины его волны. Кроме того, на практике невозможно закодировать четырёхмерную информацию на двумерной фотопластинке, или трёхмерную информацию в одном измерении.
В механике Дэвида Бома принцип дуальности тоже не соблюдается. У него каждая частица может содержать информацию обо всей Вселенной, только непонятно, где она эту информацию хранит. Такое возможно лишь при условии, что материю можно делить до бесконечности, а это противоречит основной идее квантовой механики – энергия передаётся конечными порциями (квантами). Согласно Бому, информация нелокальна, она приходит из ниоткуда и уходит в никуда, что объясняется наличием импликативного порядка. Там, в этой голографической матрице, записано всё, что существует или может существовать, «от снежинки до квазара, от синего кита до гамма-лучей». Идея такого «вселенского супермаркета» перекликается с эзотерическими учениями об информационном поле и хрониках Акаши, с «пространством вариантов» Зеланда, с «морфическим резонансом» Шелдрейка, с «квантовой голограммой» Эдгара Митчелла и с другими псевдонаучными теориями. Но ни одна из них не даёт конкретных предсказаний и не объясняет ни одного факта лучше, чем это делает «официальная» наука со своими локальными квантовыми полями. Но вернёмся к нашему сравнению голографического принципа и бомовской холодинамики.
По иронии судьбы, как раз тот самый голографический принцип ставит крест на голографической модели вселенной Бома и его последователей. Он устанавливает ограничение на количество информации в произвольно взятом объёме пространства (предел Бекенштейна). Это исключает возможность бесконечного масштабного самоподобия Вселенной, когда любая её часть содержит в себе всю информацию о целом. Кроме того, из AdS/CTF-соответствия следует, что пространства с разным количеством измерений могут быть дуальны. А дуальность означает, что это по сути одна и та же Вселенная, описываемая разными формулами. Ни в двумерном, ни в четырёхмерном пространстве не содержится больше информации, чем в нашем трёхмерном. Разница лишь в том, что двумерная запись более сжата, а в многомерных пространствах больше энтропии и пустоты. Это совсем не похоже на пещеру Платона, где наши чувства воспринимают плоскую, усечённую проекцию более полной и многогранной реальности.
Вывод
Подведём итог. Как мы выяснили, Дэвид Бом первым придумал концепцию голографической Вселенной, но это была скорее философская, чем научная идея. С лёгкой руки Майкла Талбота она стала популярной среди сторонников нью-эйджа и превратилась в чистую эзотерику. Сейчас голографическим принципом называют совсем другую теорию, разработанную в 90-е гг. Герардом ’т Хоофтом, Леонардом Сасскиндом и Хуаном Малдасеной. В отличие от модели Бома, где были только красивые слова о нелокальной связи всего со всем, голографический принцип имеет сложный математический аппарат на основе теории струн, позволяющий решать некоторые практические задачи в отсутствие теории квантовой гравитации. Работает голографический принцип или нет – пока экспериментально не доказано, но это не имеет никакого значения для нашей повседневной жизни.
Современная наука допускает нелокальные корреляции между удалёнными объектами – запутанными частицами, и предполагает, что нашу объёмную Вселенную можно закодировать на её плоской границе. Но это вовсе не означает, что весь материальный мир – голографическая иллюзия, а где-то там, в другом измерении, скрыта истинная реальность. Просто само пространство-время является эмерджентной структурой, его геометрия и, как следствие, гравитация, определяются квантовой запутанностью. Что не мешает нам воспринимать мир в трёх измерениях и пользоваться обычной евклидовой геометрией вместе с ньютоновским законом всемирного тяготения. Наш мозг эволюционно приспособлен мыслить в категориях локальных пространственных взаимодействий, потому что квантовая запутанность отдельных частиц не влияла на выживаемость наших предков. И её существованием по-прежнему можно пренебречь, если вы не занимаетесь квантовыми вычислениями или коммуникациями.
