Прошлого не существует? Как квантовая механика разрешает настоящему влиять на свершившееся

Все мы воспринимаем историю как череду состоявшихся событий. Юлий Цезарь перешел Рубикон, «Титаник» столкнулся с айсбергом, а яблоко упало на голову Ньютону. В нашем макроскопическом мире событие либо произошло, либо нет, и третьего не дано. Прошлое в нем неизменно.

Однако стоит нам спуститься на фундаментальный уровень реальности — в мир квантовой механики — как понятие «свершившегося факта» теряет смысл. Знаменитый мысленный эксперимент с котом Шредингера демонстрирует это противоречие: до момента наблюдения система находится в суперпозиции, смешивая взаимоисключающие состояния.

Но проблема гораздо глубже, чем просто незнание текущего состояния. Квантовая физика ставит под сомнение не только настоящее, но и прошлое. Эксперименты показывают: то, что уже произошло, может зависеть от того, что мы решим сделать сейчас.

Кризис объективной реальности

В повседневной жизни мы исходим из аксиомы реализма: объекты существуют независимо от нас. Чашка кофе стоит на столе, даже если мы вышли из комнаты. Она имеет четкие координаты и форму. Наш взгляд лишь регистрирует эти параметры, но уж никак не создает их.

В квантовом мире этот принцип не работает. До момента измерения субатомная частица (например, электрон) не находится в конкретной точке пространства. Она существует в состоянии суперпозиции — размазанного облака вероятностей, то есть одновременно находится «нигде» и «везде».

Физики называют процесс измерения коллапсом волновой функции. В тот момент, когда мы решаем определить его местоположение, бесконечное множество вероятностей схлопывается в одну реальность. Мы не обнаруживаем электрон в точке А — мы принуждаем его там оказаться своим наблюдением.

Но если настоящее формируется в момент наблюдения, что происходит с прошлым частицы до этого момента?

Двойная игра материи

Чтобы понять парадокс времени, обратимся к знаменитому эксперименту с двумя щелями, который впервые провел Томас Юнг еще в 1801 году.

Суть его проста: если направить пучок света на экран с двумя узкими прорезями, на стене за ним образуется не две полоски, а сложный узор из чередующихся светлых и темных линий. Это интерференция — верный признак того, что свет ведет себя как волна. Проходя через щели, волна разделяется, и два потока накладываются друг на друга, усиливаясь или гасясь.

Чудеса начинаются, когда мы проводим этот опыт с одиночными частицами — фотонами или электронами. Даже если запускать их по одному, со временем на экране все равно проступает тот же волновой узор. Это означает, что каждая одинокая частица умудряется пройти через обе щели одновременно и провзаимодействовать сама с собой.

Но стоит физикам установить детекторы у щелей, чтобы подсмотреть, какой именно путь выбрала частица, как интерференция пропадает. Электрон мгновенно начинает вести себя как крошечный шарик и летит только через одну щель. На экране остаются две параллельные полосы.

Ученые пришли к выводу: сам факт наличия наблюдателя меняет физическую природу реальности. Природа словно знает, что за ней следят.

Эксперимент с отложенным выбором

Американский физик-теоретик Джон Уиллер, человек, придумавший термин «черная дыра», решил довести эту ситуацию до логического абсурда. Он задался вопросом: что если мы решим подсмотреть за частицей уже после того, как она прошла через щели, но до того, как она ударилась о конечный экран?

Так родился мысленный эксперимент с «отложенным выбором», который позже был успешно реализован в лабораториях.

Сценарий выглядит так:

1. Фотон пролетает через барьер с щелями. В этот момент он делает свой «выбор»: быть волной (пройти через обе) или частицей (через одну).
2. Фотон летит дальше в пространстве к экрану.
3. В самую последнюю долю секунды экспериментатор (или генератор случайных чисел) решает: включать измерительный прибор, чтобы узнать траекторию, или нет.

Если в последний момент мы решаем измерить путь, фотон ведет себя так, будто он всю дорогу был частицей. Если мы решаем не измерять — он ведет себя так, будто всю дорогу был волной.

Получается, что действие, совершенное в настоящем, определяет историю объекта в прошлом. Мы словно отправляем сигнал назад во времени, принуждая фотон принять то или иное состояние в момент прохождения барьера, который он уже давно миновал.

Этот эффект иногда называют «квантовым ластиком». Измеряя параметры сейчас, мы стираем одни варианты прошлого и утверждаем другие.

Вселенная как лаборатория

Уиллер любил масштаб. Он предложил экстраполировать этот эффект на космические расстояния, чтобы продемонстрировать абсурдность линейного времени.

Представим далекий квазар, свет от которого летит к Земле миллиарды лет. Между нами и квазаром находится массивная галактика или черная дыра. Гравитация этого объекта работает как линза, искривляя свет. Лучи могут обогнуть препятствие слева или справа, чтобы в итоге встретиться на Земле. Это космический аналог эксперимента с двумя щелями.

Фотон покидает квазар задолго до появления жизни на Земле. Он летит миллиарды лет. В конце пути он огибает черную дыру. И вот, сегодня, астроном направляет телескоп на этот участок неба.

Согласно логике Уиллера, от настройки телескопа сегодня зависит то, какой путь выбрал фотон миллиарды лет назад. Если астроном решит зафиксировать интерференцию, значит, фотон прошел обоими путями одновременно. Если он решит определить, с какой стороны от черной дыры пришел свет, фотон «задним числом» полетит только по одной траектории.

Архив вероятностей

Значит ли это, что мы можем менять исторические события, переигрывать войны или катастрофы? Нет. На макроскопическом уровне, где триллионы квантовых событий усредняются, формируется устойчивая, единственная история.

Но на фундаментальном уровне прошлое не существует как свершившаяся, неизменная череда событий. Как утверждал Уиллер, «прошлого нет, пока оно не зарегистрировано в настоящем».

Вместо одной четкой линии времени за нами тянется шлейф из «призрачных историй», набора потенциальных возможностей, которые, возможно, реализуются при нашем непосредственном участии.