Кубиты и суперструны
Все еще занимаясь теорией информации черной дыры, Уилер продолжал проповедовать веру «все из бита» любому, кто готов был слушать. Хотя он и Фейнман сосредоточились на одном и том же, на бинарных вычислениях, подход у них был разный. Джон был мечтателем, а Ричард – практиком, первый смотрел на звезды, на будущее и прошлое, а второй думал, как заставить работать вещи на Земле здесь и сейчас.
В 1985 году многие физики-теоретики были воодушевлены перспективой обобщения теорий гравитации и остальных взаимодействий, которую представила «теория суперструн». Ее разработали Майкл Грин из университета Лондона и Джон Шварц из Калтеха, опиравшиеся на идеи многих других исследователей.
Эта концепция содержала несколько необычных элементов.
Во-первых, она замещала точечные частицы, такие как кварки и электроны, вибрирующими нитями энергии планковской длины. Поскольку они обладали конечными размерами, то бесконечные величины в полевой теории становились конечными, тем самым отпадала необходимость в перенормировке. Концепция опиралась на новую симметрию между фермионами, компонентами материи, и бозонами, переносчиками взаимодействий, при которой одни могли трансформироваться в другие. Возможно, более удивительным выглядело то, что она имела математический смысл только при наличии десяти и более измерений. Поскольку в доступном нам пространстве-времени их четыре, остальные шесть должны быть свернуты крайне плотно в масштабах той же планковской длины и нам недоступны.
Множество выдающихся теоретиков, недовольных отсутствием прогресса в квантовании гравитации с помощью стандартных методов (обобщение квантовой электродинамики) обратились к теории струн, сочли ее перспективной. Но и Уилер, и Фейнман остались скептиками, хотя и по разным причинам: первому она казалась слишком маломасштабной, второму не хватало доказательств.
«Мы должны смотреть на вещи шире, – говорил Уилер. – Как возникает бытие? Откуда берется квант? Я помню одного коллегу, взявшегося прочесть лекцию по теории струн, так он описал мне все, словно пресвитерианский священник, читающий Библию»138.
«Я заметил, что когда я был моложе, многие старики в нашей области не могли хорошо понять новые идеи… как Эйнштейн оказался не в состоянии постичь квантовую механику, – говорил Фейнман. – Я сам теперь старик, и вот они, новые идеи, и они выглядят для меня безумием, выглядят так, словно уводят нас не в ту сторону»139.
Опубликованная в том же году статья, написанная Дэвидом Дойчем, «Квантовая теория, принцип Черча – Тьюринга и универсальный квантовый компьютер»140, предложила идеи, куда более близкие Уилеру и Фейнману. Дэвид Дойч показал, как обобщить детерминистические машины Тьюринга в универсальные квантовые компьютеры, базирующиеся на кубитах. Он продемонстрировал, как квантовое параллельное вычисление может быть быстрее стандартных линейных алгоритмов. И в конце концов, он доказывал, что многомировая интерпретация квантовой механики Хью Эверетта является наиболее логичным путем описания того, как функционирует подобное устройство.
Дойч был не одинок в защите теории Эверетта. Немецкий физик Дитер Цее использовал ее положения в версии, именуемой «многоразумовой интерпретацией» (1970 г.). Цее предположил, что наблюдатель сам по себе не расщепляется в процессе наблюдения, а остается в суперпозиции состояний вместе с тем, что измеряется. Вместо коллапса его волновая функция становится запутанной (связанной с тем же квантовым состоянием) с подвергающейся изучению квантовой системой. Почему тогда он воспринимает определенное значение, а не набор возможностей? Потому что, согласно Цее, его ментальное состояние раздваивается, и каждая из альтернатив выносит свое заключение. Поскольку тело может похвастаться только одним умом, его направляющим, то другие выборы существуют, но признаются нерабочими.
Цее помог развить другую идею, связанную с его многоразумовой интерпретацией, именуемую «декогерентностью». Войцех Журек, студент Уилера в университете Техаса, стал вторым автором концепции.
Декогерентность утверждает, что для каждого квантового измерения система становится запутанной с ее окружающей средой. Из-за этого запутывания на краткий период ее суперпозиция разлагается в определенное состояние, подобно тому, как дерево, качаемое сильным ветром, в конечном итоге опрокидывается. Только крохотные системы, изолированные от окружения, могут долгое время оставаться в суперпозиции, а большие, подверженные влиянию среды, постоянны и однозначны. Таким образом, они остаются в конкретных состояниях, а не в суперпозициях, и поэтому именуются «классическими».
