Правда и вымысел в квантовой механике: как ученые доказали, что «эффекта бабочки» на самом деле не существует

Это же явление описал в своем рассказе «И грянул гром» фантаст Рэй Бредбери. По сюжету один из героев, переместившись в прошлое, случайно раздавил бабочку. Эта незначительная оплошность привела к неожиданным изменениям в настоящем. В фильме Эрика Бресса и Джей Меки Грубера показана похожая история. Главный герой «Эффекта бабочки» Эван не помнит часть событий из своей жизни. Врач советует мальчику вести дневники, чтобы справиться с провалами в памяти. Обращаясь к запискам из детства во взрослом возрасте, герой перемещается в прошлое и начинает менять настоящее.

Первым в науку термин «эффект бабочки» ввел метеоролог Эдвард Лоренц в 1961 году. Ученый решил сконструировать модель изменения погоды с помощью компьютера и для оптимизации расчетов округлил все величины до трех знаков после запятой. Однако все пошло не по плану: система дала сбой, начала реагировать на малейшие изменения и «перепрыгивать» между показаниями хаотично и непредсказуемо. Описывая этот опыт в своей статье, Лоренц предположил, что на погоду может повлиять даже самая незначительная деталь, например, взмах крыльев бабочки в Америке — привести к циклону в Индонезии.

Так, ученый не просто вывел новый термин «эффект бабочки», но и сделал неочевидный вывод. Пытаясь облегчить прогнозы погоды, он выяснил, что природа не подчиняется строгим и последовательным законам. Напротив, любая случайность способна неожиданно и иногда кардинально изменить жизнь планеты — достаточно вспомнить, с чего началась пандемия Covid-19 и как мы живем сегодня, спустя почти 4 года.

Термин «эффект бабочки» часто связывают с другим понятием — теорией хаоса. Кроме того, некоторые ученые считают, что «эффект бабочки» — в принципе и есть теория хаоса только в более простой трактовке. Впервые ее описал исследователь Анри Пуанкаре в 1890 году во время изучения поведения системы с тремя телами. Ученый выяснил, что на динамические системы, подчиненные хаосу (а такие встречаются практически во всех сферах нашей жизни) влияют даже небольшие воздействия. Это значит, что в мире невозможно предсказать наверняка практически ничего, потому что любое случайное изменение может полностью изменить ход истории.

Теория хаоса подразумевает, что динамические системы очень зависят от первоначальных условий развития. Так, например, живая природа развивается хаотично и никогда не сможет подчиняться предписанным правилам или формулам. Изучение биологических наук с помощью теории хаоса помогает осуществлять определенные прогнозы, например, изменение популяций или распространение эпидемий.

Человеческая жизнь — самый яркий пример хаотичной и непредсказуемой системы, ведь никогда не знаешь, что может принести с собой новый обычный день. Именно поэтому термин «эффект бабочки» нашел свое место и в психологии. Он обозначает: даже незначительное событие в жизни человека может привести к глобальным последствиям.

С помощью аналогии с «эффектом бабочки» психологи доносят до своих клиентов важную мысль: самокопание и попытки бороться с самим собой — деструктивны. Правильнее — понять свои слабые и сильные стороны, понемногу меняться и двигаться к цели. Ведь даже незначительные изменения могут привести к важным и положительным переменам в жизни.

В 2020 году исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории экспериментально доказали, что в квантовой механике «эффекта бабочки» не существует. Напомним, что принцип «эффекта бабочки» заключается в свойстве некоторых хаотичных систем. Так, незначительное влияние на систему может повлечь большие и непредсказуемые последствия.

Для того, чтобы симулировать «эффект бабочки» и выяснить существует ли он, ученые использовали квантовый компьютер. Они отправили в «прошлое» информацию — квантовые биты или же кубиты, а затем сильно повредили один из них. То есть фактически повторили то, что совершил герой известного рассказа Рэя Брэдбери, наступив на бабочку.

Однако дальше в эксперименте все пошло совсем не так, как в рассказе. Когда кубиты были возвращены в «настоящее», они оказались неповрежденным — так, будто реальность самовосстановилась. Выходит, что «эффект бабочки» не работает?

«На квантовом компьютере нет никаких проблем с тем, чтобы симулировать обратную во времени эволюцию или же запуск процессов в прошлое, — говорит один из соавторов исследования, физик-теоретик Лос-Аламосской лаборатории Николай Синицын. — То есть мы реально можем посмотреть, что произойдет со сложным квантовым миром, если мы отправился назад во времени, причиним небольшие повреждения и вернемся обратно. Мы обнаружили, что наш мир в этом случае сохранится, и это означает, что "эффекта бабочки" в квантовой механике не существует».

Произведенные в прошлом повреждения, как выяснили Синицын и его соавтор Бин Ян, вызывают в настоящем лишь локальные и несущественные изменения. Вывод один — «эффекта бабочки» не существует. И это открытие имеет не только теоретическое, но также и вполне практическое применение.