Кот Шрёдингера жив и мёртв одновременно — так гласит знаменитый парадокс. Но никто никогда не видел такого кота. Макроскопические объекты вокруг нас всегда находятся в одном определённом состоянии, а не в суперпозиции нескольких. Почему же квантовый мир, который допускает сосуществование противоположностей, на больших масштабах так категоричен? Стандартный ответ апеллирует к декогеренции: взаимодействие с окружающей средой разрушает хрупкую квантовую суперпозицию, превращая её в смесь классических альтернатив. Но это объяснение неполно. Оно не говорит, почему из множества возможных исходов реализуется именно один и с какой вероятностью. Правило Борна, связывающее квадрат амплитуды с вероятностью, приходится вводить как отдельный постулат, а не выводить из самой теории.

Новая работа предлагает элегантный выход. Вместо того чтобы смотреть на макроскопический объект как на единое целое, автор рассматривает его как огромный ансамбль микросостояний. Каждое макросостояние — например, «кот жив» или «кот мёртв» — содержит астрономическое число микроскопических реализаций, различающихся положением атомов, их импульсами, спинами. Когда мы переходим от точного уравнения Шрёдингера для всех микроскопических степеней свободы к уравнению для макроскопических амплитуд, возникает нечто удивительное. Матричные элементы, связывающие разные макросостояния, ведут себя как белый шум — случайный сигнал без корреляций во времени. Этот внутренний шум, порождённый самим ансамблем микросостояний, а не внешней средой, действует как неутомимый дирижёр, который заставляет толпу микроскопических возможностей двигаться согласованно. И вот результат: суперпозиция макросостояний быстро схлопывается, оставляя только одно.

Уравнение для макроскопических амплитуд оказывается редуцирующим: оно экспоненциально подавляет все суперпозиции, оставляя только одно макросостояние. Вероятность выживания каждого состояния равна его начальной квадратичной амплитуде, что в точности воспроизводит правило Борна. Никаких нелинейных членов добавлять не нужно: нелинейность появляется автоматически из-за перехода к макроскопическим переменным. Это делает решение проблемы измерения более экономным и согласованным с уже известной физикой. Раньше было неясно, почему макроскопические суперпозиции не наблюдаются, хотя уравнение Шрёдингера допускает их существование. Теперь показано, что обычное уравнение Шрёдингера само схлопывает макроскопические суперпозиции за счёт внутреннего шума микросостояний. Правило Борна выводится, а не постулируется.

Результат важен для интерпретации квантовой механики и для экспериментов по созданию макроскопических квантовых состояний. Он также может повлиять на понимание квантовых вычислений, где макроскопические суперпозиции кубитов должны быть защищены от коллапса. Можно проверить предсказание о максимальном размере суперпозиции, которая ещё может существовать. Условие ΔE·ΔX ≫ ħc задаёт границу между квантовым и классическим поведением. Эксперименты с массивными объектами, например с наночастицами или механическими осцилляторами, могли бы проверить, действительно ли суперпозиции исчезают быстрее, чем предсказывает обычная декогеренция.

Так кот Шрёдингера перестаёт быть парадоксом. Он не жив и не мёртв одновременно, потому что толпа микросостояний, составляющих его тело, сама себя успокаивает за ничтожные доли секунды. Внутренний шум, который обычно считается помехой, здесь играет роль творца классической реальности. И это не фантастика, а прямое следствие уравнения, открытого почти сто лет назад.