Шрёдингеру было известно об этих трудностях, и его задача была не экспериментальной, а умозрительной. Существует ли граница между странностью квантового мира и нашим, предположительно более разумным, восприятием реальности? На первый взгляд, мир не сделан из квантовых состояний в суперпозиции. Рассмотрев три знаменитые публикации 1935 года (работу ЭПР, ответ Бора и статью Шрёдингера), мы видим, почему большинство физиков предпочитают просто игнорировать происходящее и заниматься своим делом, со спокойной душой измеряя скорости переходов и квантовые суперпозиции. Но если вдуматься в то, что хотели сказать нам ЭПР, и посмотреть, как текущие эксперименты опровергают их утверждения (доказывая, например, возможность влияния на расстоянии со скоростью выше скорости света), невозможно относиться ко всей этой истории как к чисто философскому диспуту. Эйнштейн и Шрёдингер были уверены, что Природа пытается нам что-то сказать – может быть, нам стоит прислушаться? Этим-то мы и займемся дальше.
Глава 25. Кто боится квантовых призраков
в которой мы еще раз рассмотрим претензии Эйнштейна к квантовой физике и поймем, что они говорят нам о мире
Пока вы еще не окончательно приняли аргументы Бора против ЭПР и не стали приверженцем прагматического подхода в квантовой физике, давайте рассмотрим одну современную концепцию, которая была реализована экспериментально.
При поляризации света его сопряженная волна движется вверх и вниз в направлении поляризации, как человек, который едет верхом на лошади. Такое направление электрического поля характерно для электромагнитной волны. Фотоны поляризованного света тоже поляризуются. Неважно, как это происходит, – важно то, что у фотонов появляется такое свойство и его можно измерить.
Представьте себе, что в ходе эксперимента источник света испустил два поляризованных фотона, движущихся в разных направлениях, например направо и налево. Два физика, Элис и Боб, стоят слева и справа от источника на расстоянии 100 ярдов каждый. Так как фотоны движутся со скоростью света, детекторы Элис и Боба засекут их одновременно.
[ЭЛИС] – (ИСТОЧНИК) – [БОБ]
Теперь давайте представим, что детектор может идентифицировать два возможных варианта поляризации фотонов – вертикальную и горизонтальную. Источник света всегда испускает фотоны с одинаковой поляризацией. Ни Элис, ни Боб не знают, какова поляризация этой пары фотонов, пока они ее не измерят. Предположим, Элис узнает, что ее фотон имеет вертикальную поляризацию. Значит, и фотон Боба будет поляризован вертикально. То же самое верно и для горизонтальной поляризации. Несмотря на то что фотон с равной вероятностью может иметь любой из вариантов поляризации (они распределяются случайным образом), Элис и Боб всегда будут получать одинаковый результат: два фотона, испускаемые одним источником, связаны между собой. Они ведут себя как единое целое.
[140]
Элис решает немного приблизиться к источнику света. Ее детектор регистрирует фотон и определяет, что тот имеет вертикальную поляризацию. Она тут же понимает, что точно так же и будет поляризован фотон Боба, хотя тот еще даже не был зарегистрирован его детектором. Но, согласно квантовой механике, мы можем определить состояние чего-либо, только посмотрев на это. А так как двигаться быстрее скорости света невозможно, значит, Элис мгновенно (или, по крайней мере, со сверхсветовой скоростью) повлияла на фотон Боба, не взаимодействуя с ним!
Удивительно, но этот эффект не зависит от того, на каком расстоянии друг от друга находятся Элис и Боб. Неважно, разделяют их десять миль или множество световых лет, – результат будет тем же. Учитывая точность имеющихся у нас на сегодняшний день приборов, нам кажется, что все происходит мгновенно. Обратите внимание, что между двумя фотонами не произошла передача информации. Они не «говорили» (не взаимодействовали) друг с другом никаким (известным нам) способом. Они вели себя как единое целое, невосприимчивое к разделению в пространстве. Эйнштейн назвал это влияние на расстоянии загадочным и мистическим квантовым призраком. Учитывая, что он уже сделал с духом Ньютона (описав гравитацию как локальное воздействие, а не как влияние на расстоянии), можно понять, почему квантовый призрак тоже его заинтересовал. Эйнштейн умер в уверенности, что его следует изгнать. Но возможно ли это?
Такие связанные пары частиц создаются и анализируются во многих лабораториях по всему миру. Измерение одной частицы из двух мгновенно (или, по крайней мере, со сверхзвуковой скоростью) влияет на другую вне зависимости от расстояния до нее. Давайте рассмотрим этот эксперимент более подробно.
Глава 26. По ком звонит колокол
в которой обсуждается теорема Белла и показывается, как ее практическое применение превращает реальность в фантастику
Есть ли из всего этого выход? Может быть, физики упускают что-то важное и очевидное, какое-то правильное объяснение происходящего? Как показывает наш экскурс в историю, это был бы не первый подобный случай в научной практике. Может быть, то, что сделал Эйнштейн с ньютоновским действием на расстоянии, можно каким-то образом повторить и для квантового мира? Может быть, действие на расстоянии вовсе не мгновенно, а просто происходит быстрее скорости света? В конце концов, мы не можем измерить мгновенность действия, ведь это потребовало бы от наших приборов абсолютной точности, чего на практике добиться невозможно. «Мгновенность» и ее противоположность «вечность» – это концепции, которые не могут быть подтверждены экспериментально. Измерение не может быть ни достаточно коротким, чтобы считаться мгновенным, ни достаточно длинным, чтобы его можно было назвать вечным. Мы даже не можем быть уверены, что эти понятия являются частью физической реальности.
Мы уже знаем, что Бом предложил нелокальную теорию скрытых переменных, которая отвечала предсказаниям квантовой механики. Этот подход соответствовал утверждению из его учебника, опубликованного в 1951 году, всего за год до работы о переменных: «До тех пор, пока мы не найдем реального подтверждения неверности общего квантового описания, которое мы используем сегодня, поиск скрытых переменных кажется совершенно бессмысленным. Вместо этого следует считать законы вероятности фундаментальными, встроенными в самую структуру материи».
[141] Итак, любая теория скрытых переменных должна была повторить успех квантовой механики, а кроме того, дать «точное, рациональное и объективное описание индивидуальных систем с квантовым уровнем точности»
[142] (для чего Бом и разработал свою теорию).
