Запутанные пары создаются путем сведения вместе двух субатомных частиц и организации из взаимодействия. Один раз запутавшись, они остаются запутанными, даже если они разделяются и удаляются на огромное расстояние друг от друга. Пока ни одна из них не взаимодействует с другой системой, они продолжают совместно обладать свойствами запутанности, такими как противоположность. Это вызывает третью и самое поразительную путеводную нить по поводу природы на квантовом уровне, нелокальность.
Допустим, мы запутали пару ботинок со свойством противоположность в Монреале, а затем послали левый ботинок в Барселону, а правый в Токио. Экспериментаторы в Барселоне выбирают измерение цвета левого ботинка. Этот выбор, оказывается, мгновенно влияет на цвет правого ботинка в Токио. Это так, поскольку, раз уж лаборатория Барселоны наблюдала цвет их ботинка, они могут точно предсказать, что ботинок в Токио имеет противоположный цвет.
В 20-м веке мы стали привыкать к физическим взаимодействиям, имеющим свойство, именуемое локальность, что означает, что если информация передается из одного места в другое, она путешествует посредством частиц или волн. Вследствие СТО любое влияние предполагается распространяющимся со скоростью света или медленнее. Квантовая физика, по-видимому, нарушает эту центральную доктрину СТО.
Нелокальные эффекты в квантовой механике реальны, но тонки, и не могут быть использованы для пересылки информации между Барселоной и Токио. Причина в том, что какое бы свойство ни выбрали для измерения экспериментаторы в Токио, результат окажется для них хаотическим. Они увидят свой ботинок черным или белым одинаково часто. И только когда они узнают, какой цвет увидели в Барселоне, они осознают, что пара ботинок противоположна по цвету. Но, чтобы понять это, требуется, чтобы информация была передана из Барселоны в Токио — то есть со скоростью света или менее.
Однако остается вопрос, как устанавливаются корреляции между ботинками в Токио и Барселоне, так что когда экспериментаторы, каждые у себя, открывают свои посылки и извлекают свои ботинки, цвета всегда оказываются противоположными. Можно подумать, что кто бы ни упаковывал посылки в Монреале, он позаботился о том, чтобы положить один цвет в посылку, направляемую в Токио, и противоположный цвет в посылку, направляемую в Барселону. Однако, объединением теоретических аргументов и экспериментальных результатов может быть удостоверено, что в точности так не происходит. Вместо этого корреляции как-то устанавливаются в момент открытия посылок в Токио и Барселоне.
Допустим, у нас есть большой ящик, заполненный парами ботинок, и мы запутали каждую пару со свойством противоположность. Мы отправляем все левые ботинки в Барселону, а все правые ботинки в Токио. Пусть экспериментаторы в каждом городе хаотически выберут, какое свойство каждого индивидуального ботинка они измеряют, и сохранят запись результата. Они посылают свои выборы и результаты обратно на фабрику в Монреале, где они сравниваются. Оказывается, что единственный способ придать смысл объединенным результатам это предположить, что имеют место нелокальные эффекты, в соответствии с которыми свойства одного ботинка из каждой пары подвергаются воздействию со стороны выборов, сделанных в отношении того, что измерять у второго ботинка. В этом содержание теоремы, доказанной в 1964 ирландским физиком Джоном Стюартом Беллом и продемонстрированной связанным набором искусных экспериментов.
Эти особенности и проблемы стали фокусом большого внимания на девятом десятилетии с момента формулировки квантовой механики. Было предложено много подходов к их большему пониманию. Сейчас я уверен, что все они не попадают в цель и что странные особенности квантовой теории возникают потому, что она есть усечение космологической теории — усечение, применимое к малым подсистемам вселенной. Приняв реальность времени, мы открываем путь к пониманию квантовой теории, который высвечивает ее тайны и вполне может разрешить их.
* * *
Более того, я верю, что реальность времени делает возможной новую формулировку квантовой механики
[108]. Эта формулировка новая и умозрительная. Она еще не привела ни к каким точным экспериментальным предсказаниям, не говоря уже об экспериментальных проверках, так что я не могу утверждать, что она корректна. Что она делает, так это дает радикально отличающийся взгляд на природу физических законов, выражая новым и неожиданным образом идею, что законы эволюционируют во времени. И, вероятно, она будет проверяема, как мы коротко увидим.
Но можем ли мы на самом деле отказаться от идеи вневременных законов природы без потери мощи физики в объяснении потрясающе многого о мире вокруг нас? Мы и думали, что законы детерминистические. Среди других последствий детерминизма есть и то, что во вселенной не может быть ничего неподдельно нового — что все, что происходит, есть перегруппировка элементарных частиц с неизменными свойствами за счет неизменных законов.
Определенно имеется бесчисленное множество ситуаций, в которых будущее может достоверно ожидаться как отражение прошлого. Когда мы делаем эксперимент, который мы проводили ранее много раз и в котором мы всегда имели один и тот же результат, мы можем достоверно ожидать этот результат и в будущем. (Даже если результатами иногда являются одни вещи, а иногда другие, пропорции каждого исхода будут удерживаться в будущих измерениях). Мы можем ожидать, что в следующий раз, когда мы бросим мяч, он полетит по параболе, как происходило всякий раз, когда мы это делали в прошлом. Обычно мы говорим, что так происходит потому, что движение определено вневременным законом природы, который, будучи вневременным, будет действовать в будущем точно так же, как он действовал в прошлом. Так что вневременной закон препятствует настоящим новшествам.
Но является ли предположение о действии вневременного закона, на самом деле необходимым для объяснения того, что настоящее отражает прошлое? Понятие закона нам необходимо только в случаях, в которых процесс или эксперимент повторялся много раз. Но, чтобы объяснить эти случаи, нам на самом деле нужно намного меньше, чем вечный закон. Мы могли бы обойтись чем-то более слабым — скажем, принципом, устанавливающим, что повторяющиеся измерения дают одни и те же результаты. Не потому, что они следуют закону, а потому, что единственным законом является принцип прецедента. Такой принцип будет объяснять все случаи, в которых работает детерминизм законов, но не будет и забывать новые измерения, чтобы дать новые результаты, не предсказываемые из знания прошлого. Это могло бы быть, по меньшей мере, малой степенью свободы в развитии новых состояний без противоречий с применением законов к случаям, которые раз за разом воспроизводились в прошлом. Общий закон в Англо-Саксонской традиции действует на основании принципа прецедента, при котором судьи ограничены нормами, принятыми судьями в прошлом, когда они обращались к аналогичным случаям. Я хочу навести на мысль, что нечто подобное вполне может действовать и в природе.
