Гельголанд. Красивая и странная квантовая физика

Что происходит по отношению к Вене в момент выполнения измерения в Пекине? Не забываем, что измерительные приборы, считывающие данные измерений ученые, тетради, в которых делаются соответствующие заметки, носители данных, на которые записываются результаты измерений, – все это тоже квантовые объекты. И до прихода информации в Вену их состояние по отношению к Вене остается неопределенным – по отношению к Вене это как суперпозиция спящего и бодрствующего котов. В нашем случае – в состоянии квантовой суперпозиции конфигурации, когда измеренный цвет оказался голубым, и конфигурации, в которой он оказался красным.

По отношению к Пекину все наоборот – венские лаборатории и отправленное из Вены сообщение находятся в состоянии квантовой суперпозиции до момента прихода результатов венских измерений в Пекин.

В обоих случаях корреляции становятся реальными только после обмена сигналами. Таким образом можно объяснить корреляции, не прибегая ни к волшебной передаче сигналов, ни к гипотезе о предопределенности результата.

Это решает проблему, но дорогой ценой: нет больше единой трактовки фактов, а есть одна трактовка по отношению к Пекину и другая – по отношению к Вене, и они не стыкуются друг с другом. Факты по отношению к одному наблюдателю не являются фактами по отношению к другому. Относительность реальности предстает здесь во всей своей красе.

Свойства объекта таковы только по отношению к другому объекту. Поэтому свойства пары объектов таковы только по отношению к какому-нибудь третьему объекту. Утверждение, что два объекта коррелированы, подразумевает некоторое высказывание по отношению к какому-нибудь третьему объекту – корреляция проявляется при взаимодействии обоих коррелирующих объектов с этим третьим объектом.

Кажущееся противоречие в связи с возможной коммуникацией на расстоянии между двумя запутанными объектами возникает потому, что мы упускаем из виду то обстоятельство, что корреляции могут стать реальными только при условии существования третьего объекта, взаимодействующего с обеими системами. Кажущееся противоречие происходит из того, что мы забываем, что любые проявления выражаются по отношению к чему-то. Корреляция между двумя объектами – это свойство двух объектов, и, как любое другое свойство, оно существует только по отношению к еще одному, третьему объекту.

Запутанность – это танец для троих, а не для двоих.

2. Танец для троих, который сплетает отношения мира

Представьте себе наблюдение некоторого свойства объекта. Цейлингер измеряет фотон и видит, что он красный. Термометр измеряет температуру пирога.

Измерение представляет собой взаимодействие объекта (фотона, пирога) с другим объектом (Цейлингером, термометром). По окончании взаимодействия один объект «получает информацию о другом объекте». Термометр получил информацию о температуре выпекаемого пирога.

Что значит, что термометр «получил информацию» о температуре пирога? Ничего сложного – это просто означает наличие корреляции между температурой и пирогом. После измерения – то есть если пирог холодный, то показание термометра «холодное» (ртутный столбик низкий); если же, наоборот, пирог горячий, то показание термометра «горячее» (ртутный столбик высокий). Температура и термометр стали как два фотона – то есть закоррелированными.

Этот пример проясняет происходящее при любом наблюдении. Но внимание! Если пирог находится в состоянии квантовой суперпозиции разных температур, то:

– по отношению к термометру пирог проявил в ходе взаимодействия одно из своих свойств (температуру);

– по отношению к любой третьей физической системе, не участвующей в этом взаимодействии, никакое свойство не было проявлено, но пирог и термометр теперь находятся в состоянии квантовой запутанности.

Именно это происходит и в случае шредингерского кота. По отношению к коту снотворное было либо открыто, либо нет. По отношению ко мне, пока еще не открывшему сейф, флакон со снотворным и кот находятся в состоянии запутанности – квантовой суперпозиции состояний «снотворное открыто/кот заснул» и «снотворное не открыто/кот бодрствует».

Так что запутанность – это не какое-то редкое явление, имеющее место в особых случаях; это то, что обычно происходит при взаимодействии, если оно рассматривается по отношению к не участвующим в нем физическим системам.

С точки зрения внешней системы любое проявление объекта по отношению к другому объекту, то есть любое проявление какого-либо свойства, представляет собой появление корреляции: в общем случае это реализация запутывания – между объектом, который проявляет себя в отношении, и объектом, по отношению к которому это проявление происходит.