Идеи с границы познания. Эйнштейн, Гёдель и философия науки

Вот что сделал Белл. Сначала он придумал эксперимент, в ходе которого будет проделан определенный набор измерений пары разделенных, но запутанных частиц. Затем он привел безупречное математическое доказательство, что если статистическая закономерность, возникающая из этих измерений, соответствует предсказаниям квантовой механики, то с логической точки зрения выхода нет – это призрачное действие.

Чтобы уладить разногласия Эйнштейна с квантовой механикой, оставалось лишь проделать эксперимент по плану Белла и посмотреть, возникает ли такая статистическая закономерность. Поначалу для этого не было технических возможностей, но к началу семидесятых физики приступили к лабораторной проверке идеи Белла. Эксперименты с измерением свойств пар запутанных фотонов неизменно выявляли именно ту статистическую закономерность, которую рассчитал Белл. Вердикт: призрачное действие реально[26].

Так что же, Эйнштейн заблуждался? Было бы честнее (пусть и несколько мелодраматичнее) сказать, что его подвела природа, которая, нарушив принцип локальности, оказалась не такой логичной, как он думал. Однако Эйнштейн заглянул в квантовую механику глубже Бора и других поборников квантовой ортодоксальности. (Как-то раз Эйнштейн заметил, что раздумывал о квантовой механике в сто раз больше, чем о собственной теории относительности.) Он понимал, что нелокальность – неотъемлемая и очень неприятная черта новой теории, а не просто математическая фикция, какой ее, похоже, считали Бор и его последователи.

Давайте остановимся и вдумаемся, какая она на самом деле странная, эта квантовая связь между частицами. Во-первых, она не слабеет с расстоянием, в отличие от гравитации, которая вдали теряет силу. Во-вторых, она выборочная: эксперимент над фотоном из запутанной пары воздействует только на его партнера, где бы тот ни находился, и не касается всех остальных фотонов, ближних и дальних. Выборочная природа запутанности опять же контрастирует со свойствами гравитации, при которой возмущение, созданное смещением одного атома, распространяется во все стороны и затрагивает каждый атом во Вселенной. А в-третьих, квантовая связь мгновенна – изменение состояния запутанной частицы сказывается на ее партнере безо всякой задержки, какая бы пропасть их ни разделяла, опять же в противоположность гравитации, чье воздействие распространяется со скоростью света. Именно третья черта квантовой нелокальности, мгновенность, сильнее всего нервирует ученых. Как сразу понял Эйнштейн, это означает, что запутанные частицы сообщаются между собой быстрее света, а теория относительности это запрещает. Если, например, частица А находится поблизости от Земли, а ее запутанный близнец В – возле Альфы Центавра (ближайшая к Солнцу звездная система), то измерение, проделанное над А, изменит состояние В мгновенно, хотя свет будет добираться от А до В 4,3 года.

Многие физики склонны отмахиваться от этого очевидного противоречия между теорией относительности и квантовой механикой. Они подчеркивают, что даже если квантовая запутанность и в самом деле приводит к воздействию на сверхсветовых скоростях, эти воздействия невозможно использовать для коммуникации, скажем, чтобы передавать сообщения или музыку. Создать «телефон Белла» (Джона, а не Александра Грэхема) невозможно. Причина – квантовая случайность: хотя запутанные частицы и в самом деле обмениваются информацией между собой, гипотетический сигнальщик-человек не сможет контролировать их случайное поведение и закодировать в нем послание. А поскольку квантовая запутанность не может применяться для коммуникации, она не породит причинно-следственные аномалии, о которых предостерегал Эйнштейн (например, не даст отправить сообщение в прошлое). Поэтому квантовая механика и теория относительности противоречат друг другу концептуально, но все же способны мирно сосуществовать.

Но Джону Беллу этого было мало. «Между двумя столпами современной теоретической физики налицо явная несовместимость на самом глубинном уровне», – заметил он на лекции в 1984 году. Белл считал, что для того, чтобы наша картина физической реальности была непротиворечивой, необходимо уладить напряженность между теорией относительности и квантовой механикой.