Квантовая революция. Как самая совершенная научная теория управляет нашей жизнью

На покрытых лесом склонах Австрийских Альп неподалеку от Вены есть виноградник, а в нем хижина с маленьким зеркальцем в окне. Этому винограднику не одна сотня лет – когда в 1920 году Отто Нейрат, один из основателей Венского кружка, встретился на соседнем пригорке с Эйнштейном и другими учеными, чтобы обсудить с ними свою идею «Международной энциклопедии объединенной науки»[681], эта винодельня уже считалась очень старой. Но зеркало в окне появилось там совсем недавно. В 2011 году его в качестве элемента сети дистанционного квантового шифрования установили там студенты Института квантовой оптики и квантовой информации Венского университета. Под руководством профессора Антона Цайлингера студенты обстреливали зеркало индивидуальными фотонами, посылая их из лаборатории на последнем этаже их учебного корпуса в центре Вены, в пяти километрах от виноградника. На крыше того же здания установили специально оборудованный телескоп, названный в честь Хеди Ламарр, венской кинозвезды и одной из пионерок криптографии, – он был наведен на зеркало в окошке винодельни и тщательно собирал отраженный им свет, который дошел до его объектива сквозь турбулентные потоки воздуха над Веной.

Этот экспериментальный трюк, который невозможно представить в отрыве от мысленных экспериментов основателей квантовой теории, был всего-навсего тестом. Зато сейчас Цайлингер и его студенты используют это оборудование для обмена фотонами со специально спроектированным низкоорбитальным спутником Земли. Они пытаются осуществить передачу квантовой шифровки между Веной и Юньнаньской астрономической обсерваторией в Китае, где физик Цзяньвэй Пань, тоже бывший студент Цайлингера, уже собрал очень похожую установку. И если только прошлый опыт как-то помогает будущему, их, вероятно, ждет успех: Цайлингер – признанный мастер эксперимента по манипуляциям с фотонами. Его группа уже продемонстрировала, что может обмениваться отдельными фотонами на расстояниях, гораздо больших, чем 10 километров от лаборатории до зеркала на винограднике и обратно. В 2012 году они успешно отправляли запутанные фотоны на расстояние в 143 километра между островами Канарского архипелага Ла Пальма и Тенерифе[682]. А еще Цайлингер посвятил несколько десятков лет постановке усовершенствованных версий экспериментов Белла в модификации Аспе – в ходе этих опытов существование квантовой нелокальности удостоверялось с громадной точностью.

И все же, несмотря на свое близкое знакомство с самыми экстравагантными аспектами квантового мира, у Цайлингера не было никаких колебаний в отношении копенгагенской интерпретации. «Квантовое состояние, по Гейзенбергу, – это математическое представление нашего знания, – говорил он. – Оно дает нам множество возможных результатов будущих измерений вместе с их вероятностями». Для Цайлингера измерение играет в квантовой физике центральную роль. «Проблемы измерения не существует, – заявляет он. – Результат измерения находится в классическом мире, а квантовое состояние относится к миру квантовому, который, согласно Гейзенбергу, существует лишь в форме математического представления <…> То, о чем можно говорить на нашем классическом языке, – объективно существующие объекты Вселенной, классические объекты. И это все. Только они и являются реальными, остальное – математика»[683]. Другими словами, есть два мира: мир реально существующих объектов повседневной жизни, подчиняющийся законам классической доквантовой физики, и квантовый «мир», не обладающий реальностью в том же смысле, в каком ею обладает мир классический, – в точности как говорил Гейзенберг. Однако Цайлингер не думает, что между этими мирами есть четкая грань, некая граница, за которой квантовая физика неприменима. «Никакой фундаментальной разделительной линии не существует, – говорит он. – Есть переход от классического к квантовому, но не граница между ними». В словах Цайлингера нет ничего неожиданного: почти никто из физиков больше не думает, что такая фундаментальная грань существует. Одно из наиболее убедительных доказательств этому нашел сам Цайлингер. Еще в 1999 году он и его сотрудники, применив множество технических ухищрений, сумели получить фуллерен – конгломерат из шестидесяти углеродных атомов, напоминающий по форме футбольный мяч, интерферирующий сам с собой, наподобие фотона в эксперименте с двойной щелью[684]. Найти квантовые эффекты в объекте, настолько большем, чем индивидуальная субатомная частица (хоть и по-прежнему примерно в миллиард раз меньшем, чем объекты нашей повседневной жизни), некоторым из отцов-основателей квантовой физики могло бы показаться чудом. Но Цайлингер, блестящий экспериментатор, твердо решил продемонстрировать всем, что законы квантовой физики неподвластны никаким ограничениям.