Квантовые миры и возникновение пространства-времени

Тут к делу подключился Дэвид Бом, интересная и сложная фигура в истории квантовой механики. В начале 1940-х Бом, будучи аспирантом, заинтересовался политикой левого толка. Он закончил работу над Манхэттенским проектом, но был вынужден работать в Беркли, так как ему было отказано в разрешении на переезд в Лос-Аламос. После войны он стал ассистентом профессора в Принстоне и написал влиятельный учебник по квантовой механике. В этой книге он исправно придерживался копенгагенской интерпретации, но, размышляя над связанными с ней вопросами, он стал задумываться об альтернативных подходах.

Интерес Бома к этим вопросам пробудил один из тех немногих людей, кто был равен по статусу Бору и его коллегам: сам Эйнштейн. Этот великий человек прочел книгу Бома и предложил молодому профессору встретиться у себя в кабинете, чтобы поговорить об основаниях квантовой теории. Эйнштейн объяснил свои основные претензии к ней, указав, что квантовая теория не может считаться полным описанием реальности, и призвал Бома всерьез и глубоко подумать над вопросом скрытых переменных, чем тот и занялся.

Все эти события разворачивались, пока Бом находился под грузом политических подозрений, причем в те времена, когда из-за связей с коммунистами человек мог поплатиться карьерой. В 1949 году Бом давал показания перед Комиссией по расследованию антиамериканской деятельности, где отказался подставлять кого-либо из бывших коллег. В 1950 году его арестовали в Принстоне прямо у себя в кабинете за неуважительные отзывы о Конгрессе. Хотя в итоге все обвинения с него были сняты, президент университета запретил ему даже появляться в кампусе и, оказав давление на физический факультет, вынудил не продлевать с ним контракт. В 1951 году Бом, которого поддержали Эйнштейн и Оппенгеймер, наконец смог получить работу в Университете Сан-Паулу и уехал в Бразилию. Именно поэтому первый в Принстоне семинар, посвященный объяснению идей Бома, пришлось провести кому-то другому.

⚪ ⚪ ⚪

Ничто из этих драматичных событий не помешало Бому продуктивно размышлять о квантовой механике. Воодушевившись поддержкой Эйнштейна, он разработал теорию, подобную теории де Бройля, где частицы движутся под действием «квантового потенциала», получаемого из волновой функции. Сегодня такой подход часто называют теорией де Бройля – Бома или просто бомовской механикой. Бом разобрал эту теорию несколько подробнее, чем де Бройль, особенно в том, что касается процесса измерения.

Даже сегодня от профессиональных физиков иногда можно услышать, что невозможно построить такую теорию со скрытыми переменными, которая воспроизводит прогнозы квантовой механики, «поскольку этого не допускает теорема Белла». Но именно это и сделал Бом, по крайней мере для нерелятивистских частиц. В действительности Джон Белл был одним из немногих физиков, на которых работа Бома произвела огромное впечатление, и на разработку своей его вдохновило желание понять, как примирить существование механики Бома с теоремой фон Неймана об отсутствии скрытых переменных.

На самом деле теорема Белла доказывает, что невозможно воспроизвести квантовую механику в терминах локальной теории со скрытыми переменными. На создание именно такой теории долго надеялся Эйнштейн: чтобы это была модель, которая наделяла бы самостоятельной реальностью физические величины, связанные с конкретными местоположениями в пространстве, а их взаимодействия распространялись бы со световой или меньшей скоростью. Бомовская механика совершенно детерминистичная, но решительно нелокальная. Отдельные частицы могут воздействовать друг на друга мгновенно.

Бомовская механика постулирует существование как множества частиц с определенными координатами (которые остаются для нас неизвестными до тех пор, пока мы их не пронаблюдаем), так и отдельной волновой функции. Волновая функция эволюционирует в точном соответствии с уравнением Шрёдингера, при этом кажется, что она даже «не догадывается» о существовании частиц, и их взаимодействия никак на нее не влияют. Тем временем частицы перемещаются в пространстве в соответствии с направляющим уравнением, зависящим от волновой функции. Однако направление движения любой частицы зависит не только от волновой функции, но и от координат всех остальных частиц, которые могут находиться в системе. В этом и заключается нелокальность: в данном случае движение частицы может зависеть от координат других частиц, которые, по идее, могут находиться сколь угодно далеко от нее. Как впоследствии выразился сам Белл, в бомовской механике «парадокс Эйнштейна – Подольского – Розена разрешается таким образом, какой самому Эйнштейну понравился бы меньше всего».