На лужайке Эйнштейна

Эйнштейн видел здесь серьезную трудность. Как так получилось, что частица моего отца «знала» про мои измерения, сделанные за тысячи километров от нее? Сигнал, который моя частица могла отправить частице отца, должен был бы распространяться быстрее света, чтобы достичь Филадельфии до времени его измерения. Как никто другой, Эйнштейн не допускал переноса взаимодействия со сверхсветовой скоростью, он называл его «мистическим дальнодействием». Единственным разумным объяснением, согласно ЭПР, было то, что каждая частица с момента ее рождения обладала вполне определенной проекцией спина: спин электрона был направлен вверх еще до того, как я его измерила, а спин позитрона с самого начала был направлен вниз. Каким-то образом все было как-то устроено с самого начала на самом деле, и наши измерения тут совершенно ни при чем. В конце концов, мы могли бы выбрать ось y или z, и в любом случае частицы с самого начала «знали» бы значения проекций спина на любую из осей. Предопределенность результатов измерений, или «скрытые параметры», никак не отражались на формализме квантовой механики. Следовательно, говорил ЭПР, квантовая механика неполна. Вероятности – следствие неопределенности наших знаний, а не свойство самой реальности.

К сожалению для Эйнштейна, Джон Стюарт Белл подорвал основания для любой такой ЭПР-реальности. Он доказал, что теория с любыми скрытыми параметрами давала бы неверные вероятности для результатов любых многократных измерений, если только скрытые параметры не определяются каким-то мистическим дальнодействием. Единственным способом спасти реальность, независимую от наблюдателя, было нарушать локальность – сердце теории относительности.

Теорема Белла была перепроверена разными способами в лабораториях всего мира, и каждый раз экспериментаторы приходили к одному и тому же выводу: Эйнштейн был неправ. После особенно показательных лабораторных испытаний в 2007 году Physics World опубликовал статью «Квантовая физика прощается с реальностью».

И хотя квантовая революция многим обязана Эйнштейну, он так и не смог принять то, что квантовая теория рассказывала ему о реальности. Можно было бы ожидать, что он откажется от своих философских предрассудков после их фиаско в истории с расширяющейся Вселенной. Но нет. Он хотел спрятаться от реальности за толстым стеклом, из-за которого мог бы пассивно наблюдать за реальностью, менее всего беспокоящуюся о том, что кто-то наблюдает за ней. Но было слишком поздно. Квантовая механика уже разбила стекло, и Белл лишь растоптал его осколки.

Белл показал, что мой электрон не имеет определенной проекции спина: он находится в суперпозиции состояний со спином вверх и спином вниз – до тех пор, пока он случайным образом не выбирает значение после измерения. Случайно выбирая значение, он также устанавливает значение для позитрона, которое измеряет мой отец. Мгновенно. Быстрее, чем распространяется свет. Поскольку никто не может использовать этот сверхсветовой эффект для передачи информации, тут нет вопиющего нарушения принципа относительности. Но какая-то угроза в нем все-таки чувствовалась.

Со времен Белла физикам пришлось смириться с «мистическим дальнодействием». Просто так странно все устроено, говорили они. Но в этом всегда чувствовался какой-то подвох. И теперь, читая еще одну статью Ровелли, я поняла почему.

«Рассуждения Эйнштейна требуют существования гипотетического супернаблюдателя, который в состоянии мгновенно измерить состояния [Аманды] и [ее отца], – утверждалось в статье. – Именно гипотетическое существование такого нелокального существа, а не квантовая механика, нарушает локальность».

Смысл был такой: парадокс ЭПР возникает потому, что создается впечатление, будто, редуцируя волновую функцию своего электрона, я таинственным образом, на расстоянии несколько тысяч километров, редуцирую и волновую функцию позитрона. Но реляционная квантовая механика рассказывает совсем другую историю. Когда я измеряю свой электрон, его волновая функция редуцируется относительно меня. Но с точки зрения моего папы, волновая функция электрона не была редуцирована вообще, а вместо этого я нахожусь в суперпозиции двух состояний – «измерившая спин, направленный вверх» и «измерившая спин, направленный вниз». Ничего сверхсветового не происходит. Он может отправиться в Бостон – суперпозиция будет разрушена, и он убедится, что спин электрона антикоррелирует со спином позитрона, но это совершенно законное локальное квантовое взаимодействие. С моей точки зрения, ничто не распространяется со скоростью больше скорости света. С папиной точки зрения, ничто не распространяется со скоростью больше скорости света. Чтобы увидеть нечто, распространяющееся со скоростью больше скорости света, необходимо быть третьим наблюдателем, который может видеть то, что происходит в Бостоне и Филадельфии одновременно, а это невозможно. Как только вы ограничиваете себя тем, что могут видеть отдельные наблюдатели, никакие законы физики не нарушаются.