Нелокальность. Феномен, меняющий представление о пространстве и времени, и его значение для чёрных дыр, Большого взрыва и теорий всего

Разное отношение к квантовой физике отражает несовместимые эмоциональные стимулы в науке: наслаждаться тайной и обличать глупость. «Для одних невыносима мысль о том, что фундаментальную физику — т.е. квантовую механику — нельзя примирить со здравым смыслом, — говорит Файн. — А для других невыносима мысль о том, что квантовую механику можно примирить со здравым смыслом! Это различия в характере, которые вряд ли можно устранить, поговорив за чашечкой кофе. Иногда они выглядят как философские разногласия… но если посмотреть внимательнее, то хотя вы, конечно, найдете там выражение философских предубеждений, едва ли в них есть какие-либо серьезные утверждения о философии как таковой. Вместо этого язык философии обеспечивает своего рода способ выражения эмоциональных различий». Ученые не бывают беспристрастными наблюдателями, и они не обязаны ими быть, поскольку кто вынесет тяжелый труд научной жизни без мотивации? Если поэзия — это эмоции, выражающиеся в порядке, то наука — это порядок, выражающийся в эмоциях: это борьба за то, чтобы сохранять ясность мышления, находясь в водовороте страстного любопытства.

Доводы за нелокальность

По меркам физики, доводы в пользу квантовой нелокальности — проще некуда. Исходная статья Эйнштейна, написанная в соавторстве с Борисом Подольским и Натаном Розеном в 1935 г., уместилась всего на четырех страницах; на последующую работу Джона Белла, опубликованную 30 лет спустя, хватило шести страниц. Ни в одной из них нет сложной математики. Даже наоборот, уравнения скорее мешают: Эйнштейн позже жаловался, что его основная мысль в статье ЭПР была «задушена формализмом». Эти две статьи представляют собой два логических шага. Эйнштейн изложил дилемму: квантовая механика либо нелокальна, либо неполна. Белл опроверг вторую возможность: он показал, что даже в случае неполноты нельзя избежать нелокальности.

Чтобы понять смысл этого, вернемся к квантовому эксперименту, который я описывал в главе 1. В этом эксперименте частицы ведут себя как волшебные монеты, которые можно использовать, чтобы выполнять разнообразные трюки. Как и обычные монеты, они случайным образом падают орлом или решкой, если их подбросить. В отличие от обычных монет, результаты подбрасываний могут демонстрировать необычную закономерность. В самом простом случае у вас есть две такие монеты, и вы даете одну из них другу. Вы оба подбрасываете монеты, и они каждый раз падают одной и той же стороной: обе орлом или обе решкой. В соответствии с логикой Эйнштейна есть два возможных объяснения такой синхронности. Это могут быть жульнические монеты, результат броска которых заведомо определен: например, монеты, у которых с обеих сторон или орел, или решка. Это вариант решения дилеммы в пользу неполноты: теория «неполна» в том смысле, что наблюдатель знает о монетах не все и принимает их за честные, тогда как на самом деле они жульнические. Или монеты и в самом деле могут быть волшебными, объединенными какой-то таинственной связью (вариант в пользу нелокальности).

Эйнштейн склонялся к неполноте. Он и Луи де Бройль предполагали, что частицы ведут себя одинаково благодаря некоему невидимому направляющему полю, которое ведет их подобно овчарке, пасущей стадо. Частицы всегда существуют в определенных положениях, и измерение просто показывает, где они находятся в каждый конкретный момент точно так же, как подбрасывание монеты с одинаковыми сторонами показывает предопределенный результат. Такой механизм, по мысли Эйнштейна, мог создавать видимость нелокальности. Хотя это казалось хорошим объяснением в коротком обзоре, из попыток Эйнштейна создать для него математическую теорию так ничего и не вышло. В какой-то момент Эйнштейн написал статью, отправил ее в журнал для публикации и лишь после этого понял, что описанная в ней теория была нелокальной. К тому времени статья уже пошла в печать, и Эйнштейну пришлось звонить редактору, чтобы остановить печатные машины. (Подобные вещи можно вытворять, если вы Эйнштейн.) Как показал Белл, существовала простая причина, по которой Эйнштейну было так трудно избежать нелокальности: неизбежность нелокальности.