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

Примером такой связи является ориентация, или поляризация, световых волн. Свет может быть поляризован в двух направлениях. Именно поэтому в современных 3D-фильмах используется поляризованный свет: проектор создает два изображения на экране, каждое из которых имеет свою поляризацию, а 3D-очки позволяют каждому глазу видеть только свое изображение. Однако в этом есть нечто таинственное. Почему не бывает трех направлений поляризации? В конце концов, пространство имеет три измерения, т.е. три возможных направления движения. Некоторые типы волн, например сейсмические волны в земной коре, колеблются во всех трех направлениях. Почему свет не может этого? Из-за связи. Она соединяет разные точки поля, ограничивая диапазон их движения подобно связанным движениям исполнительниц канкана, которые выбрасывают ноги вперед, но никогда вбок. Математически связь определяется как свойства индивидуальных точек в пространстве, которые лишены автономии. Смысл локальности в отсутствии таких связей. Предполагается, что разные области поля независимы — способны влиять друг на друга, посылая возмущения через пространство, но не жестко взаимосвязаны в силу логической необходимости.

Чтобы подчеркнуть проблемность старого оптимистического представления о калибровочной инвариантности, в 1959 г. Дэвид Бом с Якиром Аароновым, тогда еще студентом, предложили квантовую версию эксперимента Фарадея. Индикаторами на этот раз служили электроны, а не зажженные свечи. Эксперимент оказался технически сложным, и физики не могли осуществить его до 1985 г., однако аналогичное тестирование магнетизма было проще, и его выполнили в течение года после предложения Бома и Ааронова. Результат: частицы ведут себя иначе внутри высоковольтной камеры. Волновая картина, которую они создают, смещается. Она смещается даже несмотря на то, что внутри камеры электрическое силовое поле равно нулю, — по классическим правилам электромагнетизма такого происходить не должно.

Для большинства физиков это прозвучало как гром среди ясного неба, и мало кто поверил в такое. Однако постепенно они признали, что локальные структуры не соответствуют реалиям электромагнетизма. Электрический потенциал — это слишком много: заданная разность потенциала может складываться из бесконечного множества абсолютных уровней потенциала, создавая более широкий набор возможностей, чем существует в природе. Электрическое поле — это слишком мало: оно недостаточно насыщено, чтобы уловить смещение волновой картины электрона, точно так же как экран компьютера не может должным образом передать насыщенность цветов картин Шагала. Теоретики нуждались в подходящей структуре. Когда локальные возможности исчерпаны, третий горшок каши, предположительно, должен быть нелокальным.

•

Философам потребовалось еще больше времени, чтобы переварить эти изменения. В числе первых был Ричард Хили из Аризонского университета. Если многие связывают свою любовь к науке с детскими впечатлениями — влиянием кого-то из родителей или учителя, открывшего им глаза на чудеса Вселенной, — то, по словам Хили, у него не было такого примера. «Меня окружали люди, которые знали множество вещей, но ничего не понимали в науке, — вспоминает он. — Я рос в такой обстановке». Школа лишь укрепила его стремление поступать наоборот. «Физика в средней школе заставляла меня страдать, — говорит Хили. — Я ненавидел ее и знал, что эти парни что-то утаивают от меня. Мне хотелось знать больше, а этому не учили в средней школе». Его карьера тоже строилась на наблюдении за тем, что делают другие, и выборе чего-то иного. Поскольку философы в 1990-х гг. в массе своей отрицали калибровочную инвариантность, он, естественно, склонился на ее сторону. «В те времена я чувствовал себя очень одиноко», — признался он коллегам.

Хили завораживает то, что калибровочная инвариантность может привести к открытию нового типа нелокальности, совершенно непохожего на запутанность, которая так мучила Эйнштейна и Джона Белла. Электроны в эксперименте Ааронова — Бома не нужно было приводить в состояние запутанности или подготавливать как-то иначе. Они были больше «зрителями», чем «актерами». В силу своей волновой природы они чувствительны к таким аспектам мира, на которые обычные объекты совершенно не реагируют, и привносят в силовые поля своего рода спящую нелокальность.