Шанс есть! Наука удачи, случайности и вероятности

Одна из странностей квантовых частиц состоит в том, что их свойства принимают при измерении лишь определенные значения. Скажем, и электрон, и позитрон можно представить как частицы, вращающиеся вокруг своей оси. Спин (вращательный момент) каждой частицы с равной вероятностью «положительный» (при вращении по часовой стрелке) или «отрицательный» (при вращении против часовой стрелки). Но вы не знаете, каков он, этот спин, пока его не измерите. До тех пор частица находится в причудливом неопределенном состоянии, представляющем собой «суперпозицию» («наложение») двух спинов. Однако определенным является тот факт, что в состоянии квантовой запутанности вращательные моменты двух таких частиц тесно связаны между собой. У исходного пиона нет спина, поэтому получающиеся позитрон и электрон должны всегда вращаться «в противоположные стороны», чтобы их суммарный спин равнялся нулю. Если вы обнаруживаете, что спин электрона положителен, то непременно обнаружите, что спин соответствующего позитрона отрицателен, и наоборот.

Иными словами, эти частицы словно бы сцеплены между собой, как бы далеко друг от друга они при этом ни находились. Измерьте спин одной – и, как только ее спин становится определенным, другая частица вынуждена отреагировать соответственно. Ее неопределенный спин также становится определенным – имеющим противоположную направленность по сравнению со спином партнера. Поразительнее всего (и тревожнее всего) то, что этот отклик происходит мгновенно – даже если частицы разделяет гигантское расстояние.

А следовательно, квантовая теория требует некоего действия на расстоянии. Происходящее в одной части Вселенной должно мгновенно приводить к «нелокальным» последствиям в других ее частях, и неважно, далеки ли друг от друга эти части. Здесь возникает проблема: мгновенное действие на расстоянии – щелчок по носу для Эйнштейна. Его теория относительности, краеугольный камень современной физики, провозглашает, что в нашей Вселенной существует абсолютный предел скорости. По Эйнштейну, ничто не может двигаться быстрее света.

Невольно хочется спросить: нужно ли нам смиряться с этой нелокальной квантовой странностью? Может быть, есть теория получше, способная объяснить квантовую запутанность, не прибегая к идее действия на расстоянии?

Допустим, кто-то взял пару ваших ботинок и развел два этих ботинка на очень большое расстояние. Если взвесить один, можно получить довольно точную оценку массы другого. Тут нет ничего таинственного, ничего «нелокального». Всякий ботинок обладает какой-то массой. И если речь идет о паре, массы двух ботинок в ней с самого начала взаимосвязаны. Может быть, что-то подобное верно и для сцепленных пар частиц? Может быть, несмотря на заверения квантовой теории, такие частицы все-таки наделены определенными спинами, и эти спины все время противоположны? Может быть, измерения лишь отражают уже существующую ситуацию?

Да, это очевидная возможность. Не исключено даже, что так оно и есть. Загвоздка в том, что это вовсе не смягчает удар по теории относительности. Мы знаем это благодаря тому, что еще в 1964 году физик Джон Белл из ЦЕРНа (Европейской лаборатории физики элементарных частиц), детально изучив эту аргументацию, доказал ставшую знаменитой теорему, которую его коллега, физик Генри Стапп (до недавнего времени работавший в калифорнийской Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли), называет «величайшим научным открытием всех времен».

Белл исходил из предположения, что квантовая теория не все сообщает нам о квантовых частицах. Затем он доказал, что если какая-то более полная теория (любая, какую только можно вообразить) даст прогнозы, согласующиеся с квантовой теорией, она все равно будет содержать в себе такие же представления о таких же нелокальных эффектах, как и «обычная» квантовая теория. Философ Дэвид Альберт из Колумбийского университета в Нью-Йорке объясняет: «Белл предоставил нам доказательство того, что в устройстве и поведении природы существует истинная нелокальность, вне зависимости от того, как мы пытаемся ее описать. И точка». Получается, выхода нет. Впрочем, может статься, на самом деле сцепленные состояния все-таки не существуют, и квантовая механика заблуждается.