Сто лет недосказанности: Квантовая механика для всех в 25 эссе

Чтобы усложнить для электронов задачу согласования их спинов в момент измерения, можно выбирать направление для измерения спинов, когда запутанные электроны уже в пути. Каким, спрашивается, образом они могут тогда добиться согласованности своих «ответов»? Вариантов два: или координируя свои свойства нелокально, т. е. невзирая на разделяющее их расстояние в пространстве, или же «имея на руках шпаргалку» – заранее зная, какие спины они продемонстрируют вдоль любого направления.

Аналогичную дилемму и обсуждали Эйнштейн, Подольский и Розен в статье, которую чаще всего называют просто ЭПР, по фамилиям авторов. Нелокальность ассоциировалась со сверхсветовой передачей информации, а на это автор теории относительности, с ее максимальной скоростью любых сигналов, готов был согласиться в последнюю очередь: о мгновенном обмене информацией между запутанными квантовыми объектами Эйнштейн говорил как о пугающем потустороннем действии на расстоянии. Тогда остается вариант «шпаргалки»: в момент создания запутанной пары каким-то образом определяются будущие ответы каждого электрона на вопросы о спине вдоль всех направлений. А поскольку в рамках квантовой механики это математически невозможно, приходится заключить, что квантовая механика описывает не все, что происходит, – что она, другими словами, неполна.

Неполнота квантовой механики и была главной темой статьи ЭПР. Ее появлению, как мы уже говорили в главе 6, предшествовал материал в газете The New York Times. Он вышел под хлестким заголовком «Эйнштейн критикует квантовую теорию», или даже, в зависимости от перевода, «Эйнштейн нападает на квантовую теорию». Подзаголовок, правда, гласил, что «ученый и двое его коллег считают, что квантовая механика неполна, даже если она правильна». Но, видимо, подзаголовки уже тогда читала не слишком значительная доля читателей. В массовом сознании запечатлелось, что «Эйнштейн не принимает», что временами, видимо для большей убедительности, превращается в «Эйнштейн не понимает» квантовой механики. Это последнее во всяком случае далеко от истины.

О том, каким мог бы быть механизм действия скрытых параметров и в каких вообще терминах могла выражаться «шпаргалка», не было решительно никаких подсказок. Все эксперименты с запутанностью в течение жизни Эйнштейна, да и Шрёдингера, были обречены оставаться мысленными – т. е. последовательностью рассуждений, опирающихся на теоретические принципы. Второй подзаголовок в The New York Times сообщал, что, по убеждению ученых, полное описание «физической реальности» будет когда-нибудь дано. Это точно отражало точку зрения Эйнштейна, но никакого движения к «полному» описанию физической реальности не происходило, а вопрос о скрытых параметрах оставался достаточно умозрительным; «когда-нибудь» отодвигалось в неопределенно далекое будущее.

Это будущее неожиданно наступило в середине 1960-х гг., хотя и в несколько непредвиденной конфигурации – в той статье Белла, которая не была потеряна. Там предлагалось задать природе такой вопрос, что в ответ она будет вынуждена сообщить что-то о квантовой реальности. Поскольку «разговор» все равно идет на единственно доступном языке измерений и их результатов, изобретение Белла было нетривиальным – и при этом простым по сути. В споре Эйнштейна с Бором о скрытых параметрах симпатии самого Белла изначально были на стороне Эйнштейна:

На мой взгляд, совершенно естественно предполагать, что фотоны в этих экспериментах несут с собой заранее согласованные программы, указывающие им, как себя вести. Это настолько рационально, что, по-моему, когда Эйнштейн это увидел, а остальные отказались это видеть, именно он действовал рационально.

16 Что же все-таки

В своей «второй» статье (опубликованной раньше, чем временно потерянная «первая», см. главу 14) Белл предложил, как в принципе можно проверить, имеется ли у запутанных электронов «шпаргалка» в виде ответов на все вопросы об их спинах – проверить несмотря на то, что нам почти ничего не известно о том, как такая шпаргалка могла бы быть устроена. «Вопросы», как мы помним, задаются путем измерений. Новаторская идея Белла состояла в том, чтобы два электрона получали не одинаковые, а разные вопросы – о спинах вдоль несовпадающих направлений. Он понял, что стоит только запутанным электронам каким-нибудь (любым!) образом зафиксировать свои будущие ответы на вопросы о значениях спина вдоль всех направлений, как неизбежно возникнет ограничение на степень согласованности в их ответах. Ни Эйнштейну, ни Шрёдингеру, ни Бому ничего подобного в голову не приходило.