Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей

Нарушение локального реализма получается довольно тонким в том смысле, что, как мы видели, не позволяет передавать сигналы быстрее света; даже если мы будем настаивать на реализме, признав тем самым необходимую степень нелокальности, все равно получится нелокальность, не угрожающая основным положениям специальной теории относительности[282]. Но тяга ЭПР-пар к нелокальности имеет эффектное проявление, название которого отсылает к распространенному мотиву научной фантастики – телепортации; эффект квантовой телепортации (многократно уже подтвержденный экспериментально) не позволяет отправлять грузы на Проксиму Центавра или хотя бы на Марс быстрее света, но невольно перекликается с метафорой, использованной мной в начале этой прогулки. Я говорил, что состояния квантовых систем – это что-то вроде «высказываний» или даже «идей», а обычные высказывания можно передавать по телефону. Квантовая телепортация и правда позволяет передавать квантовое состояние по телефону, причем в виде неправдоподобно короткого сообщения – ценой использования «ресурса нелокальности», которым обладают ЭПР-пары (см. добавления к этой прогулке).

*****

Лоцманы спасают реализм. Локальные скрытые переменные невозможны, заключаем мы из экспериментального нарушения неравенств Белла. На нелокальные скрытые переменные этот запрет не распространяется. Принять, что они существуют в том или ином варианте, означает «допридумать» квантовую механику, введя в нее что-то помимо волновой функции; но ведь и сама волновая функция была в свое время придумана, и, может быть, мы просто остановились, не дойдя до конца пути, тогда как надо было сразу придумывать больше? Разумеется, не следует изобретать сверх меры, ведь хорошие научные теории по определению экономны в своих постулатах; но если мы настаиваем на реализме, то, быть может, несколько дополнительных сущностей – приемлемая цена за его спасение?

Изящная идея по спасению реализма требует совсем нечепуховых добавок к волновой функции, но получающаяся картина впечатляет: элементами реальности в нашем мире являются точечные частицы, обладающие –!! – определенным положением в пространстве и одновременно определенным количеством движения, т. е. движущиеся по траекториям. И это, хочется спросить, – квантовая теория? С ее принципом неопределенности, туннельным эффектом, дискретными состояниями и всем остальным?!

Да! Полноценная квантовая механика и четкие траектории одновременно. И полная ясность с базовыми элементами реальности. Но, правда, не бесплатно.

Первоначальную идею предложил Л. де Бройль в своем выступлении на Сольвеевской конференции 1927 г., но формирующееся квантово-механическое научное сообщество энтузиазма по поводу его предложения не проявило, и де Бройль оставил это направление мысли. Копенгагенские взгляды и вообще набирали силу, а среди конкретных возражений против теории де Бройля называлась присущая ей нелокальность. Оставалось четыре десятилетия до сколько-нибудь широкого осознания, что какой-то вариант нелокальности неизбежен, если требовать реализма. Лишь через двадцать с лишним лет к идеям де Бройля вернулся Бом, а спустя еще примерно такое же время Белл сетовал, что взгляды Бома – получившие название бомовской механики – не излагаются в стандартных учебниках. Эта «бомовская механика» (бомовская интерпретация квантовой механики, или интерпретация де Бройля – Бома) называется еще теорией волны-лоцмана[283]. Волновая функция в ней, как и полагается всякой теории со скрытыми параметрами, – не все, что есть в теории, да и, пожалуй, не главная ее часть. Главное же – точечные частицы. Правда, это совсем не частицы из классического мира: их движение определяется вовсе не законами Ньютона. Там, как мы помним, сила говорила количеству движения, как ему изменяться. Здесь же все иначе: уравнения определяют не изменения количества движения, а непосредственно само количество движения. А именно, количество движения каждой частицы определяется волновой функцией – тем, как она изменяется в пространстве вблизи точки, где находится эта частица: количество движения больше всего в том направлении, в котором волновая функция изменяется наиболее значительно. И правда, лоцман: полрумба правее, полный вперед! А откуда взять волновую функцию, которая бы этим занималась? А вот здесь нет ничего оригинального: из уравнения Шрёдингера.

Бомовская механика: волновая функция наделяет скоростью точечные частицы

Зафиксируем не совсем обычное положение вещей, взяв для примера систему из двух частиц, электрона и протона.

1. Волновая функция этой системы зависит от двух точек в пространстве; найти эту волновую функцию следует из самого обычного уравнения Шрёдингера.