Взгляд со стороны. Естествознание и религия

Запутать частицы можно различными способами. Например, фотоны можно запутать с помощью спонтанного параметрического рассеяния. Для этого кристалл трибората лития (LiB₃O₅) обладающий выраженными нелинейными оптическими свойствами, облучают лазером определённой длины волны. Высокоэнергетические фотоны лазерного излучения распадаются на пары запутанных фотонов меньшей энергии, поляризованных в перпендикулярных плоскостях.

Механизм квантовой запутанности учёным непонятен. Предполагается, что между запутанными квантовыми объектами информация не передаётся. Но в таком случае каким образом одна частица «чувствует» состояние другой частицы?

В 1935 году Эйнштейн вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном сформулировали знаменитый мысленный ЭПР-парадокс, показывающий неполноту квантовой механики. В настоящее время парадокс привлекает широкое внимание в связи с экспериментами по квантовой телепортации и квантовым коммуникациям.

Суть его в следующем. В классической и квантовой физике существует закон сохранения импульса. Когда система с нулевым импульсом распадается на две одинаковые части (частицы), разлетаясь, у них равные по величине и противоположные по направлению импульсы. Измерив импульс одной частицы, можно узнать без измерения импульс второй частицы. Определив у второй частицы координату, мы будем знать как её координату, так и импульс. Это, в свою очередь, даст нам информацию о координате первой частицы. Налицо нарушение принципа неопределённости Гейзенберга, составляющего основу квантовой теории.

Статья Эйнштейна, Розена и Подольского «Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным?» была опубликована в журнале «Physical Review». Уже в следующем номере этого журнала Бор опубликовал свой ответ в виде статьи с таким же заголовком. В ней Бор указал на неправильное понимание Эйнштейном и его сторонниками сути наблюдателя в квантовой физике.

Поскольку уравнение Шрёдингера работало и все его предсказания подтверждались экспериментами, большинство физиков устранилось от философских обсуждений трудностей, возникших в копенгагенской интерпретации квантовой механики. Касаясь данной проблемы, британский космолог и популяризатор науки Джон Гриббин привёл следующий аргумент: «Чтобы добраться из точки А в точку Б, водителю необязательно знать, что происходит под капотом его машины»[63].

Квантовой запутанностью заинтересовался ирландский физик Джон Белл. Он провёл всесторонний анализ ЭПР-парадокса и сформулировал условия для его экспериментальной проверки.

В 2015 году голландский физик-экспериментатор из Делфтского технологического университета в Нидерландах Рональд Хэнсон и его коллеги из Испании и Англии смогли выполнить «тест Белла без лазеек» – провести эксперимент, в котором исключены проблемы экспериментальной установки: лазейки местоположения (locality loophole) и лазейки обнаружения (detection loophole). Использовав два алмазных детектора, с расположенным между ними разделителем сигнала, учёные из Делфта проверили состояние двух запутанных электронов, разделённых расстоянием 1,3 километра.

В опыте по проверке теста Белла спины электронов измерялись с помощью лазерных импульсов в детекторах на противоположных сторонах кампуса университета. Установка, разделение луча и детектирование спина электронов были спроектированы таким образом, что обмен информацией сцепленных электронов во время измерения полностью исключался, и частицы не могли обмениваться информацией с помощью известных лазеек[64].

По словам учёных, они исключили все возможные скрытые переменные, которые, согласно законам классической физики, могли объяснить запутанность. Исследователи уверены, что эксперимент подтвердил принцип квантовой механики: у электронов нет характеристик до тех пор, пока их не наблюдают с помощью детектора. До этого момента частицы существуют в нескольких состояниях одновременно.

По мнению некоторых экспертов, существует третья лазейка, которая присутствовала во время эксперимента. Случайное разделение электронов с разными спинами может быть не совсем случайным, а происходить с определённой скрытой закономерностью.

Физик из Массачусетского технологического института Дэвид Кайзер прокомментировал эксперимент следующим образом: «Эксперимент прекрасно закрыл две из трёх основных лазеек, но две из трёх, это не три. Я всем сердцем верю, что квантовая механика – правильное описание природы. Но, откровенно говоря, для самого решительного заявления мы не участники»[65].

Некоторые учёные, вопреки общепринятому мнению, подвергают серьёзной критике неравенства Белла (см. «Информация и Вселенная»). Это указывает на то, что ЭПР-парадокс до сих пор не разрешён. И главная причина, по-видимому, кроется в том, что он одновременно затрагивает как материальное, так и информационное устройство мира. По нашему мнению, не зная природу пространства-времени, проверить неравенствами Белла наличие скрытых параметров в квантово-механической теории невозможно.