Журнал Млечный Путь № 2 (28), 2019

И вот тут-то слово свое говорит Сатана, ждавший реванша. Волновая функция коллапсирует? Сразу во всей Вселенной? Но каким образом? Ведь сигнал не может распространяться быстрее света! До наблюдения электрон мог находиться в галактике М33 на расстоянии миллионов световых лет от Земли? Как он может мгновенно узнать, что больше этой вероятности не существует? Никак! Значит, как заявил в свое время Эйнштейн, и в этом заключалось его "великое противостояние" с Бором, волновая функция - чисто математический трюк, физического смысла не имеет, и вся квантовая механика вовсе не является окончательной теорией, а лишь промежуточным шагом к будущей правильной теории, включающей в себя обязательно и теорию относительности.

Как оказалось, дальнодействие, выгнанное Эйнштейном в дверь, сумело пролезть в окно и проявило себя в квантовой физике. Если квантовая механика верна (а она безусловно подтверждается всеми экспериментами), то в природе существует мгновенная передача информации, а это противоречит и принципу локальности, и принципу близкодействия, да и вообще здравому смыслу!

О многолетних спорах Эйнштейна с Бором написаны десятки книг. Эйнштейн так и остался при своем мнении о трагической неполноте квантовой механики и ее ущербности. При своем мнении остался и Бор (а с ним и все другие физики).

В 1935 году Эйнштейн (в соавторстве со своими сотрудниками Борисом Подольским и Натаном Розеном) сделал последнюю попытку доказать в мысленном эксперименте, что квантовая механика внутренне противоречива и содержит ненавидимый физиками принцип дальнодействия. Эйнштейн, Подольский и Розен описали мысленный эксперимент, получивший название ЭПР-парадокса.

Рис 2

Предположим, - сказали они, - мы взяли две частицы (два электрона, например) и связали их в единую квантовую систему. Эта система обладает собственной волновой функцией, и такое состояние называется "запутанным", Предположим, что у одного электрона в этой системе спин направлен вниз, а у другого - вверх. Теперь возьмем один из "запутанных" электронов (в мысленном эксперименте это легко сделать) и перенесем в галактику М33. А потом поменяем направление спина оставшегося в лаборатории электрона на противоположное (это осуществимо не только мысленно, но и технически). Поскольку оба электрона описываются общей волновой функцией, то в то же мгновение спин электрона, перенесенного в галактику М33, тоже должен измениться на противоположный. Но это невозможно - ведь дальнодействия (согласно теории относительности) нет и быть не может!

Значит, либо неверна (или неполна) квантовая физика, либо в природе существуют мгновенные связи между частицами.

***

В споре с Бором Эйнштейн остался в одиночестве. А глубочайшее противоречие между теорией относительности (близкодействие!) и квантовой теорией (дальнодействие!) осталось нерешенным. Относительно ЭПР-парадокса ученые пришли к компромиссному заключению: да, запутанные частицы "чувствуют" друг друга, на каком расстоянии они бы ни находились. Однако мгновенно передать таким способом информацию невозможно, и скорость света - все-таки предел скоростей.

Эксперимент Эйнштейна, Подольского и Розена оставался сугубо мысленным в течение нескольких десятилетий, но в 1981 году Алан Аспэ поставил реальный опыт, взяв в качестве пробных частиц не электроны, а фотоны, которые, как оказалось, легче "запутать" и с которыми легче работать.

Рис 3

Алан Аспэ

Аспэ показал: дальнодействие существует, квантовые свойства фотонов можно передать мгновенно, и скорость света не является помехой. В 1989 году Даниел Гринбергер, Майкл Хорн и Антон Цайлингер провели гораздо более сложный эксперимент, подтвердив выводы Аспе.

Рис 4

Даниел Гринбергер

Рис 5

Майкл Хорн

Рис 6

Антон Цайлингер

Сначала запутанные частицы разносили на расстояние метра друг от друга, затем - на десятки метров, и наконец был поставлен эксперимент, где запутанные частицы разнесли на расстояние километра, изменили состояние частиц в приборе А, и в то же мгновение состояние частиц в приборе Б тоже изменилось!

Рис 7

В июне 2017 года китайские физики сумели передать квантовые состояния запутанных фотонов на самое большое пока расстояние - 1200 километров: с Земли на искусственный спутник и со спутника обратно на Землю. В эксперименте участвовали два спутника и три наземных станции.

Рис 8

Если получилось, что "чувствуют" друг друга одиночные частицы, то, может, и с ансамблями частиц это тоже может получиться? Провели и такой эксперимент - и да, запутанные ансамбли частиц точно так же реагировали на изменения состояний.

Так что же? Дальнодействие существует?

Рис 9

***