Квантовая революция. Как самая совершенная научная теория управляет нашей жизнью - Адам Беккер

сам он ее не писал – более того, он был ею недоволен. Вскоре после ее публикации он сказал Шрёдингеру, что статью ЭПР «после долгих споров написал Подольский. И она все-таки не получилась такой, как мне изначально хотелось: самое, пожалуй, существенное в ней оказалось, так сказать, задушено [математикой]». Далее в том же письме Эйнштейн говорит, что ему «наплевать»[120] на принцип неопределенности: настоящие трудности, которые он встречает в квантовой физике, не имеют к этому принципу никакого отношения.

Для Эйнштейна главным пунктом мысленного эксперимента ЭПР опять-таки были трудности с локальностью. Если вы измеряете импульс частицы A, то вы знаете и импульс частицы B. Но так как частица B находится на большом расстоянии от A, то согласно принципу близкодействия невозможно, выполняя измерение частицы A, мгновенно воздействовать на частицу B. Следовательно, свой импульс частица B должна была приобрести в момент столкновения частиц A и B, как это было с бильярдными шарами.

Но квантовая физика не позволяет нам вычислить импульсы частиц A и B в момент их столкновения. Квантовая волновая функция соединяет частицы A и B некоторым странным образом. Вследствие своего столкновения частицы A и B приобретают единую волновую функцию вместо индивидуальных волновых функций для каждой частицы. Но эта объединенная волновая функция ничего не говорит нам о том, каковы были импульсы частиц до измерения. Она просто гарантирует, что если измерить импульс частицы A, то импульс частицы B всегда будет равным по величине и противоположно направленным.

Согласно копенгагенской интерпретации, до измерения у частиц не существует определенных характеристик. Получается, что если у частиц A и B до того, как мы произвели измерения, имеются определенные импульсы, то копенгагенская интерпретация ошибочна и квантовая физика дает неполное описание природы. Но если у частиц A и B до измерения не имеется определенных импульсов, то выходит, что для того, чтобы обеспечить равенство и противоположную направленность импульсов частиц, акт измерения импульса частицы A должен мгновенно воздействовать на частицу B, – даже если частица A находится в Нью-Йорке, а B – на Луне. А это нарушает принцип локальности. Короче говоря, квантовая физика либо неполна, либо нелокальна. Вот этот вынужденный выбор и был, по словам Эйнштейна, «задушен» в статье ЭПР[121].

Эйнштейн отвергал всякую возможность нарушения принципа локальности. В письме к Максу Борну он как-то назвал такое нарушение «жутким дальнодействием»[122]. Он настаивал, что нет никаких причин предполагать существование таких странностей – факты вполне можно объяснить неполнотой квантовой теории:

«Когда я рассматриваю известные мне физические явления, в особенности те, которые так успешно описываются квантовой механикой, я по-прежнему не в состоянии найти ни одного факта, который указывал бы, что от принципа локальности придется отказаться. Поэтому я склонен считать, что квантово-механическое описание в смысле копенгагенской интерпретации следует рассматривать как неполное и косвенное описание реальности, которое впоследствии будет заменено более полным и непосредственным»[123].

Рис. 3.4. Опыт ЭПР. Два бильярдных шара сталкиваются и разлетаются в противоположных направлениях. Когда Альберт измеряет импульс своего шара, он мгновенно вычисляет и импульс шара Нильса, даже если Альберт находится в Нью-Йорке, а Нильс – в Лондоне. Либо шар Нильса уже имел этот импульс в Лондоне до того, как Альберт провел свое измерение в Нью-Йорке, либо имеет место «жуткое дальнодействие», мгновенно связывающее два бильярдных шара через Атлантику

Между тем, физическое сообщество было шокировано «парадоксом ЭПР». «Придется теперь начинать все сначала, ведь Эйнштейн доказал, что все неправильно»[124], – сетовал Дирак. Паули в ярости написал Гейзенбергу, называя выступление Эйнштейна «катастрофой» и уговаривая Гейзенберга публично выступить в ответ[125]. Когда Гейзенберг узнал, что над ответом уже работает Бор, он забросил свой черновик – пусть патрон сам даст отповедь новой ереси Эйнштейна.

«Этот удар обрушился на нас, как гром среди ясного неба. На Бора он подействовал с необыкновенной силой, – говорил Леон Розенфельд. – Как только Бор услышал мой рассказ об аргументах Эйнштейна, все дела были отложены; возникшее недоразумение необходимо было устранить немедленно»[126]. И Бор с помощью Розенфельда тут же принялся за составление ответа. Известный своей мучительно медленной манерой написания статей, на этот раз Бор накропал свой ответ ЭПР за шесть недель – «с поразительной для него скоростью»[127], как говорит Розенфельд – и отослал его в Physical Review, тот же самый журнал, который напечатал статью ЭПР.

В своем ответе Бор тщательно анализирует мысленный эксперимент ЭПР. Он соглашается с тем, что измерение импульса частицы A не могло бы «механически» воздействовать на частицу B – об этом «не может быть и речи». Но, настаивает он, «речь может идти о влиянии условий, которые определяют возможные типы предсказаний поведения системы»[128]. К сожалению, осталось неясным, какое различие пытался провести Бор между «механическим воздействием», с одной стороны, и «влиянием» – с другой. Хотел ли он сказать, что измерение частицы A могло мгновенно воздействовать на частицу B? Может быть. Думал ли он, что квантовая физика вследствие этого должна быть нелокальной? И это возможно. На попытки расшифровать ответ Бора на статью ЭПР истрачено невероятное количество чернил, но ясного консенсуса по поводу того, что он имел в виду или думал ли он, что квантовая физика нелокальна[129], так и не удалось достичь.

Впоследствии Бор сам извинялся за качество своего текста. Почти через пятнадцать лет, оглядываясь назад, он писал, что «глубоко осознавал неэффективность своих высказываний»[130] в решающей части[131] своего ответа ЭПР. Но детализировать свои возражения он не стал, только заметил, что в квантовом мире невозможно резко разграничить поведение объектов, которые вы хотите измерить, и их взаимодействие с измерительными устройствами. Неясно, как это замечание относится к аргументам ЭПР, и ясно, что оно никак не отвечает на вопросы Эйнштейна по поводу локальности.

Несмотря на сумбурность боровских формулировок, сам факт его ответа ЭПР рассеял беспокойство большинства представителей физического сообщества – хотя значительная часть физиков и соглашалась с Максом Борном, что стиль Бора был «часто туманным и невразумительным»[132]. То, что он написал, прочли немногие[133]. Но независимо от того, считал ли сам Бор, что копенгагенская интерпретация подразумевает нелокальность, большинство других физиков так не думали[134]. Насколько они понимали, ответ Бора просто-напросто значил, что копенгагенская интерпретация здравствует и процветает, а обвинениями в ее неполноте со стороны ЭПР можно спокойно пренебречь.

Только Шрёдингера копенгагенская интерпретация все еще не убеждала. Прочитав статью ЭПР, он написал Эйнштейну: «Я очень рад, что [в статье ЭПР] вы публично призвали догматическую квантовую механику[135] к ответу».

Но Шрёдингер еще и указал на некоторое неожиданное следствие из мысленного опыта ЭПР. Странная связь между частицами A и B, из-за которой им приходилось делить на двоих одну волновую функцию,