Нелокальность. Феномен, меняющий представление о пространстве и времени, и его значение для черных дыр, Большого взрыва и теорий всего - Джордж Массер

Несколько лет спустя Эйнштейн попытался прояснить эту мысль: «То, что действительно существует в точке B, не должно, следовательно, зависеть от того, какое измерение выполнено в области пространства A; оно также должно быть независимо от того, выполнено ли вообще какое-либо измерение в области пространства А [курсив автора]». Мой предшественник из журнала Scientific American, который работал над статьей с Эйнштейном, однажды сказал мне, что этот великий человек не очень-то благосклонно воспринимал редактирование. Но если бы редактор уговорил его вычеркнуть первую часть упомянутого предложения и оставить только ту часть, которая идет после точки с запятой, мир был бы мудрее.

Отчасти из-за этой путаницы разговор между Эйнштейном и Бором уходил в сторону на двух Сольвеевских конгрессах подряд. Бор поддался на отвлекающий маневр выбора. По его мнению, Эйнштейн утверждал, что можно установить и точное положение, и точный импульс фотона одновременно, а именно это исключается принципом неопределенности Гейзенберга. Если бы запутанные частицы нарушили этот принцип, то квантовая механика была бы не просто неполной, а неверной. Предание гласит, что великий датчанин полночи не спал, анализируя процедуру измерения, и утром торжествующе объявил, что принцип неопределенности устоял и квантовая механика спасена. Но согласно другим участникам дискуссии, Эйнштейн больше не спорил с принципом неопределенности. Он признал, что точные измерения положения и импульса были взаимоисключающими, и считал квантовую механику логически непротиворечивой теорией. Он целил в копенгагенскую интерпретацию, сторонники которой были не в состоянии честно признаться в нелокальности, которую подразумевало их представление.

На этом великие сольвеевские дебаты оборвались. В 1933 г. нацисты совершили налет на дом Эйнштейна, находившийся на берегу озера, толпы студентов сжигали его книги, и мало кто из немецких физиков поддержал его. Он отказался от немецкого гражданства и навсегда уехал из Европы. Два года спустя, устроившись в Институт перспективных исследований в Принстоне, он наконец довел свою обеспокоенность нелокальностью до печати. Статья, общеизвестная как «ЭПР» — по первым буквам фамилий Эйнштейна и двух его молодых соавторов, Бориса Подольского и Натана Розена, — разожгла споры по переписке среди физиков, рассеянных по миру: некоторые отправляли до трех писем в день в разные места. Шрёдингер, который также бежал из Германии, был так взволнован этой статьей, что написал на эту же тему несколько собственных. В одной из его статей было изобретено название для явления, обнаруженного Эйнштейном: запутанность. В другой был изложен известный жутковатый сценарий с котом, который был и жив и мертв одновременно, показывая, что квантовая неопределенность не ограничена крошечными частицами и может распространяться на объекты всех размеров, даже на те, у которых есть мех.

Эйнштейну не понравились последствия статьи ЭПР, и он отреагировал так, как отреагировал бы любой другой ученый на его месте: обвинил своих соавторов. Основная проблема была в заключительном разделе, добавленном Подольским, где он пошел дальше, чем намеревался Эйнштейн, и попытался опровергнуть принцип неопределенности Гейзенберга. Это усугубило недопонимание, пустившее под откос сольвеевские дебаты в 1930 г. В следующем году Эйнштейн опубликовал собственную версию статьи, в которой основное внимание уделялось дилемме нелокальности и неполноты.

Однако дело уже было сделано. Бор вцепился в сомнительные дополнения Подольского и выпустил опровержение, которое было воспринято большинством как завершение этого спора. Вместе с тем, когда физики пытаются подробно объяснить, что именно говорилось в опровержении Бора, они похожи на участников пародийного телешоу Монти Пайтона «Кратко изложи Пруста», которые неуклюже пытаются резюмировать «В поисках утраченного времени» за 15 секунд. Один из них писал: «Большинство физиков (включая меня) признают, что Бор выиграл спор, хотя, как и большинство физиков, я затрудняюсь выразить словами то, как именно он это сделал».

По сей день копенгагенская интерпретация остается доминирующей в квантовой механике. Победа Бора во многом была связана с социальными факторами. Если Эйнштейн, по собственному признанию, был одиночкой, то Бор был авторитетом, внушавшим доверие. Он и его последователи написали почти все первые рассказы об этих дебатах. В них естественным образом подчеркивался вклад Бора и преуменьшался вклад Эйнштейна, что повлекло за собой преуменьшение значения нелокальности, поскольку это был интерес Эйнштейна. В этих рассказах нелокальность была достойна упоминания только как «недопонимание» со стороны Эйнштейна. Коллега Бора из того же института глумился: «Я должен признать, что, если бы студент одного из первых курсов имел такие возражения, я счел бы его довольно умным и подающим надежды». Такая снисходительность задавала тон этому спору на протяжении большей части XX в. Только в последние два десятилетия историки, в частности Артур Файн, разобравшись в переписке того периода, показали смелость взглядов Эйнштейна и восстановили его доброе имя.

В истории физики часто случалось, что ученые не могли добиться успеха из-за нехватки технологий или фундаментальных знаний. Фарадей, например, вряд ли мог создать двигатели или электромагниты прежде, чем была изобретена батарея. Но у физиков, изучавших квантовую механику, не было таких оправданий. Они могли понять нелокальность в 1930-х гг. так же легко, как в 1960-х. На самом деле они почти сделали это. Историки смогли нарисовать абсолютно правдоподобные альтернативные сценарии, в которых, если бы события приняли немного другой ход, Эйнштейнвыиграл бы у своих коллег. Странное сочетание личных конфликтов и самоподдерживающихся недоразумений помешало этому, и потребовалось новое поколение физиков во главе с Джоном Стюартом Беллом, чтобы восстать против широко распространившегося отрицания реальности.

В начале 2011 г. во время встречи с философом Тимом Модлином он поведал мне о предстоящем симпозиуме в Дрездене, Германия, который обещал стать местом крупных дебатов по квантовой нелокальности. Модлин считает, что квантовый мир нелокален. Другие же приглашенные на это событие полагают, что нелокальность — это заблуждение. У меня сложилось впечатление, что организаторы просто хотели собрать в одном месте светил физики, и только позже я понял, что это было равносильно приглашению демократов и республиканцев на одну и ту же вечеринку после выборов. «Там может разразиться чертовски крупный спор, — сказал Модлин. — Организаторы боятся этого. Они просят нас быть вежливыми». Естественно, я надеялся, что участники не будутвежливы, и купил билет на самолет, как только вернулся домой.

Не то чтобы я любил драки, но меня раздражало то, что ученые никак не могли устранить разногласия по поводу оснований квантовой теории. Они обсуждали существование нелокальных воздействий начиная с момента, когда Бор и Эйнштейн впервые вступили в спор в 1920-е гг., и по всем законам это дело уже должно было разрешиться. Только начав заниматься вопросом о том, является ли природа действительно нелокальной или просто хорошо притворяется (и, следовательно, находятся ли наши привычные представления о пространстве в таком бедственном положении, как кажется), я полагал, что побываю на парочке конференций, поговорю с несколькими людьми за кофе и выясню это. Все начиналось хорошо. Первый человек, с которым я пообщался, говорил очень разумные вещи. Второй человек, с которым я пообщался, говорил очень разумные вещи. Так же было и с третьим. К сожалению, то, что они мне рассказывали, полностью противоречило одно другому. Очевидно, план не сработал. Я был не столь наивен и не рассчитывал на то, что целый зал профессоров придет к единому мнению, но я думал, что по крайней мере смогу точно определить, в чем именно они не соглашались, и свести спор к выбору между одинаково обоснованными предположениями. Часто это удавалось. Но иногда в попытке постичь суть разногласий я обнаруживал, что хватаюсь за воздух.