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

Даже участники дебатов говорили мне, что они озадачены. Многие из них в течение десятилетий были друзьями, но все же чувствовали разобщенность из-за этого вопроса. Когда я просил, чтобы они объяснили, почему их противники думают так, как думают, они отводили взгляд, несколько мгновений смотрели куда-то вдаль и разводили руками. Иногда верх брало разочарование. Один скептик обвинял сторонников нелокальности в «лености» и называл их аргументы интеллектуальной «трясиной». Другой жаловался: «Эти люди очень высокого мнения о себе». «Он просто прет как танк», — соглашался третий. В свою очередь, сторонники нелокальности считали, что скептики виноваты в глупых ошибках. «Он просто крайне, абсолютно, недосягаемо, ужасающе неправ», — стонал один из них. В поисках (почти) нейтральной стороны, которая бы провела меня через эту физическую свару, я подошел к философу и историку Артуру Файну. Первое, что он мне сказал, было: «Добро пожаловать в гоббсовский мир принципов [квантовой механики]: война всех против всех!»

Казалось бы, если ученые спорят по такому глубокому вопросу, как нелокальность, они могли бы собраться вместе и обсудить ситуацию. Однако такие встречи примечательны тем, что споров на них практически нет. Во время разговоров у меня нередко складывалось впечатление, что через меняпытаются обмениваться представлениями, подобно тому как рассорившиеся супруги общаются через своих детей. Я надеялся, что на дрезденской встрече наконец начнется открытый обмен мнениями. Увы, этого так и не произошло. Участники конференции не пришли ни к какому соглашению. Они выступили с докладами и отправились ужинать в дорогой ресторан, где болтали о политике и других сравнительно безопасных вещах. И все же я не зря проделал этот путь. Я начал понимать, что систематическая неспособность достичь согласия занимательна сама по себе и является очень человеческой реакцией на глубину тех тайн, которые ставит перед нами квантовая механика. Даже если главные действующие лица никогда не пожмут друг другу руки, спор может быть окончен другими способами. Как мы увидим, противоположные позиции приводят к очень похожим заключениям о фундаментальной нереальности пространства.

Разное отношение к квантовой физике отражает несовместимые эмоциональные стимулы в науке: наслаждаться тайной и обличать глупость. «Для одних невыносима мысль о том, что фундаментальную физику — т.е. квантовую механику — нельзя примирить со здравым смыслом, — говорит Файн. — А для других невыносима мысль о том, что квантовую механику можно примирить со здравым смыслом! Это различия в характере, которые вряд ли можно устранить, поговорив за чашечкой кофе. Иногда они выглядят как философские разногласия… но если посмотреть внимательнее, то хотя вы, конечно, найдете там выражение философских предубеждений, едва ли в них есть какие-либо серьезные утверждения о философии как таковой. Вместо этого язык философии обеспечивает своего рода способ выражения эмоциональных различий». Ученые не бывают беспристрастными наблюдателями, и они не обязаны ими быть, поскольку кто вынесет тяжелый труд научной жизни без мотивации? Если поэзия — это эмоции, выражающиеся в порядке, то наука — это порядок, выражающийся в эмоциях: это борьба за то, чтобы сохранять ясность мышления, находясь в водовороте страстного любопытства.

По меркам физики, доводы в пользу квантовой нелокальности — проще некуда. Исходная статья Эйнштейна, написанная в соавторстве с Борисом Подольским и Натаном Розеном в 1935 г., уместилась всего на четырех страницах; на последующую работу Джона Белла, опубликованную 30 лет спустя, хватило шести страниц. Ни в одной из них нет сложной математики. Даже наоборот, уравнения скорее мешают: Эйнштейн позже жаловался, что его основная мысль в статье ЭПР была «задушена формализмом». Эти две статьи представляют собой два логических шага. Эйнштейн изложил дилемму: квантовая механика либо нелокальна, либо неполна. Белл опроверг вторую возможность: он показал, что даже в случае неполноты нельзя избежать нелокальности.

Чтобы понять смысл этого, вернемся к квантовому эксперименту, который я описывал в главе 1. В этом эксперименте частицы ведут себя как волшебные монеты, которые можно использовать, чтобы выполнять разнообразные трюки. Как и обычные монеты, они случайным образом падают орлом или решкой, если их подбросить. В отличие от обычных монет, результаты подбрасываний могут демонстрировать необычную закономерность. В самом простом случае у вас есть две такие монеты, и вы даете одну из них другу. Вы оба подбрасываете монеты, и они каждый раз падают одной и той же стороной: обе орлом или обе решкой. В соответствии с логикой Эйнштейна есть два возможных объяснения такой синхронности. Это могут быть жульнические монеты, результат броска которых заведомо определен: например, монеты, у которых с обеих сторон или орел, или решка. Это вариант решения дилеммы в пользу неполноты: теория «неполна» в том смысле, что наблюдатель знает о монетах не все и принимает их за честные, тогда как на самом деле они жульнические. Или монеты и в самом деле могут быть волшебными, объединенными какой-то таинственной связью (вариант в пользу нелокальности).

Эйнштейн склонялся к неполноте. Он и Луи де Бройль предполагали, что частицы ведут себя одинаково благодаря некоему невидимому направляющему полю, которое ведет их подобно овчарке, пасущей стадо. Частицы всегда существуют в определенных положениях, и измерение просто показывает, где они находятся в каждый конкретный момент точно так же, как подбрасывание монеты с одинаковыми сторонами показывает предопределенный результат. Такой механизм, по мысли Эйнштейна, мог создавать видимость нелокальности. Хотя это казалось хорошим объяснением в коротком обзоре, из попыток Эйнштейна создать для него математическую теорию так ничего и не вышло. В какой-то момент Эйнштейн написал статью, отправил ее в журнал для публикации и лишь после этого понял, что описанная в ней теория была нелокальной. К тому времени статья уже пошла в печать, и Эйнштейну пришлось звонить редактору, чтобы остановить печатные машины. (Подобные вещи можно вытворять, если вы Эйнштейн.) Как показал Белл, существовала простая причина, по которой Эйнштейну было так трудно избежать нелокальности: неизбежность нелокальности.

Белл использовал тактику, знакомую всем тем, кто любит портить другим праздник: предложить фокуснику-самозванцу доказать свои способности, выполнив трюк, который совершенно определенно требует магии. В одном из вариантов его теста вы и ваш друг подбрасываете монеты либо правой, либо левой рукой, и Белл требует, чтобы у пары монет иногда выпадала одна и та же сторона, а иногда противоположные. У вас есть в общей сложности четыре варианта: вы оба подбрасываете монету правой или левой рукой, вы — правой, а ваш друг — левой, и наоборот. В трех из этих четырех случаев Белл хочет, чтобы у монет выпадала одна и та же сторона. Но он настаивает, чтобы в четвертом случае у монет выпадали противоположные стороны. Это неважно, какой именно случай будет особым, но предположим, что это будет происходить, когда вы используете левую руку, а ваш друг — правую. То, как выпадут монеты, зависит от действий каждого из вас, так что ситуация неизбежно нелокальна. Даже самая хитрая монета не может предопределить результат заранее.