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

Чтобы понять это, давайте снова пройдемся по разным вариантам. Самой простой версией является направляющее поле Бома. В доработанных версиях исходной работы Бом предлагал считать это поле жидкостью, заполняющей все пространство. Волны могут распространяться по ней, как рябь по поверхности пруда, передавая воздействие от одной частицы к другой. На самом деле эта идея не просто ширма, чтобы скрыть невежество. Волны в этом поле совсем не похожи на обычные волны на поверхности воды — с точки зрения математики они распространяются в абстрактном многомерном пространстве и делают это с бесконечной скоростью. Бесконечная скорость не идеализация, а неотъемлемый элемент этой модели. Если бы предполагаемые волны перемещались с высокой, но все же конечной скоростью, то взаимодействия внутри групп частиц передавали бы сигналы со сверхсветовой скоростью, а такого никогда не наблюдалось.

Как только вы произносите слова «бесконечная скорость», становится ясно, что здесь что-то не так. Бесконечно быстрое движение едва ли имеет право называться движением — предмет, который «перемещается», уже находится в месте своего назначения, а значит, как можно говорить, что он туда движется? Направляющее поле на самом деле является не средой, в которой могут распространяться волны, а математическим подтверждением того факта, что каждая частица зависит от всех остальных частиц. Сам Бом пришел к мысли, что направляющее поле не существует в реальном мире, а сигнализирует о том, что наши понятия о пространстве не работают. По его предположению, вместо того чтобы считать, что пространство заполнено направляющим полем или жидкостью, о пространстве вообще не нужно думать.

Про следующий вариант, супердетерминизм, говорят, что он устраняет нелокальность. При ближайшем рассмотрении ничего подобного не происходит. Он просто сдвигает нелокальность во времени из настоящего момента в момент Большого взрыва. Некий закон природы должен был определить то, как выглядела Вселенная в момент времени 0. Этот закон похож на властную мать на свадьбе дочери, которая настаивает, что все должно быть именно так, а не иначе. Частица номер 1 618 034 и частица номер 137 035 999 обрели согласованные свойства и были приведены в движение таким образом, чтобы 13,8 млрд лет спустя, после бесчисленных столкновений и взаимодействий, они встретились в лаборатории на Земле, в месте, которое тогда еще даже не существовало. Фактически, в этом законе была заранее заложена вся эволюция Вселенной, включая взаимосвязи между частицами. В чем именно состоит отличие от разрешения Вселенной развиваться и действовать нелокальным образом «на лету»? Даже ’т Хоофт, главный защитник супердетерминизма, не уверен, действительно ли это позволяет сохранить локальность. «Это действительно очень трудный вопрос, над которым я сам постоянно размышляю… Я все еще считаю, что ЭПР/эксперименты по проверке неравенств Беллаявляются проблемой», — говорит он.

Третья альтернатива, обратная причинно-следственная связь, соединяет частицы посредством сигналов, передающихся назад во времени. Эта схема привлекает своей элегантностью. Она не требует сомнительного направляющего поля, чтобы передавать воздействия от одной частицы к другой, — частицы сами переносят их через все свое существование, «помня», что происходит с ними в будущем. Поскольку воздействие перемещается вместе с частицами, оно ни в какой момент не распространяется со сверхсветовой скоростью, не говоря уже о бесконечной. Таким образом, эта схема удовлетворяет теории относительности Эйнштейна, что гарантирует ослабление противоречий между теориями. К тому же обратная причинно-следственная связь не требует тонкой настройки параметров вещества в момент Большого взрыва.

Несмотря на все эти преимущества, здесь есть несуразность. Одна из главных причин, по которым физикам не нравится нелокальность, состоит в том, что она может допустить возможность путешествий во времени. Чтобы избежать этой проблемы, сторонники обратной причинно-следственной связи предлагают… путешествие во времени. Так что же мы выигрываем? Возможно, было бы проще принять путешествия во времени, подразумеваемые нелокальностью.

Действительно, можно утверждать, что обратная причинно-следственная связь на самом деле является не альтернативой нелокальным взаимодействиям, а типом нелокального взаимодействия. Двум частицам на противоположных концах Вселенной все же удается оказывать друг на друга влияние. Новизна в том, что они делают это, тайком передавая сообщение назад во времени. Эйнштейну это понравилось бы ничуть не больше призрачного воздействия на расстоянии. Его основное возражение против нелокальности состояло в том, что она грозила лишить Вселенную постижимости. Он задавался вопросами о том, как можно точно определить причину события, когда она может находиться в какой-то галактике, слишком удаленной, чтобы видеть ее? Как провести контролируемый эксперимент, если нельзя изолировать экспериментальную систему от удаленных воздействий? Те же самые возражения применимы и к обратной причинно-следственной связи. Как точно определить причину события, если она может находиться в будущем? Как провести контролируемый эксперимент, если нельзя изолировать систему от событий, которые еще только должны произойти?

Четвертая альтернатива, параллельные вселенные и другие формы расщепления личности, гласит, что синхронизованность запутанных частиц — это своего рода иллюзия, артефакт очень выборочного видения действительности, которым мы обладаем из-за того, что живем только в одной из многих вселенных. Для простых смертных вселенная выглядит нелокальной, но для Бога, который может наблюдать всю картину, она строго локальна. Однако, как и другие варианты объяснения запутанности, параллельные вселенные, в сущности, являются нелокальными. Каждая вселенная должна обладать внутренней согласованностью: нужная личность одного наблюдателя должна говорить с нужной личностью другого наблюдателя. И эта согласованность является видом нелокальности. Кроме того, параллельные вселенные выбивают почву из-под ног экспериментальной науки таким же образом, как и явная нелокальность. Эксперименты никогда не позволят исследовать весь набор вселенных, в котором локальность якобы сохраняется.

У теории параллельных вселенных также есть несколько довольно тревожных следствий. По мнению Эйнштейна, важная роль локальности состояла в определении того, что значит быть отдельным человеком: без локальности отдельные вещи потеряли бы свою индивидуальность. Почти то же самое происходит и в сценариях с параллельными вселенными. При достаточно большом количестве вселенных каждая возможная конфигурация вещества повторяется. Несколько существ отзываются на ваше имя, делят с вами все ваши воспоминания и верят в то, что они — это вы. Вот этоуже пугает. Какое из них — вы? Вы не можете знать. Вы можете быть здесь, там и вот там: в любом числе мест. Таким образом, даже если вариант с параллельными вселенными сохраняет концепцию локальности, он не выполняет тех функций, которые должна выполнять локальность.

К пятой, и заключительной, альтернативе — отказу от реализма — труднее придраться. Ее хулители считают, что отказываться от реализма абсолютно неправильно, а ее сторонники тратят на то, чтобы опорочить другие варианты, больше энергии, чем на изложение собственного объяснения, почему запутанные частицы ведут себя согласованно. Но давайте применим к этому варианту презумпцию невиновности. В сущности, антиреалисты говорят, что никакого объяснения не может быть и что оно не нужно. У Артура Файна (собственные представления которого нельзя точно классифицировать как реалистические или антиреалистические) есть хороший способ изложения этой идеи. Отсутствие реализма означает, что до того, как вы посмотрите на квантовую монету, она находится в состоянии неопределенности и акт наблюдения монеты заставляет ее выйти из него и случайным образом выбрать орла или решку. Нет никакой причины, по которой монета выбирает орла или решку и наоборот. Она просто это делает. Файн предлагает пойти дальше в этом рассуждении. Как только вы признаете, что у отдельных событий нет никакой причины, естественно предположить, что и у парных событий нет никакой причины. Если ничто не заставляет монету выбирать одну или другую сторону, возможно, ничто не заставляет ее запутанного партнера выбирать ту же самую сторону. «Если причины одиночных событий неопределенны, то что, кроме веры в детерминизм, заставит нас думать, что что-то “должно” порождать корреляции между ними?» — спрашивает Файн.