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

доказать или что они не вполне понимали. В частности, Белл обнаружил, что теория, содержащая скрытые переменные, могла обойти ловушки, расставленные этими доказательствами, если обладала одним довольно необычным свойством, позже названным контекстуальностью.

Контекстуальность означает, что исход измерения квантовой системы зависит от других вещей, которые вы измеряете в этой системе в то же самое время. Другими словами, если вы измеряете некоторое свойство объекта, исход вашего измерения может зависеть от того, какие другие характеристики этого объекта вы измеряете одновременно с этим. В контекстуальном мире, если вы измеряете энергию нейтрона одновременно с его импульсом, вы получите некоторое значение энергии нейтрона, но если вы измерили эту энергию одновременно с его положением, вы, возможно, получили совершенно другое ее значение просто из-за изменения контекста, в котором вы производили ваше измерение.

Чтобы получить более ясное представление о контекстуальности, забудем на время о нейтронах и поговорим лучше о колесе рулетки. Представьте, что ваша подруга Фло находится в казино, неподалеку от рулетки, а вы говорите с ней по телефону. Самого колеса вы не видите, но можете задавать ей вопросы о том, где остановился шарик рулетки после каждого броска. Вы можете спрашивать, выпал ли он на чет или нечет, на большие или малые числа, на красное или черное. (Рулетка устроена так, что половина номеров красная, а половина черная, при этом красной является половина как «малых чисел», от 1 до 18, так и «больших», от 19 до 36, и как половина четных, так и половина нечетных, а вторые половины, соответственно, черные, рис. 7.2[373].) Однако Фло почему-то не очень охотно сообщает вам, что происходит в казино: при каждом пуске колеса она отвечает только на два из трех ваших вопросов. В обычной ситуации это обстоятельство не имеет значения: что бы Фло вам ни сообщала, шарик все равно останавливается на какой-либо конкретной цифре. А следовательно, несмотря на то что реальное его состояние от вас скрыто, как только он останавливается, вы тут же получаете ответы на все три ваших вопроса. Если шарик остановился на цифре 34, значит, вы знаете, что он выпал на «большое», «красное» и «четное» число, хотя Фло ответила только на два из трех вопросов.

Но если колесо рулетки контекстуально, все происходит по-другому. Теперь ответ на вопрос «Выпал ли шарик на красное?» зависит от того, что вы еще спрашивали одновременно с этим. Допустим, после запуска колеса вы спросили, выпал ли шарик на красное и выпал ли он на чет. Оказалось, что на оба эти вопроса ответ положительный. Но если бы при том же запуске колеса вы задали другие вопросы – скажем, если бы вы спросили, выпал ли шарик на красное и выпал ли он на большое – тогда ответ на оба вопроса оказался бы отрицательным. Каким-то образом ответ на вопрос «Выпал ли шарик на красное?» оказывается зависящим от того, какой другой вопрос вы при этом задаете! Это и есть контекстуальность: ответ на вопрос зависит от контекста, создаваемого сопутствующими вопросами, задаваемыми в то же самое время. Разрушая доказательства, не содержащие скрытых переменных, Белл одновременно продемонстрировал, что квантовая физика описывает именно контекстуальный мир.

Рис. 7.2. Колесо идеальной рулетки. Числа поровну распределены между категориями «большие – малые», «красные – черные» и «четные – нечетные»; поля 0 и 00 отсутствуют

На первый взгляд может показаться, что контекстуальная природа квантовой физики согласуется с копенгагенской интерпретацией или по крайней мере ей не противоречит. Если ответы на вопросы зависят от других одновременно задаваемых вопросов, разве это не означает, что мы не можем получить ответ на вопрос до тех пор, пока не зададим его? В конце концов, если квантовый мир контекстуален, он не может быть похож на колесо рулетки – шарик не может выпасть на конкретный номер и пассивно дожидаться, когда мы на него посмотрим, так как свойства этого номера зависят от того, что мы спрашиваем о нем. Цвет номера рулетки не изменяется, когда мы спрашиваем, четный он или нечетный; номер 34 останется красным независимо от того, задаем ли мы об этом какие-либо вопросы. А значит, в квантовом мире не может быть ни рулетки, ни шарика – до тех пор, пока мы не примемся их искать. Как сказал Паскаль Йордан, «Мы сами производим результаты своих измерений»[374].

Но, невзирая на всю привлекательность этих по-копенгагенски звучащих аргументов, Белл с ловкостью дзюдоиста опроверг их, процитировав самого Бора[375]. В той же статье, в которой Белл объявил контекстуальность главной особенностью квантового мира, он также указал, что эта особенность не должна никого удивлять: ведь, по словам Бора, невозможно провести «никакого резкого различия[376] между поведением атомных объектов и их взаимодействием с измерительными устройствами». Вы не можете заглянуть в квантовый мир, не изменив его, но это вовсе не означает, что квантового мира не существовало, пока вы в него не заглянули. Совсем наоборот: если бы его не было, вы не смогли бы изменить его в процессе наблюдения! И контекстуальное колесо рулетки может существовать – просто положение шарика будет изменяться, когда вы смотрите на него разными способами, ведь вы не можете отделить поведение шарика от его взаимодействия с вами в процессе наблюдения. Это не значит, что шарика не существует или что он не обладает никаким местоположением, пока вы на него не посмотрите; это означает, что шарик просто-напросто очень прыгучий и чувствительный, что он начинает бешено метаться даже от малейшего воздействия. Именно так и ведут себя скрытые переменные в построенной на базе волн-пилотов интерпретации Бома. Согласно Бому, частица всегда обладает определенным местоположением – но это положение может резко изменяться благодаря малым возмущениям и изменениям в экспериментальных схемах. Стоит вам, находясь в бомовском квантовом мире, задать электрону немного отличную от первоначальной серию вопросов, и вы получите совершенно не похожую на первоначальную серию ответов – но сам электрон все это время занимает вполне определенное положение[377]. И так как теория Бома контекстуальна, она остается неуязвимой для всех доказательств, которые пытаются ее опровергнуть. «Все, что доказывают эти доказательства, – заключает Белл, – это недостаток воображения»[378].

* * *

Несмотря на построенную им убедительную демонстрацию того, что теория Бома не является невозможной, Белл все-таки был обеспокоен наиболее странной особенностью концепции волны-пилота: ее «скрытой нелокальностью». «В теории Бома происходили ужасные вещи, – писал Белл. – Например, траектории частиц мгновенно изменялись, как только в какой-то точке Вселенной кто-нибудь двигал магнит»[379]. Была ли нелокальность теории Бома существенной особенностью квантовой физики? Белл поставил этот вопрос в заключительной части своей статьи, развенчивающей доказательство фон Неймана, и