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

физики, да и вообще всей науки. Если отказаться от принципа локальности, невозможно вообще говорить о каких-либо управляемых экспериментах – как бы тщательно вы ни контролировали область непосредственного окружения вашего опыта, всегда остается возможность удаленного мгновенного воздействия на его результат. Именно по этой причине Эйнштейн, в частности, подчеркивал, что локальность должна быть основным принципом науки, отказаться от которого возможно только под давлением абсолютно непреложной необходимости. «Без такого допущения о взаимно независимом существовании пространственно удаленных предметов, допущения, которое основывается на ежедневном опыте мышления, физическое мышление в привычном для нас смысле было бы невозможно, – писал он. – Без этой идеи полного разделения никто также не смог бы понять, как можно формулировать и экспериментально тестировать физические законы <…> Полная отмена этого фундаментального принципа сделала бы невозможной идею существования (квази-) замкнутых систем, а следовательно, и установление эмпирически проверяемых законов в привычном для нас смысле»[385].

Даже если отвлечься от философских взглядов Эйнштейна, его научные результаты не оставляли сомнения в том, что локальность – ключевое свойство нашего мира. Согласно эйнштейновской специальной теории относительности, физические объекты невозможно заставить двигаться со скоростью, равной скорости света или превышающей ее, – иначе мы получим целый букет парадоксов с участием бесконечной энергии. Можно было бы попробовать обойти этот запрет, отыскав нечто, уже движущееся быстрее света, но таких объектов никто никогда не обнаруживал. И действительно, физика релятивистских частиц утверждает, что такие объекты были бы совершенно неустойчивы. Им не позволяли бы существовать их собственные парадоксы, связанные с бесконечной энергией. И даже если бы вы каким-то образом обошли эти проблемы и сумели отправить сигнал со скоростью, превышающей световую, вы все равно рисковали бы получить парадокс: согласно теории относительности, сама посылка сверхсветового сигнала немедленно сделала бы возможным построение «тахионного антителефона», с помощью которого можно было бы посылать сообщения в прошлое.

Но из теоремы Белла вовсе не следует, что мы можем звонить сами себе во вчерашний день или послать в 1955 год новейший спортивный автомобиль. Белл и другие исследователи позже доказали, что квантовую запутанность невозможно использовать для посылки сверхсветовых сигналов. А особый вид нелокальности, свойственный запутанным частицам, вещь тонкая и сложная, и проявляется она только в столь специфических условиях, что никак не может создать экзистенциальной угрозы самой науке, чего так боялся Эйнштейн. Но факт остается фактом – в мире, в котором специальная теория относительности легко прошла все устроенные ею проверки, – в мире, который оказывается строго локальным, – призрак нелокальности, вызванный теоремой Белла, вызывает глубокое беспокойство. Если квантовые предсказания исхода опыта Белла верны и неравенство Белла не выполняется, значит что-то все же нелокально, значит локальность всего только иллюзия. А это предполагает необходимость радикального пересмотра нашей концепции пространства и времени, пересмотра, далеко выходящего за пределы эйнштейновской относительности. Любая картина мира, в котором допускается нарушение неравенства Белла, была бы поистине странной.

Как же Беллу удалось получить из своих рассуждений столь неожиданные, далеко идущие и всеобъемлющие следствия? Чтобы вполне понять построенное им доказательство, нам понадобится нечто большее, чем колесо рулетки, – нам потребуется целое казино[386]. (Читатели, которым неинтересно углубляться в детали доказательства Белла, вполне могут пропустить весь следующий раздел – это никак не скажется на понимании остальной части нашей книги. Но если вы все же отважно последуете за нами и попытаетесь разобраться в аргументации этого раздела, вы, как мы надеемся, достигнете более глубокого понимания того, что сделал Джон Белл.)

* * *

В маленьком городке Бельвиль, в глухом северо-восточном уголке штата Калифорния, открывается новое казино. О его владельце Ронни по кличке Медведь[387] поговаривают, что он связан с преступным миром. Фатима и Джиллиан, инспекторы калифорнийского Игорного Бюро, направляются в Бельвиль, чтобы, пока казино не открылось, все как следует проверить. Ведь Ронни наверняка что-то задумал.

В новом казино Ронни установлена сверхсложная рулетка – возможно, специально для того, чтобы произвести впечатление на инспекторов. В центре зала помещается громадная машина с желобком для шарика; желобок тянется через весь зал, от одного стола с фишками до другого. У каждого из двух столов – по три колеса рулетки, каждое со своим вращающимся полем и общим вертящимся стрелочным указателем (рис. 7.3).

Рис. 7.3. А. Калифорнийская рулетка. Б. В казино у Ронни: «тройное колесо» с закручивающимся указателем в центре

По законам штата Калифорния, на полях рулеточных колес только перемежающиеся красные и черные квадраты – колеса с цифрами здесь запрещены[388]. Как только Фатима и Джиллиан усаживаются каждый за свой стол, Ронни нажимает кнопку машины, и в желобок выкатывается по шарику с каждой стороны – каждый из них катится к своему столу. Пока они катятся, инспекторы закручивают центральный указатель, шарик с каждой стороны автоматически скатывается на то из трех колес, на которое указывает его стрелка, и в конце концов останавливается на красном или черном поле (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Столы рулетки в казино Ронни Медведя в Бельвиле

Чтобы тщательно проверить случайный характер вращения колес, Джиллиан и Фатима проделывают эту процедуру много раз подряд и подробно записывают исход каждого пуска шариков: на какое колесо указала стрелка, и на поле какого цвета выпал шарик. После нескольких десятков запусков инспекторы возвращаются к себе, чтобы сравнить записи. Они обнаруживают, что на обоих столах колеса крутятся будто совершенно случайным образом – красное и черное выпадают примерно поровну. Но между записями Фатимы и Джиллиан обнаруживается странная корреляция: каждый раз, когда стрелки указателей на обоих столах указывают на один и тот же номер колеса, оба шарика останавливаются на одинаковых цветах. Например, на восемьдесят седьмой попытке обе стрелки показали на колесо номер 2 – и оба шарика выпали на красный (рис. 7.5). Инспекторы заключают, что гигантская машина так программирует шарики, чтобы при выходе на колеса с одинаковыми номерами они обязательно выпадали на одинаковые цвета.

Рис. 7.5. Сравнение отрывков из записей Джиллиан и Фатимы

Однако затем Фатима замечает еще одну закономерность: когда шарики попадают на колеса с разными номерами, они оказываются на полях с одинаковым цветом только в 25 процентах случаев. Фатима считает, что это противоречит предположению о программировании шариков. Чтобы доказать это, она выписывает все восемь различных возможных вариантов инструкций, которым могут подчиняться шарики рулетки (рис. 7.6).

По первой из этих инструкций, «красный – красный – красный», шарик всегда приходит на красное поле, независимо от номера колеса, на которое он попадает. По второй инструкции, «красный – красный – черный», шарик останавливается на красном поле, если попадает на