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

одно из трех колес, действует не вполне случайно, и шарики рулетки заранее «знают», на какое из трех колес они попадут. Такой «сговор» между колесами и шариками мог бы объяснить странный результат, к которому пришли Фатима и Джиллиан. Попробуем перевести это на язык реальной физики: может ли существовать сговор между фотонами и поляризаторами? Такое предположение звучит, мягко говоря, нереально. Разве не правда, что экспериментатор каждый раз произвольно выбирает используемый поляризатор? Если так, то как фотоны могут знать наперед, что он выберет? Мы привыкли считать, что свободно выбираем условия наших экспериментов, но даже если это иллюзия, то идея, что фотоны каким-то образом предвосхищают внутри себя все наши действия, плохо укладывается в сознании. Технически, однако, такой «сверхдетерминизм» может быть логически возможным способом избежать требований теоремы Белла. Горсточка теоретиков действительно пытается работать в этом направлении (хотя есть опасения, как бы признание возможности такого «сговора» не сделало бы невозможным занятие наукой как таковой).

Можно ли придумать что-нибудь еще? Существуют ли другие способы обойти эту замечательную теорему Белла? Есть много книг и статей, в которых утверждается, что в доказательстве Белла есть и еще одно допущение – допущение скрытых переменных[390]. Стоит только исключить предположение, что шарики рулетки вообще способны нести какие-либо скрытые инструкции, говорят нам сторонники этой позиции, и теорема Белла тут же потеряет силу. Но это не так. Мы и не предполагали, что шарики рулетки несут скрытые инструкции, – по крайней мере, в начале нашего доказательства. Мы предположили всего лишь существование локальности, и это неизбежно привело нас к выводу, что у шариков должны быть какие-то инструкции, – должны же мы были как-то объяснить идеальное соответствие между результатами Джиллиан и Фатимы, когда они обе использовали колеса с одним и тем же номером. Вам слышится что-то знакомое? Конечно, это же в чистом виде аргументы ЭПР. Если пары шариков всегда выпадают на одинаковые цвета, то они либо выполняют одинаковые инструкции, полученные ими при запуске, либо сразу же по достижении ими своих целей каким-то образом сообщаются друг с другом со скоростью, превышающей скорость света. Здесь нет никаких предположений о скрытых переменных – всего лишь предположение о локальности, а вводить скрытые переменные вынуждает нас поведение шариков. «Самое трудное – это объяснить, что скрытые переменные не являются исходной предпосылкой анализа[391], – жаловался Белл спустя пятнадцать лет после первой публикации своей теоремы. – Моя первая статья на эту тему (о теореме Белла) начинается с итогового перечисления аргументов ЭПР, начиная с локальности и заканчивая детерминистскими скрытыми переменными. Но комментаторы почти всегда отмечают, что статья начинается с введения детерминистических скрытых переменных»[392].

Еще одно связанное с этим утверждение заключается в том, что теорема Белла предполагает существование некоторого особого вида реальности. Это утверждение особенно популярно среди сторонников копенгагенской интерпретации[393]. Если вы не предполагаете, что у квантового мира есть реальные свойства – или что какой-то квантовый мир вообще существует, – тогда, говорят они, теорема Белла не работает. Но это тоже неверно. Здесь все дело в выражении «некоторый особый вид реальности». Что, собственно, понимается под «реальностью»? По мнению некоторых физиков, теорема Белла основывается на идее, что у квантовых объектов имеются вполне определенные свойства еще до всякого измерения[394] и что это-то и подразумевается под «реальностью». Но, как уже было сказано выше, это просто-напросто неверно – в теореме Белла нет никаких предположений о наперед существующих свойствах частиц (то есть о скрытых переменных). Ее идея вытекает из предположения о локальности точно так же, как аргументация ЭПР. Другие заявляют, что форма реальности, предполагаемая теоремой Белла, сводится к все той же идее о существовании всего мира вне зависимости от наблюдений. Отрицание такого существования, говорят они, и составляет истинную суть копенгагенской интерпретации, и именно это позволяет этой интерпретации оставаться локальной, невзирая на искусно построенное доказательство Белла. Даже если оставить в стороне вводимый таким отрицанием в физику солипсизм – чьи именно наблюдения придают вещам реальность? Здесь возникает еще одна проблема. Ведь если отказаться от предположения, что реальность существует независимо от какой-либо формы наблюдения, обессмысливается сама идея близкодействия. Как может иметь какое-то значение разговор о воздействиях, передающихся от объекта к объекту из одного места в другое быстрее света, когда ни сами объекты, ни их положения вообще не существуют? Разрушение доказательства Белла путем отрицания реальности тут же неизбежно разрушает и концепцию локальности – пиррова победа антиреалистов, твердо решивших сохранить локальность в физике любой ценой. Сам Белл сказал об этом так: «Я не знаю ни одной концепции локальности, которая совмещается с квантовой механикой. Поэтому думаю, что от нелокальности нам не отделаться»[395].

Даже само существование квантовой физики не является исходным предположением доказательства Белла. В конце концов, разве Фатима апеллировала к квантовой физике, когда объясняла невозможность случайного поведения шариков на рулетке Ронни? Теорема Белла – это утверждение, касающееся мира в целом, независимо от законов квантовой физики. Если мир ведет себя определенным образом – если шарики рулетки Ронни или запутанные фотоны подчиняются статистическим закономерностям, которые наблюдались в казино, – то значит либо локальность нарушается, либо в природе реализуется что-то вроде многомировой интерпретации (или, быть может, природа конспирологична и сверхдетерминистична). Единственный пункт в этой аргументации, в котором появляется квантовая физика, это когда в соответствии с математикой квантовой теории обнаруживается, что запутанные фотоны ведут себя так же, как и шарики в рулетке Ронни. Следовательно, если квантовая физика верна или, по крайней мере, если она верна для этой частной ситуации, нам придется пожертвовать локальностью или жизнью в единичной Вселенной (а может, и тем и другим).

Короче говоря, теорема Белла фактически оставляет всего три однозначные возможности: либо природа в каком-то отношении нелокальна, либо мы живем в ветвящейся системе множественных миров, несмотря на ряд очевидных свидетельств обратного, либо квантовая физика дает неверные предсказания в определенных экспериментальных ситуациях. Что бы из этого ни оказалось правдой, работа Белла представляет угрозу для копенгагенской интерпретации. И, возможно, из-за того, что теорема Белла противоречит этой широко распространенной мудрости, физики в течение длительного времени испытывали трудности в понимании истинного ее значения. По сути, недоразумения с ней начались еще до того, как она была опубликована.

* * *

Получив доказательство своей революционной теоремы, Белл находился в нерешительности – в какой научно-исследовательский журнал ее послать? Очевидным выбором казался главный физический журнал в мире, Physical Review, в котором на протяжении предшествовавших тридцати лет появились и статья ЭПР, и ответ на нее Бора, и работы Бома о волнах-пилотах. Авторитетнейший