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

новой работы в Калифорнии на своей яхте (на которой во время аспирантуры в Колумбийском университете он и жил, поставив ее к причалу на Ист-Ривер). «Сначала мы только собирались пройти морем до Галвестона, там погрузить яхту на трейлер и везти в Лос-Анджелес, а уж оттуда идти морем вдоль берега в Беркли. Но вышло так, что нас застиг ураган “Камилла”, так что пришлось застрять в Форт-Лодердейле, – рассказывал Клаузер. – Абнеру [Шимони] мой маршрут был известен. И <…> он рассылал очередные редакции текста по всем гаваням каждого следующего города, в который мы направлялись. Какие-то из них я получал, а какие-то, думаю, и сейчас там меня дожидаются. А я во время этого плавания тоже писал, как одержимый, писал и правил написанное, а потом отправлял ему. Мы то и дело звонили друг другу и обсуждали различные версии текста, а потом обменивались набросками»[530]. К моменту прибытия Клаузера в Беркли статья была готова, и Шимони сдал ее в печать.

В работе Клаузера – Хорна – Шимони – Холта (CHSH) математический аппарат Белла был переформулирован – он приобрел вид, более удобный для тестирования в лаборатории. Кроме того, в статье был предложен и подробно описан эксперимент, который должен был установить, нарушается ли в действительности неравенство Белла[531]. По духу своему эта экспериментальная установка напоминала рулетку в казино Ронни «Медведя» из главы 7. Но вместо пар рулеточных шариков в опыте CHSH использовались пары фотонов с запутанной поляризацией. В ходе эксперимента предполагалось посылать каждый фотон через поляризатор, ориентированный в одном из двух различных направлений (рис. 9.1 и 9.2), и повторять это с большим числом пар запутанных фотонов. Точно так же, как каждый шарик рулетки в казино останавливался на красном или черном поле, каждый фотон либо проходил через поляризатор, либо был им блокирован. Сравнивая поведение множества пар фотонов, можно было проверить теорему Белла. Если выходило, что у каждой пары запутанных фотонов имелся заранее подготовленный план, как вести себя на каждом из двух поляризаторов, то такой результат удовлетворял бы неравенству Белла. Но квантовая физика предсказывала, что фотоны не будут подчиняться неравенству Белла, так же как шарики рулетки в казино Ронни.

Каким бы ни оказался исход опыта, Клаузер, Шимони и их соавторы понимали, что этот эксперимент будет иметь огромную важность: либо он покажет, что квантовая теория неверна, подорвав тем самым фундамент современной физики и практически гарантируя авторам немедленную Нобелевскую премию, либо квантовые предсказания окажутся верными и неравенство Белла будет нарушено, что будет означать нелокальность природы (или указывать на что-то еще более странное). Клаузер по-прежнему оптимистически считал, что эксперимент не выявит нарушения неравенства Белла, – он оценивал вероятность того, что квантовая физика окажется ошибочной, в 50 процентов. А вот Шимони, как и сам Белл, подозревал, что экспериментальный результат будет полностью соответствовать предсказаниям квантовой механики. Эту позицию разделяли почти все остальные. «Ааронов поспорил [с Клаузером] на $100 против $1, что исход опыта будет благоприятен для квантовой механики, – писал Шимони Вигнеру. – Я гораздо консервативнее Клаузера в оценке исхода опыта. Однако, учитывая трудность проблемы измерения в квантовой механике и тот факт, что теории скрытых переменных все же дают решение, я не стал бы полностью сбрасывать со счетов возможность того, что опыт будет свидетельствовать в пользу [локальных] скрытых переменных»[532].

Рис. 9.1. Лабораторная проверка теоремы Белла

Провести эксперимент выпало Клаузеру. В качестве постдока в Беркли он занимался радиоастрономией под руководством Чарлза Таунса, астрофизика, получившего за несколько лет до этого Нобелевскую премию за изобретение лазера. Когда Клаузер приехал в Беркли, он рассказал Таунсу о своих надеждах приспособить опыт Кохера – Комминса, выполненный когда-то именно в Беркли, для проверки теоремы Белла. «Я говорю: “Эй, глядите-ка, вот я какой крутой эксперимент хочу поставить”, – вспоминал Клаузер, – а [Таунс] такой: “А почему бы вам не сделать об этом доклад на моем семинаре и не рассказать, как это все получится? А мы тем временем припряжем и самого Джина Комминса”». Клаузер сделал доклад, рассказав и о неравенстве Белла, и о том, как можно было бы модифицировать эксперимент Кохера – Комминса, чтобы это неравенство проверить, – он надеялся, что Таунс заинтересуется и уговорит Комминса одолжить ему, Клаузеру, свою экспериментальную установку. Но Комминс остался полностью безучастным – доклад Клаузера не произвел на него никакого впечатления. Они с Кохером изначально планировали свой эксперимент всего лишь для демонстрации студентам – отнюдь не в качестве настоящего теста ЭПР. Опыт оказался гораздо труднее, а подготовка к нему – намного дольше, чем Комминс первоначально предполагал. Поэтому он меньше всего хотел снова выбрасывать время и деньги на проект, который считал бесполезным. «Комминс считал, что все это полная лажа», – рассказывал Клаузер[533]. К счастью, Таунс с этим не согласился. «Таунс решил: “Э, а это, пожалуй, интересный эксперимент”. Если бы не это, я бы просто погиб[534] <…> В конце [моего доклада] Таунс приобнял за плечи Джина Комминса, и говорит: “Ну, Джин, а ты что об этом думаешь? Мне кажется, это очень интересный эксперимент”»[535]. Как Коммингс ни упирался, Таунс все же сумел его уговорить одолжить Клаузеру свое оборудование, разделить с Клаузером затраты на его проведение, да еще и дать ему в помощь студента из своей группы, Стюарта Фридмана.

Рис. 9.2. Джон Клаузер и один из его экспериментов по проверке неравенства Белла в Беркли, 1975

На протяжении последующих двух лет Клаузер и Фридман занимались выклянчиванием где попало остального оборудования, требующегося для эксперимента. «Я все свалки вокруг облазил», – хвастался позже Клаузер[536]. Например, для управления движениями поляризаторов он приспособил старые телефонные реле[537]. Когда все оборудование наконец было собрано и испытано, Клаузер и Фридман прилежно занялись сбором данных: в общей сложности опыты продолжались две сотни часов. И в конце концов в 1972 году Клаузер и Фридман опубликовали свои результаты. Квантовая механика была спасена. Неравенство Белла нарушалось. В природе действительно происходило нечто очень странное[538].

* * *

Незадолго до того, как в 1970 году была опубликована статья Дитера Зеха о декогеренции, он получил приглашение выступить на летней школе по основаниям квантовой физики, которую финансировало Итальянское физическое общество[539]. Как ни странно, организация этой школы была связана с политической и культурной нестабильностью, в которую погрузился мир в 1968 году. «Левые» итальянские физики, обычно молодые, давно уже агитировали за переоценку связей между физикой и внешним миром, меры ответственности физики перед обществом и философских оснований физической науки. Но более консервативные итальянские физики старшего поколения не были заинтересованы в нарушении сложившегося порядка вещей. Видя, что физическое сообщество находится на грани полного раскола, правление Итальянского физического общества приняло