ТЕОРЕМА БЕЛЛА ПРОТИВ ЭЙНШТЕЙНА

Вы сейчас поймете, почему я привел это предостережение именно здесь. Дело в том, что реальный эксперимент, похожий на ЭПР, подтвердил не теорию Эйнштейна и не здравый смысл, а именно копенгагенскую интерпретацию. К сожалению, с точки зрения здравого смысла и теории относительности мы действительно имеем «жуткое дальнодействие».

В 1964 году ирландский ученый Джон Белл опубликовал работу, которая помогла доказать, что именно копенгагенская интерпретация, а не логический подход Эйнштейна объясняет статистическую взаимосвязь между двумя фотонами. Теорема Белла, как ее теперь называют, рассматривает три эйнштейновские посылки, что частицы всегда реальны, что распространение частиц происходит при скорости, не превышающей скорость света, и что в квантовом мире действуют правила логики. В теореме Белл математически вычислил степень взаимодействия между частицами типа ЭПР. Если в условиях реального эксперимента удастся обнаружить, что этот параметр превышает установленное Беллом значение, то это докажет ошибочность предположений Эйнштейна. Работа была встречена с большим интересом и подстегнула ряд физиков-теоретиков проделать реальные эксперименты в целях проверки установленного Беллом значения.

В 1981 году группа физиков доказала предположение Белла. Ален Аспе, Жан Далибар и Жерар Роже из Института оптики в Парижском университете13 генерировали серию запутанных фотонов путем лазерного нагрева атомов кальция. Затем фотоны направлялись по двум б,5-метровым трубкам в противоположных направлениях. На конце трубки был установлен специальный фильтр. Он направлял отдельные фотоны в один из двух возможных анализаторов поляризации. Каждый фильтр мог переключаться за 10 миллиардных долей секунды, меняя доступ к одному или другому анализатору. Это примерно на 30 миллиардных долей секунды быстрее, чем потребовалось свету на преодоление расстояния в 13 м. Таким образом, Аспе и его команде удалось исключить любую возможность взаимодействия между двумя фотонами.

По окончании эксперимента выяснилось, что данные о корреляции углов поляризации пары запутанных фотонов полностью согласуются с предсказаниями квантовой механики. На основании всех данных был сделан вывод, что Нильс Бор с его копенгагенской интерпретацией оказался прав, а Эйнштейн — нет. Однако у физиков остались сомнения: либо неопределенность является центральным законом квантового мира, либо частицы действительно взаимодействовали, но таким способом, который превышает скорость света и недоступен пока современной науке.

СКОЛЬКО РЫБОК В АКВАРИУМЕ?

Так что это может быть за взаимосвязь? Дэвид Бом, американец по рождению, но британец после изгнания (он впал в немилость Маккарти в период «охоты на ведьм» в 1950-х годах), поначалу поддержал подход Бора и копенгагенскую интерпретацию. Но завершив книгу в поддержку этой позиции, он начал серьезно сомневаться в нелогичном, на первый взгляд, поведении квантового мира. Затем он согласился с Эйнштейном, что под, казалось бы, случайным поведением частиц должна находиться реальность. Это подобно тому, как движение завихрений на поверхности реки, если смотреть с моста, кажется случайным, но под поверхностью эти случайные вихри оказываются частью одного потока. Бом хотел копнуть глубже «под поверхность» квантового поведения, найти так называемые «скрытые переменные» и доказать, что законы классической механики сохраняются.

Но при этом он столкнулся с препятствием в виде математической формулы Джона фон Неймана, которая называется «доказательством фон Неймана». Формула была предложена в 1931 годуй, казалось, категорически доказывала, что ничто не может лежать «под поверхностью» квантовой интерпретации. Чтобы добраться до своих скрытых переменных, Бом должен был опровергнуть знаменитое уравнение. В 1952 году ему удалось разрушить это «доказательство», построив модель электрона с классическим поведением, которое соответствует квантовой теории. В этой модели электрон рассматривается как обычная частица с одним ключевым отличием: электрон имеет доступ к информации о своем окружении.

Способ взаимодействия частицы с окружающим миром Бом назвал квантовым потенциалом. Именно этим способом реализуются, все, казалось бы, странные дальнодействующие связи, выявленные в ЭПР и доказанные Аспе. Это как две волны, со стороны кажущиеся независимыми «водяными стенами», а в океанских глубинах оказывающиеся связанными между собой. Как же «глубоко» нужно копнуть, чтобы найти «дно» для квантовых волн?

Как считал Бом, скрытые переменные нужно искать между наименьшим расстоянием, которое способна измерить наука, и наименьшим возможным расстоянием, которое может «позволить» физика. На первый взгляд, это утверждение кажется очень странным. Похоже, в пределах 10~33 см пространство просто разрушается. Это настолько малая величина, что ее просто невозможно представить. Бом утверждает, что наименьшее расстояние, которое способна измерить физика, составляет 10-17 см. Остается неведомая область, которая охватывает шестнадцать порядков относительных размеров. Это сопоставимо с разницей размеров нашего обычного макромира и наименьшего измеренного физического расстояния. При отсутствии каких-либо эмпирических знаний об этой области нельзя исключать возможность того, что здесь кроются значимые факторы. Именно в пределах этой области действует квантовый потенциал.

Квантовый потенциал Бома — это волнообразная информационная система, которая направляет электроны сквозь среду скрытой переменной. В поддержку своей теории он приводит аналогию с системой сопровождения самолетов. Авиалайнеры изменяют свой курс в соответствии с инструкциями, передаваемыми по радиоволнам. Радиоволны не передают энергию, способную изменить курс самолета, они дают только информацию. Авиалайнер использует свою энергию для изменения курса. Точно так же квантовый потенциал информирует электрон, после чего происходят изменения в его состоянии. Этим можно объяснить пресловутую тайну коллапса волновой функции, о котором говорилось ранее. Это, на первый взгляд, случайное событие согласно копенгагенской интерпретации означает, что реальность в отсутствие наблюдения не существует. Прежде чем частица получит информацию, она обладает бесконечными потенциалами, но как только квантовая переменная передает ей информацию, происходит «коллапс» частицы в какое-то одно из потенциальных состояний.

В концепции квантовой механики Бома все частицы связаны квантовым потенциалом в пределах огромной взаимосвязанной сети. Это подобно тому, как паук может задавать движение в любом месте своей паутины. (Именно так реализуется связь между частицами в эксперименте Аспе.) Согласно Бому, специальная теория относительности не нарушается, она просто не работает на более глубоком уровне, где оказывает свое влияние квантовый потенциал.

Как же можно представить действие этих скрытых переменных? Бом придумал оригинальный способ продемонстрировать, как наблюдатели, не имеющие под рукой всей информации, могут делать совершенно ложные предположения, неверно интерпретируя то, что видят. Он предложил представить себе существ, живущих на другой планете, которые никогда не видели рыбу и не имеют понятия о том, что такое аквариум. Поскольку мы не можем отправить им аквариум или рыбу, то единственным решением будет снять на две связанные видеокамеры реальную рыбу, плавающую в аквариуме.

Одна камера устанавливается перед аквариумом, а вторая — сбоку от него. Наши инопланетные друзья сооружают два телевизора: один — для приема сигнала с одной камеры,