Нелокальность

Оглавление

Эйнштейн склонялся к неполноте. Он и Луи де Бройль предполагали, что частицы ведут себя одинаково благодаря некоему невидимому направляющему полю, которое ведет их подобно овчарке, пасущей стадо. Частицы всегда существуют в определенных положениях, и измерение просто показывает, где они находятся в каждый конкретный момент точно так же, как подбрасывание монеты с одинаковыми сторонами показывает предопределенный результат. Такой механизм, по мысли Эйнштейна, мог создавать видимость нелокальности. Хотя это казалось хорошим объяснением в коротком обзоре, из попыток Эйнштейна создать для него математическую теорию так ничего и не вышло. В какой-то момент Эйнштейн написал статью, отправил ее в журнал для публикации и лишь после этого понял, что описанная в ней теория была нелокальной. К тому времени статья уже пошла в печать, и Эйнштейну пришлось звонить редактору, чтобы остановить печатные машины. (Подобные вещи можно вытворять, если вы Эйнштейн.) Как показал Белл, существовала простая причина, по которой Эйнштейну было так трудно избежать нелокальности: неизбежность нелокальности.

Белл использовал тактику, знакомую всем тем, кто любит портить другим праздник: предложить фокуснику-самозванцу доказать свои способности, выполнив трюк, который совершенно определенно требует магии. В одном из вариантов его теста вы и ваш друг подбрасываете монеты либо правой, либо левой рукой, и Белл требует, чтобы у пары монет иногда выпадала одна и та же сторона, а иногда противоположные. У вас есть в общей сложности четыре варианта: вы оба подбрасываете монету правой или левой рукой, вы — правой, а ваш друг — левой, и наоборот. В трех из этих четырех случаев Белл хочет, чтобы у монет выпадала одна и та же сторона. Но он настаивает, чтобы в четвертом случае у монет выпадали противоположные стороны. Это неважно, какой именно случай будет особым, но предположим, что это будет происходить, когда вы используете левую руку, а ваш друг — правую. То, как выпадут монеты, зависит от действий каждого из вас, так что ситуация неизбежно нелокальна. Даже самая хитрая монета не может предопределить результат заранее.

Лучшее, что могут сделать мошенники, — это подстроить так, чтобы монеты каждый раз выпадали одной и той же стороной. Например, вы с другом можете подбрасывать монеты с одинаковыми сторонами — тогда результаты ваших бросков всегда будут одинаковыми, что удовлетворяет требованию Белла в 75% случаев. Но вы не сможете справиться с задачей (и таким образом раскроете шарлатанскую сущность ваших трюков) в тех случаях, когда монеты должны выпадать разными сторонами. Я и мои коллеги когда-то сделали видеоролик, чтобы показать, как этот тест может выглядеть на практике.

Схема Белла не произвольна — она соответствует определенным настройкам поляризатора в экспериментальной установке. Квантовые монеты справляются с задачей приблизительно в 85% случаев. Дополнительные 10% — результат нелокальности. (Тот факт, что волшебство несовершенно, т.е. монеты справляются с задачей в 85%, а не в 100% случаев, — интересное указание на природу квантовой нелокальности, подробнее о которой я расскажу позже.) И эта ситуация не является из ряда вон выходящей. Физики обнаружили десятки похожих на монеты квантовых систем, поведение которых нельзя объяснить какой-либо возможной «ловкостью рук». Эти системы состоят из двух, трех, четырех, миллиардов — из любого числа частиц.

Эйнштейн утверждал, что более глубокий уровень реальности был единственной надеждой на спасение локальности. Белл разрушил эту надежду. Установив, что природа нелокальна, Белл задался вопросом, каким образом могла бы действовать нелокальность. Он рассуждал, что «призрачное» воздействие требует наличия «призрака»: какого-то нематериального объекта, который переносит воздействия из одного места в другое. И на эту роль был кандидат: направляющее поле. Хотя Эйнштейн и де Бройль уже предлагали направляющее поле для избежания нелокальности, американский теоретик Дэвид Бом заново придумал его в начале 1950-х гг. как механизм возникновения нелокальности. Это поле чем-то похоже на поле тяготения, как задумывал его Ньютон, или на Силу в «Звездных войнах». Воздействуя на поле в одном месте, можно было заставить двигаться частицу в каком-нибудь другом месте Вселенной. В принципе, такое поле способно не только создавать причудливые последовательности из поляризованного света, но и ударить по лицу вашего врага, находящегося на другом конце страны, хотя на практике для этого вам пришлось бы, отслеживать отдельные частицы и управлять ими с невероятно высокой точностью. (Однако некоторые теоретики смогли придумать такие обстоятельства, при которых это становилось осуществимым, например в экстремальных условиях в момент Большого взрыва.) Немногим физикам понравилось предложение Бома, и даже сегодня большинство чураются его, сетуя на нелокальность направляющего поля. Но в этом и есть весь смысл. Если вы, как Эйнштейн с Беллом, подспудно считаете, что квантовая механика нелокальна, то предположение Бома открыто заявляет об этом.

Имеющие причины не согласиться

С логикой доводов Эйнштейна и Белла трудно спорить. Так почему же так много людей оспаривают ее? Я думаю, что их сомнения проистекают из трех источников.

Во-первых, некоторым ученым просто не нравится нелокальность. Она противоречит очень многим другим аспектам науки, так что интуиция говорит о ее ошибочности, даже если мозг не может ответить почему. Скептики сначала судят о нелокальности, а потом ищут логические доводы в подкрепление своего мнения. У психологов есть название для этой общечеловеческой склонности: «мотивированное суждение». Такие субъективные суждения могут казаться непонятными и догматичными тем, на кого они направлены, но они очень важны для науки. Социологи обнаружили, что самые творческие ученые наиболее упрямы. Это миф, что ученые не должны иметь предубеждений: если бы они их не имели, то каждая новая идея заставляла бы их менять взгляды, как флюгер меняет направление при малейшем дуновении ветра. В чем состоит задача ученого, если не в создании устойчивого, последовательного представления о том, как устроен мир? Соответственно, ученые судят об идеях по тому, как они вписываются в остальную систему знаний. Они сомневаются в том, что с ней не согласуется, какими бы убедительными ни казались поначалу доводы «за». Они много раз видели, как якобы неопровержимые аргументы давали трещину.