На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё - Гефтер Аманда

К сожалению для Эйнштейна, Джон Стюарт Белл подорвал основания для любой такой ЭПР-реальности. Он доказал, что теория с любыми скрытыми параметрами давала бы неверные вероятности для результатов любых многократных измерений, если только скрытые параметры не определяются каким-то мистическим дальнодействием. Единственным способом спасти реальность, независимую от наблюдателя, было нарушать локальность – сердце теории относительности.

Теорема Белла была перепроверена разными способами в лабораториях всего мира, и каждый раз экспериментаторы приходили к одному и тому же выводу: Эйнштейн был неправ. После особенно показательных лабораторных испытаний в 2007 году Physics World опубликовал статью «Квантовая физика прощается с реальностью».

И хотя квантовая революция многим обязана Эйнштейну, он так и не смог принять то, что квантовая теория рассказывала ему о реальности. Можно было бы ожидать, что он откажется от своих философских предрассудков после их фиаско в истории с расширяющейся Вселенной. Но нет. Он хотел спрятаться от реальности за толстым стеклом, из-за которого мог бы пассивно наблюдать за реальностью, менее всего беспокоящуюся о том, что кто-то наблюдает за ней. Но было слишком поздно. Квантовая механика уже разбила стекло, и Белл лишь растоптал его осколки.

Белл показал, что мой электрон не имеет определенной проекции спина: он находится в суперпозиции состояний со спином вверх и спином вниз – до тех пор, пока он случайным образом не выбирает значение после измерения. Случайно выбирая значение, он также устанавливает значение для позитрона, которое измеряет мой отец. Мгновенно. Быстрее, чем распространяется свет. Поскольку никто не может использовать этот сверхсветовой эффект для передачи информации, тут нет вопиющего нарушения принципа относительности. Но какая-то угроза в нем все-таки чувствовалась.

Со времен Белла физикам пришлось смириться с «мистическим дальнодействием». Просто так странно все устроено, говорили они. Но в этом всегда чувствовался какой-то подвох. И теперь, читая еще одну статью Ровелли, я поняла почему.

«Рассуждения Эйнштейна требуют существования гипотетического супернаблюдателя, который в состоянии мгновенно измерить состояния [Аманды] и [ее отца], – утверждалось в статье. – Именно гипотетическое существование такого нелокального существа, а не квантовая механика, нарушает локальность».

Смысл был такой: парадокс ЭПР возникает потому, что создается впечатление, будто, редуцируя волновую функцию своего электрона, я таинственным образом, на расстоянии несколько тысяч километров, редуцирую и волновую функцию позитрона. Но реляционная квантовая механика рассказывает совсем другую историю. Когда я измеряю свой электрон, его волновая функция редуцируется относительно меня. Но с точки зрения моего папы, волновая функция электрона не была редуцирована вообще, а вместо этого я нахожусь в суперпозиции двух состояний – «измерившая спин, направленный вверх» и «измерившая спин, направленный вниз». Ничего сверхсветового не происходит. Он может отправиться в Бостон – суперпозиция будет разрушена, и он убедится, что спин электрона антикоррелирует со спином позитрона, но это совершенно законное локальное квантовое взаимодействие. С моей точки зрения, ничто не распространяется со скоростью больше скорости света. С папиной точки зрения, ничто не распространяется со скоростью больше скорости света. Чтобы увидеть нечто, распространяющееся со скоростью больше скорости света, необходимо быть третьим наблюдателем, который может видеть то, что происходит в Бостоне и Филадельфии одновременно, а это невозможно. Как только вы ограничиваете себя тем, что могут видеть отдельные наблюдатели, никакие законы физики не нарушаются.

Конечно, это было мне уже знакомо. Как разрешается парадокс, связанный с потерей информации в черной дыре? Признанием того, что никакой наблюдатель не может видеть происходящего над горизонтом и под ним одновременно. Как разрешается кажущееся нарушение причинности при подходе «сверху вниз» в космологии? Признанием того, что ни один наблюдатель не может оказаться за пределами Вселенной и зафиксировать нарушение причинности. Как разрешается парадокс файерволов? Признанием того, что ни один наблюдатель не может быть свидетелем полигамной запутанности. Как теперь разрешается ЭПР-парадокс? Признанием того, что ни один наблюдатель не может видеть оба измерения одновременно. Я не могла быть уверена, но в этом чувствовался какой-то параллелизм.

Я позвонила Ровелли. Он был у себя дома в Марселе, на юге Франции.

– Будет ли справедливо подвести общий итог, сказав, что интерпретационные трудности в квантовой механике происходят из-за попыток описать мир с невозможной точки зрения, из ниоткуда? – спросила я.

Ровелли охотно согласился:

– Если мы можем отказаться от взгляда из ниоткуда, от взгляда извне, и принять идею обязательной отсылки к наблюдателям, то все трудности уходят. Вот что я думаю.

– Допустим, что вы всегда должны ограничиваться единственной системой отсчета в каждом конкретном случае и что странности квантового мира возникают только тогда, когда вы сравниваете свои измерения с измерениями кого-то другого. Но как быть с интерференцией, как, например, в опыте с двойной щелью? Как получается, что в рамках одной системы отсчета вы можете увидеть интерференционную картину?

– Это хороший вопрос, – сказал Ровелли. – Он заставляет задуматься! Что мы имеем в виду, когда говорим об интерференции? Для интерференции надо иметь нечто в количестве двух штук. В опыте с двойной щелью интерферируют компоненты электрона, одна из которых проходит через одну щель, а другая – через другую. Но не существует в природе электронов, проходящих через всякую щель. Это просто на нашем языке означает: «если бы я был у щели и проводил измерение, то я бы видел электрон либо здесь, либо там». Термином «интерференция» обозначают не то, что фактически происходит. Он обозначает сравнение того, что наблюдает один наблюдатель, с тем, что наблюдал бы другой наблюдатель. На вашем языке это термин, обозначающий сравнение между двумя различными системами отсчета.

В этом был смысл. Интерференция – это интерференция фаз, а фаза – это просто система отсчета. Точка зрения. Странность суперпозиции – это не странность многих миров. Это была странность многих систем отсчета.

– Разбираясь с некоторыми новыми подходами в современной физике, я прихожу к выводу, что вам всегда приходится наткнуться на неприятности при попытке посмотреть на мир глазами Бога, – сказала я. – А чтобы физическое описание звучало осмысленно, надо выразить его в терминах, привязанных к системе отсчета единственного наблюдателя. Начинает казаться, у нас по вселенной на каждого наблюдателя. Что невозможно говорить о единой Вселенной.

– Я понимаю, что вы имеете в виду, – сказал Ровелли. – Этот аспект современной физики вызывает много дискуссий. Нам приходится жертвовать сложившимся образом с четким, объективным, хорошо определенным, прекрасно поддающимся описанию состоянием дел в мире. Квантовая механика потребовала от нас отказаться от этого. Вместе с новой картиной мира мы получаем тяжелое метафизическое бремя. Готовы ли мы переосмыслить Вселенную на новых условиях? Я думаю, что мы должны серьезно отнестись к своей физике.

– Интересно, что значительный прогресс, достигнутый физиками в понимании физической реальности, шел через признание ими относительности все большего и большего числа явлений, – задумчиво сказала я, вспоминая все те инварианты, которые мы вычеркнули из списка на нашей салфетке.

– Точно! – радостно воскликнул Ровелли. – Точно. Когда люди слышали, что Земля круглая, им было очень сложно принять эту концепцию. В самом деле, как могут люди в Сиднее ходить вверх ногами? Со временем люди поняли, что в реальности нет никаких «вверх» и «вниз», это все относительно. И они привыкли. Так же трудно было понять, что относительно движение. Так же трудно было понять, что относительна одновременность. И я думаю, что квантовая механика – это шаг в том же направлении. Она говорит нам, что мир еще более относителен, чем ожидалось. Если один наблюдатель видит спин, направленный вверх, это не обязательно означает, что так будет всегда и для всех.