Как появилась Вселенная? Большие и маленькие вопросы о космосе

Хокинг, глубоко понимавший теорию относительности, задумался о квантовомеханических процессах, происходящих на горизонте событий. Как на них повлияло бы присутствие «границы безвозвратности»? Вывод учёного оказался крайне неожиданным: из квантовой механики следовало, что чёрные дыры излучают, преобразуя массу сингулярности в слабое свечение на горизонте событий. Влияние излучения Хокинга на долговременную устойчивость чёрных дыр оказалось разительным. Но чтобы понять, откуда берётся это излучение, мы должны сначала поговорить о самом причудливом и сложном понятии квантовой физики: о запутанности.

Нет дыма без огня. Не бывает дождя без облаков. Оба приведённых примера отражают всего лишь случаи корреляции явлений. Но, похоже, даже учёным приходится постоянно напоминать, что корреляция не равна причинно-следственной связи. Из туч далеко не всегда идёт дождь, а огонь может быть и бездымным (смотря что горит). В некоторых случаях корреляции ни одно из явлений не является причиной другого. Известный пример такой ситуации – число преступлений в городе выше, когда в нём больше количество полицейских. Значит ли это, что преступления совершают полицейские, или наоборот, что рост числа преступлений ведет к росту количества полицейских? На деле – ни то, ни другое: оба параметра связаны с численностью населения в городе. Чем больше город, тем больше в нём совершается преступлений и тем больше становится полицейских. Численность населения оказывается общей причиной обоих явлений.

В теории причинности есть всего три возможности объяснить корреляцию между двумя событиями: либо первое событие – причина второго, либо второе – причина первого, либо третье, неназванное, – причина обоих. Но постойте, как же может второе событие быть причиной первого? Неужели будущее влияет на прошлое? Нет. Мы ведь не обязательно видим события в том порядке, в котором они обуславливают друг друга. Например, мы часто видим дым прежде огня, но очевидно, что это огонь приводит к появлению дыма. Единственным другим важным моментом в вопросах причинности остается физика: цепь событий от причины к следствию должна подчиняться законам относительности. Другими словами, причины, как и вся передаваемая информация, ограничены в своём распространении скоростью света.

Играем в игры

Допустим, кто-то берёт пару перчаток и кладёт каждую из них в отдельную коробку. Коробки не помечены, и только человек, который положил туда перчатки, знает, какая в какой коробке. Одну коробку получаете вы, другую – ваш друг. Затем вас обоих отправляют в разные концы страны. Вы с вашей коробкой приезжаете в Лос-Анджелес, ваш друг со своей – в Нью-Йорк. Никто из вас не знает, какая перчатка – левая или правая – в его коробке. Вы открываете вашу коробку – в ней левая! И тут же, в тот же миг, вы точно узнаёте, что найдёт в своей коробке ваш друг.

Эту игру можно повторять снова и снова. Каждый раз, открывая коробку, вы будете находить там перчатку с левой или с правой руки. Каждый из этих случаев будет происходить в среднем в 50 % от всего количества попыток, но ни при одной из них ни вы, ни ваш друг не будут знать заранее, каков будет исход на этот раз. Всё, что сохраняется – это корреляция, причём в этом случае – точная корреляция между содержимым каждой коробки.

Открытие вами коробки с правой перчаткой – не причина того, что в коробке вашего друга лежит левая. Точно так же действия друга и содержимое его коробки – не причина появления у вас другой перчатки. В этом случае есть общая причина обоих исходов – действия человека, который разложил перчатки по коробкам в самом начале! Он всё время знал, кто из вас найдёт какую перчатку, даже если каждый раз вы отправлялись в путь с другой. В терминах наших предыдущих обсуждений результат эксперимента был предопределён, и во всех таких случаях мы можем проследить цепь событий до их общей причины.

Пусть теперь вместо перчаток кто-то кладёт в каждую коробку электроны – один в вашу, другой – в коробку вашего друга. Вы берёте коробки и отправляетесь в путь. В Лос-Анджелесе вы открываете коробку и видите, что спин вашего электрона направлен вверх. В то же самое время ваш друг открывает свою коробку и видит, что спин его электрона направлен вниз. Если вы будете повторять эту игру много раз, вы увидите – совершенно так же, как с перчатками – что спин вашего электрона иногда направлен вверх, а иногда вниз, в более или менее случайной последовательности. Но вы с вашим другом всегда будете находить у себя электроны с противоположными спинами. Ну и что же? Подумаешь – просто применим ту же самую логику: тот, кто клал в коробки электроны, с самого начала предусматривал исход этой ситуации.