Удивительная физика. Магия, из которой состоит мир

В первую очередь меня привлекла к физике именно магия. Ее было два вида – относительность и квантовая механика.

То есть работы Эйнштейна 1905 года. Я встречался однажды с Мермином, но, к стыду своему, в то время еще не знал, кто он такой. Я был студентом-первокурсником и записался на конференцию по квантовой механике, которую организовал в Германии профессор доктор Антон Цайлингер, руководивший первым в мире экспериментом по «квантовой телепортации». Никто из моих знакомых до этого не бывал на научных конференциях, и я думал, что меня могут счесть слишком молодым и выгнать оттуда взашей. Кроме того, мое прибытие прошло не самым обычным образом. Я приехал на день раньше, думая, что смогу при помощи своего ломаного немецкого найти какую-нибудь гостиницу – но все было закрыто. Конференция проходила в штаб-квартире Немецкого физического общества, которая размещается во дворце XVIII века. Поскольку я не решался явиться туда раньше времени, опасаясь, что мое воображаемое самозванство могут разоблачить, я пристроился на ночь на стройплощадке по соседству, завернувшись в свое пальто, которое было похоже на мантию. В какой-то момент мимо меня пробежала крыса, что побудило меня несколько пересмотреть ситуацию: я решил, что будет лучше все же пробраться во дворец и где-нибудь там спрятаться. Попав внутрь, я разыскал библиотеку и заснул в кресле у теплого камина; предварительно я положил себе на колени книгу, чтобы можно было притвориться, что я просто задремал за чтением, если мною заинтересуется служитель. В 7 утра я решил, что уже не слишком рано и можно зарегистрироваться: столь ранняя активность говорит всего лишь о сверхъестественной деловитости, а не об опасной эксцентричности. Когда я подошел к стойке портье, за ней никого не было, но я обнаружил свой ключ на крючке. Войдя в номер, я увидел, что в нем две кровати – и у меня есть сосед! Когда он проснулся, он объяснил, что провел там всю предыдущую ночь: участники конференции должны были заселяться самостоятельно. Я что, не получил письма с инструкциями?

В остальном конференция прошла гораздо более гладко. В какой-то момент мне случилось побеседовать с Мермином. Помимо того, что за следующий год я досконально изучил его книгу (настолько, что я мог уверенно раскрывать ее именно на той странице, которая была мне нужна по самым разнообразным темам), в ходе дальнейшей карьеры я не раз обращался к нему со своими исследовательскими проблемами. Он всегда был готов помочь и подбодрить, точно так же, как при нашей первой встрече во дворце.

Именно благодаря одной из статей Мермина я впервые ощутил, что начинаю по-настоящему понимать квантовую запутанность. Я воспроизведу его пример здесь, лишь слегка его перефразировав.

Y golchwyr nos

В 1935 году Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен опубликовали работу, которая должна была показать, что квантовая механика не может быть полным отражением реальности[97]. В ней был обрисован так называемый (по инициалам авторов) ЭПР-парадокс. Как говорит Мермин, «из всех известных мне физических явлений эксперимент ЭПР ближе всего к магии, а магией следует наслаждаться». Мишенью статьи ЭПР была идея о том, что при измерении некоторых квантовых систем каждый из двух возможных исходов может получиться с вероятностью 50:50, как когда мы подбрасываем монету и прижимаем ее к столу, не посмотрев, какой стороной она упала. Как мы видели в главе V, при подбрасывании квантовой монеты система, по-видимому, выбирает орла или решку только в тот момент, когда мы на нее смотрим. В том, что я сказал, есть элемент интерпретации: многомировая интерпретация утверждает, что при осуществлении измерения те вселенные, в которых выпадают орел и решка, перестают сообщаться друг с другом, но в прочем мультивселенная остается неизменной. Однако общепризнано, что между монетой квантовой и монетой классической есть измеримые различия. Вспомним электрон в атоме: если бы у него до измерения было определенное положение, он упал бы в ядро. Значит, как бы мы ни интерпретировали математические результаты, в процессе измерения должно происходить нечто странное. Эйнштейн, что вполне логично, возражал против этой идеи. Один из его друзей рассказывал:

Я помню, как во время одной прогулки Эйнштейн внезапно остановился, повернулся ко мне и спросил, в самом ли деле я считаю, что Луна существует только тогда, когда я на нее смотрю.

А. Пайс. Эйнштейн и квантовая теория[98]

Статья ЭПР замечательна тем, что она привела к экспериментальной проверке, действительно позволяющей установить, какой из двух вариантов осуществляется – существует ли исход подбрасывания квантовой монеты до измерения или не существует.