Удивительная физика. Магия, из которой состоит мир

Если тайное правило существует, оно должно указывать результаты выбора обеих рук для каждого человека, потому что вы выбираете руку по собственному усмотрению. Пусть, например, есть тайное правило, совместимое с утверждением i: независимо от того, какую руку выберет человек, каждая прачка показывает, что в этой руке есть шарик. Если один человек выбирает левую руку, все три ответа оказываются правильными, потому что в этом случае все три ответа всегда оказываются правильными, а три – число нечетное. Значит, утверждение i истинно. Но такое тайное правило несовместимо с утверждением ii: если три человека выберут левую руку, все три ответа по-прежнему будут правильными. Три – число нечетное, значит, утверждение ii не выполняется.

Немного поразмыслив, вы можете перечислить все возможные тайные правила, совместимые с утверждением i: их всего восемь, и я объясняю, как их получить, в Приложении. Однако утверждение ii нарушается во всех восьми случаях! О чем бы прачки ни договорились заранее, какая бы информация ни была спрятана на шарике, в цвете неба или в состоянии Луны, утверждения i и ii не могут быть истинными, если только действия одной прачки (скажем, вашей) не изменяются в зависимости от выбора, сделанного вашими друзьями. Но для этого вашей прачке нужно узнать об этом выборе быстрее, чем летит ворон.

Я советую вам попробовать придумать все возможные варианты, в которых утверждения i и ii могут всегда быть истинными при условии, что вы и ваши друзья сохраняете свободу воли. Можно придумывать какие угодно механизмы; единственное ограничение состоит в том, что ничто не может передавать информацию быстрее, чем летит ворон. Чем больше вы будете пытаться победить в этой игре, тем прочнее будет становиться ваша уверенность в том, что это невозможно.

Вы попытались? И согласны, что непротиворечивое выполнение утверждений i и ii невозможно? То есть вы убедились: если такое происходит, значит, это магия. Однако вот какое дело: когда физики проводили эксперимент с запутанными частицами, утверждения i и ii всегда выполнялись.

Вороны и суеверия

В реальном эксперименте вместо трех воронов, доставляющих стеклянные шарики в три далекие башни, были три запутанных фотона, прилетающие в далекие детекторы[100]. На самом деле детекторы стояли всего лишь в метре или около того друг от друга, но измерения каждого из них можно было регистрировать настолько быстро, что свет не успевал за это время преодолеть расстояние между детекторами. Поскольку ничто не может перемещаться быстрее света, результаты одного детектора никак не могли быть переданы другим до получения ими собственных результатов. Каждый детектор не выбирал одну из двух рук ночной прачки, а измерял поляризацию света либо в горизонтальном, либо в вертикальном направлении. Каждый детектор был запрограммирован выбирать направление поляризации случайным образом перед самым прилетом фотона, так что два других детектора не могли знать, какое направление он выбрал. Двум возможным исходам соответствовало совпадение или несовпадение поляризации фотона с выбранной. Измерения показали, что утверждения i и ii всегда истинны, если фотоны описываются определенной запутанной волновой функцией, которую называют GHZ-состоянием (буква Z обозначает здесь того самого Цайлингера, который в тот судьбоносный вечер пригласил меня во дворец). Из этого эксперимента следует именно тот результат, который так не нравился Эйнштейну. Исход измерения не может быть определен заранее: до измерения состояния квантовой монеты она не лежит ни орлом, ни решкой. Если бы исход можно было предопределить, мы вернулись бы к вышеупомянутым восьми тайным правилам (которые, как мы уже договорились, не работают). В квантовой механике эти тайные правила называются локальными скрытыми параметрами; этот эксперимент показывает, что они несовместимы с нашей Вселенной. Вероятности в квантовой механике не просто отражают недостаток наших личных знаний: они должны быть чем-то более фундаментальным.

Соблазнительно было бы подумать, что этот эксперимент можно использовать для передачи информации со скоростью, превышающей скорость воронов, но это не так: у вас по-прежнему остается только стоящая перед вами прачка, которая показывает, есть ли шарик в той руке, которую вы выбрали. В реальном эксперименте оказывается, что вы бываете правы ровно в половине случаев, какую бы руку вы ни выбирали. Только вернувшись к друзьям, вы узнаёте, что между вашими результатами существовала магическая корреляция.