В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность

Итак, из первых семи опытов для проверки неравенства Белла пять сообщали о верности квантовой механики. В статье для Scientific American

д’Эспаньят подчеркнул, что это было даже более веским свидетельством в пользу квантовой теории, чем казалось на первый взгляд. Учитывая сущность экспериментов и трудность их проведения, «огромное многообразие систематических дефектов в дизайне эксперимента могло свести на нет свидетельство реальной корреляции… с другой стороны, сложно представить себе такую экспериментальную ошибку, которая могла бы создать ложную корреляцию в пяти не связанных друг с другом экспериментах. Более того, результаты этих экспериментов не просто нарушают неравенство Белла, но нарушают его именно так, как предсказывает квантовая механика».

С середины 1970-х годов был проведен еще ряд экспериментов, разработанных с целью избавиться от любых изъянов в условиях. Части аппарата должны быть установлены достаточно далеко друг от друга, чтобы любой «сигнал» между детекторами, способный произвести ложную корреляцию, должен был бы передаваться со скоростью большей, чем скорость света. Когда это условие выполнили, результаты все равно продолжили нарушать неравенство Белла. Или корреляция происходит, потому что фотоны «знают» с самого момента своего возникновения, какой именно экспериментальный аппарат разработан, чтобы пленить их? Такое тоже могло происходить – без всякой нужды в сигналах, передающихся быстрее света, – если бы аппарат конструировали заранее и там бы создавалась общая волновая функция, оказывающая влияние на фотон в момент его рождения. В таком случае окончательная проверка неравенства Белла должна включать в себя изменение структуры эксперимента в тот момент, когда фотоны уже находятся в полете, подобно тому как в мысленном эксперименте Джона Уилера изменяются условия опыта с двумя прорезями, когда фотон уже в пути. Таким экспериментом команда Алена Аспе из университета Париж-Юг в 1982 году закрыла последнюю крупную брешь в локальных реалистических теориях.

Аспе с коллегами уже проводил проверки неравенства с использованием фотонов из каскадного процесса и обнаружил, что неравенство нарушалось. Затем команда усовершенствовала эксперимент, включив в него переключатель, который мог изменять направление пучка света, проходившего через него. Пучок мог быть направлен в сторону любого из двух поляризационных фильтров, каждый из которых измерял свое направление поляризации и был снабжен собственным детектором фотонов. Направление светового пучка, проходящего через переключатель, могло изменяться невероятно быстро, каждые 10 наносекунд (10 тысяч миллионных секунды, 10 × 10^-9

с), автоматическим устройством, генерировавшим псевдослучайный сигнал. Так как фотону необходимо 20 наносекунд, чтобы добраться из атома, в котором он зародился, находящегося в центре эксперимента, до самого детектора, информация об условиях эксперимента просто не может быть передана с одной части аппарата на другую и оказать влияние на какое-либо измерение, если только это влияние не распространяется быстрее, чем свет.

Что это означает?

Эксперимент почти совершенен. Даже несмотря на то что переключение пучка света не является полностью случайным, его изменение независимо для каждого из двух пучков фотонов. Остается единственная настоящая брешь, которая заключается в том, что большинство созданных фотонов вообще не регистрируется, поскольку детекторы очень неэффективны. Можно, конечно, утверждать, что регистрируются только те фотоны, которые нарушают неравенство Белла, и что остальные подчинялись бы неравенству, если бы мы смогли зарегистрировать их. Однако пока не проведено ни одного эксперимента, который проверил бы эту маловероятную возможность, и этот аргумент, кажется, можно сделать, только совсем отчаявшись. После объявления результатов эксперимента команды Аспе под Рождество 1982 года[62] никто всерьез не сомневается, что опыт Белла подтверждает предсказания квантовой теории. Фактически результаты этого эксперимента – лучшего, который можно провести при использовании современных технологий, – нарушают неравенство серьезнее, чем результаты более ранних опытов, и прекрасно согласуются с предсказаниями квантовой механики. Как сказал д’Эспаньят: «Недавно были проведены эксперименты, которые склонили бы Эйнштейна изменить свое представление о природе вещей в том, что он всегда считал особенно важным… теперь мы можем смело заявить, что несепарабельность стала одной из самых бесспорных общих идей физики»[63].