Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей

Запутанность демонстрирует непривычные взаимоотношения части и целого: из максимально полного знания о системе в целом не следует знания о состоянии ее частей – даже если эти части находятся так далеко друг от друга, что давно перестали взаимодействовать, а потому описание системы в целом, казалось бы, должно просто сводиться к описанию ее частей. Своими рассуждениями о запутанности Шрёдингер откликнулся на опубликованную ранее в том же году статью Эйнштейна, Подольского и Розена: они обратили внимание, что две частицы (два «электрона») могут оказаться в таком состоянии, что измерение координаты одной из них – скажем, частицы 2 – однозначно определит, какой результат получится при измерении координаты частицы 1, а если вместо координаты измерить количество движения частицы 2, то станет точно известно количество движения частицы 1; речь при этом идет о соответствующих (т. е. враждующих) координате и компоненте количества движения. К моменту, когда проводятся измерения, частицы находятся на сколь угодно большом расстоянии друг от друга и никакими сигналами не обмениваются. Возможность на выбор определить или координату, или количество движения частицы 1, ничем на нее не воздействуя, вызывает беспокойство, потому что частица 1 не может одновременно иметь точное положение и точное значение количества движения; но как ей не иметь и того и другого, если при любом варианте действий с частицей 2 – измерять ли ее координату или количество движения – частица 1 демонстрирует точное значение выбранной величины?

Электрон что-то утаивает?

Такие запутанные состояния пары частиц, как и другие на них похожие, с тех пор неизменно называются ЭПР-состояниями, по фамилиям трех авторов первой статьи на эту тему. Современная популярность таких состояний определяется тем, что это основа квантовой телепортации (которую мы обсудим отдельно) и квантовых вычислений, но в середине 1930-х гг., после публикации Эйнштейна с соавторами, едва ли кто-нибудь еще, кроме Шрёдингера, проявил к ним интерес. Характерные интонации звучат в его переписке с Эйнштейном летом того же 1935 г.:

Я тут забавляюсь тем, что, добираясь до сути ваших аргументов, будоражу самых разных умнейших людей: Лондона, Теллера, Борна, Паули, Сциларда, Вейля. Лучший из всех ответ я получил от Паули, который по крайней мере признает, что использование слова «состояние» для пси-функции – практика довольно сомнительная. Что же касается опубликованных откликов, которые я видел, то они менее выразительные… Картина такая, как если бы один человек сказал: «В Чикаго страшно холодно», а другой ответил: «Это заблуждение! Во Флориде очень жарко».

Цель самих ЭПР (видимо, не очень удачно выраженная в опубликованном тексте и потом пояснявшаяся Эйнштейном в частных сообщениях) состояла в том, чтобы указать на возможную неполноту копенгагенской интерпретации квантовой механики – на тот факт, что за кадром вполне могли остаться какие-то элементы описания природы, не охваченные волновой функцией. Если в волновую функцию «не помещаются» координата и количество движения одновременно, но электрон, подобно ученику, отвечающему на заранее неизвестный вопрос на экзамене, способен проявить знание и об одном, и о другом (хотя и только по отдельности), то, быть может, существует какой-то другой механизм, не связанный с волновой функцией, который точно определяет и координаты, и количества движения?! Что-то вроде шпаргалки, которую ученик умело скрыл от посторонних глаз, но которой руководствуется в своих ответах? На поставленные ЭПР вопросы взялся отвечать Бор; он так или иначе отбился от критики (хотя и не самым последовательным образом, как потом сам признавал), и обсуждение темы, в общем, заглохло. В 1951 г. к ней вернулся Бом в своей книге по квантовой механике, но и тогда большой вспышки интереса не произошло. По стечению обстоятельств незадолго до того Бом, систематически подозревавшийся в симпатиях к коммунизму, был арестован за отказ давать показания Комиссии по расследованию антиамериканской деятельности; когда он вышел из-под ареста, ему отказали в продлении контракта с Принстонским университетом, что разрушило имевшиеся планы на продолжение его сотрудничества с Эйнштейном. Бому, более того, пришлось уехать из США, а затем даже отказаться от гражданства. Потом все поменялось, но это было потом.