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

Нарушение неравенств Белла, таким образом, – экспериментальный факт. Сами по себе эти неравенства являются математической теоремой, которую можно доказать исходя из определенных предположений. Мы заключаем, что по крайней мере одно из этих предположений неверно. Интрига в том, что мы не знаем какое (или какие) – возможно, «самое безобидное». Неработающий двигатель может не работать по нескольким причинам, включая дурацкие, и диагностика требует дополнительного оборудования или заглядывания внутрь, а именно этой возможности мы лишены в отношении квантового мира. Главную тайну квантовой механики – что же представляет собой квантовый мир? – не так просто раскрыть, потому что у нас нет прямого доступа в этот мир. Пока ничего более революционного не придумано, нам остается логический анализ предположений, из которых следуют неравенства Белла. В не слишком строгой формулировке мы перечислили эти предположения, когда говорили о том, как мог бы действовать механизм, предустанавливающий значения спинов в каждой ЭПР-паре. Кажется, что свобода действий, которую мы ему предоставили, никаких ограничений не содержит, но в действительности они там есть. Например, электроны получают инструкции «если тебя спросят, каков твой спин в направлении c, …», но не инструкции «если тебя спросят, каков твой спин в направлении a, а твоего компаньона – про его спин в направлении b, …». Последний вариант откровенно нарушал бы локальность – требование, чтобы происходящее сейчас и здесь не зависело от происходящего на достаточном удалении. В течение последних 300 лет успехи науки в поиске фундаментальных механизмов явлений неизменно были связаны с установлением локальных причин (фундаментальный ответ на этот вызов – концепция поля; как мы помним, действие на расстоянии беспокоило уже Ньютона). В силу этого на нелокальность не хочется соглашаться «сразу», без давления абсолютно неотвратимых обстоятельств. Если допустить в «скрытом механизме» наличие нелокального воздействия, никаких неравенств Белла доказать нельзя и вся затея теряет смысл – электроны «просто» разговаривают друг с другом на расстоянии; раз мы капитулировали, даже не ввязавшись в бой, нечего и рассчитывать на приобретение хоть какого-то знания.

Условия теоремы/неравенств Белла подверглись тщательнейшему рассмотрению со всех возможных точек зрения; внимание обращалось в том числе и на «неявные» предположения, которые исходно не формулировались отчетливо ввиду их очевидности. Например, предполагается отсутствие сигналов, распространяющихся назад во времени; если бы такая возможность была, то информация об ориентации двух приборов Штерна – Герлаха могла бы передаваться в прошлое, к моменту создания ЭПР-пары, и «скрытый механизм» мог бы это учитывать, снабжая электроны свойствами так, чтобы «подделать» квантово-механическое поведение. Обсуждались и все прочие мыслимые аспекты сопутствующих рассуждений, вплоть до «вселенско-конспирологических» теорий (см. добавления к этой прогулке), не столько для того, чтобы всерьез утверждать, что они имеют место, сколько с целью максимально точно очертить все, от чего зависит выполнение неравенств Белла и что, следовательно, оказывается кандидатом на выбывание – предположением, неважно, насколько «естественным» или «очевидным», которое в природе не выполнено. Пример другого направления мысли – обсуждение возможности, что сами измерительные приборы «некоторое время» пребывают в состоянии, описываемом суммой нескольких слагаемых, и поэтому надо внимательно отнестись к однозначности их показаний; это, в свою очередь, влияет на вычисление средних и т. п. Буквально ни одного камня не осталось неперевернутым.

Нет локальному реализму!

Скорее всего

Основной кандидат «на выбывание» – локальный реализм. Реализм – это убеждение в независимом существовании вещей. Скрытые переменные наделяют квантовые явления набором свойств, существующих вне зависимости от всяких измерений. Локальность – это отсутствие действия на расстоянии. Оба эти понятия можно уточнять разными способами, но в целом картина выглядит так, что не могут быть одновременно выполнены два условия:

1. частицы, запутанные в ЭПР-пару, обладают свойствами до и независимо от наблюдений, в которых они проявляют эти свойства;

2. любая «коммуникация» – передача информации между электронами – ограничена конечной скоростью распространения сигнала в пространстве (скоростью света, разумеется).

Главная тайна квантовой механики, возможно, связана с вопросом «локальность или реализм?» – но может оказаться, что самый правильный вопрос мы еще просто не задали.