Завтрак с Эйнштейном. Экзотическая физика повседневных предметов

Китайская команда, упомянутая ранее в главе, также продемонстрировала распределение квантовых ключей между находящейся на Земле лабораторией и спутником на орбите. Осенью 2017 года они провели этот первый «защищенный квантовой шифрацией» международный разговор между Китаем и Австрией через китайский спутник (названный «Микиус[280]» по латинизированному имени китайского ученого V века до нашей эры). По мере прохождения Микиуса над лабораторией в Пекине, они направили лазерные импульсы на спутник для генерации ключа. Через небольшое время, когда спутник проходил над Веной, они повторили этот процесс в венской лаборатории. Получившийся в результате совместный ключ потом использовался для кодировки и декодирования видеосвязи между двумя городами, чтобы открыть конференцию по квантовым исследованиям видеозвонком между Бай Чуньли, президентом Китайской академии наук, и Антоном Цайлингером, президентом Австрийской академии наук.

Пока еще системы квантового распределения ключей не используются широко, но нетрудно представить, учитывая все возрастающую важность онлайн-торговли, что банки и розница однажды будут пользоваться квантовой запутанностью для защиты своих покупок. Конечно, это не гарантирует полную безопасность, есть ведь также и исследовательские группы, которые изучают «квантовый хакинг», изучая хитрости, с помощью них будущие перехватчики информации смогут замаскировать себя и похищать квантовые ключи. Квантовая механика не остановит гонку вооружений между теми, кто стремится сохранить секреты, и теми, кто стремится их украсть; это будет лишь перенос битвы на новую территорию.

Блистательная ошибка

Что Эйнштейн отвернулся от квантовой физики после своей ведущей роли в ее изобретении, долгое время считалось неудачным моментом в его блистательной карьере. Абрахам Пайс[281] в своей магистерской научной биографии Эйнштейна, начинавшейся словами «Неуловим Господь…», лишь слегка затрагивает ЭПР статью, рассматривая ее как краткий и неудачный эпизод из поздних лет карьеры Эйнштейна.

Ирония в том, что книга Пайса была опубликована в 1982 году, именно в том году, когда третий эксперимент Алена Аспе с использованием запутанных фотонов был опубликован, что рассматривается всеми как одна из лучших реализаций сценария ЭПР. Этот эксперимент показал весьма убедительно, благодаря работе Джона Белла, что квантовые запутанные частицы связаны таким образом, что он просто не может быть объяснен теориями типа скрытых локальных переменных, которые бы удовлетворили Эйнштейна. С того времени значение статьи ЭПР невероятно выросло. Анализ 2005 года показал, что статья ЭПР цитировалась всего 36 раз до 1980 года, но 456 раз между 1980-м и 2005-м. В конце 2017 года онлайн-статьи цитировали ее более чем 5900 раз.

В конце концов представленные Эйнштейном, Подольским и Розеном аргументы оказались неверными, но нетривиальными. В действительности, это была блистательная ошибка, она пролила свет на странный и тревожащий аспект квантовой физики, который ранее не рассматривался. Выяснение, как и почему такой очевидный подход с точки зрения здравого смысла к физике терпит неудачу, породило огромный прогресс как в философии физики, так и в технологии, которая использовалась для исследования фундаментальной странности квантовой запутанности.

В этом смысле статья ЭПР не является неудачным моментом в карьере Эйнштейна и в квантовой физике, но подходящим для нее окончанием. Он помог запустить это направление в 1905 году смелым заявлением, что свет может быть частицей, и впечатляющее введение запутанности тридцатью годами позже было таким же смелым ударом, хотя и в противоположном направлении. Каждая из этих статей своим собственным путем трансформировала наше понимание Вселенной, показывая глубокую странность, какая существует в основании нашей обычной, повседневной реальности.

Заключение

Мы начали книгу с наблюдения того, что большинство людей связывают с физикой экстремальных и экзотических явлений: странных частиц, которые ведут мимолетное существование в гигантских ускорителях частиц; неожиданное создание материи и самого пространства-времени в Большом взрыве; загадочной судьбе гигантских звезд, что коллапсируют, создавая черные дыры. Они происходят в масштабах, воспламеняющих воображение с такими результатами, какими отрицают наше повседневное понимание, как должен быть устроен мир.

Мы увидели в этой книге те же физические принципы, что действуют в этих экстраординарных сценариях, но они влияют и на нашу обычную, повседневную жизнь, начиная с подъема с кровати и приготовления завтрака перед уходом на работу. Даже основной факт нашего существования как стабильных твердых объектов требует квантовой теории для своего объяснения: если бы не спины электронов и принцип запрета Паули, любая попытка создать макроскопический объект заканчивалась бы катастрофическим обрушением материи внутрь себя самой. Все, что мы делаем, независимо от того, насколько это тривиально и обыденно, в конце концов берет свое начало в квантовой физике.