Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная - Уолтер Айзексон

Эйнштейн был буквально потрясен. “Ваш кот показывает, что мы полностью сходимся в оценке качества современной теории, – написал он в ответ. – Пси-функция, включающая в себя как живого, так и мертвого кота, поистине не может быть использована для описания истинного положения дел”24.

Происшествие с котом Шредингера вызвало огромное число откликов. Их поток (разной степени вразумительности) не прекращается до сих пор. Достаточно сказать, что согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики система перестает быть суперпозицией состояний и мгновенно переходит в одно реальное состояние при наблюдении, но четкого определения, что собой представляет наблюдение, нет. Кот может быть наблюдателем? А блоха? А компьютер? А механическое записывающее устройство? Однозначного ответа нет. Однако мы знаем, что обычно квантовых эффектов не наблюдается в нашем повседневном, понятном нам мире, где существуют коты и даже блохи. Поэтому большинство адептов квантовой механики не станут спорить, что сидящий в ящике кот Шредингера каким-то невероятным образом одновременно и жив, и мертв до тех пор, пока крышка ящика не открыта25.

Эйнштейн не переставал верить, что с помощью кота Шредингера и своего мысленного эксперимента с порохом 1935 года можно показать неполноту квантовой механики. И история не воздала ему должное за то, что он помог этому коту появиться на свет. На самом деле позднее он приписал Шредингеру и тот и другой мысленные эксперименты. В одном из писем он написал, что животное не отравили, а взорвали. “Почему-то современные физики верят, что квантовая механика дает описание реальности, и даже полное ее описание, – написал Эйнштейн Шредингеру в 1950 году. – Однако эта интерпретация была очень изящно опровергнута с помощью вашей системы радиоактивный атом + счетчик Гейгера + усилитель + пороховой заряд + кот в ящике, показывающей, что пси-функция системы содержит как живого кота, так и его же, разорванного на кусочки”26.

Часто оказывалось, что так называемые ошибки Эйнштейна (например, добавление космологической постоянной в уравнения гравитационного поля) возбуждали больший интерес, чем достижения других людей. То же можно сказать и о статьях, где он критиковал Бора и Гейзенберга. В статье ЭПР не удалось доказать, что квантовая теория ошибается. Но из нее стало ясно, что, как и утверждал Эйнштейн, квантовая механика несовместима с пониманием локальности на уровне нашего повседневного восприятия, с нашим отказом признать существование призрачного действия на расстоянии. Странно, что, по-видимому, Эйнштейн оказался прав в значительно большей степени, чем предполагал.

Прошли годы с тех пор, как в статье ЭПР он предложил свой мысленный эксперимент. А теперь физики-экспериментаторы все больше уделяют времени изучению таких странных квантовых понятий, как перепутывание и призрачное действие на расстоянии, когда наблюдение, произведенное над одной из частиц системы, может мгновенно повлиять на состояние другой частицы, находящейся очень далеко от нее. В 1951 году Давид Бом, блестящий ассистент-профессор из Принстона, переформулировал мысленный эксперимент ЭПР так, что теперь в нем принимали участие два противоположных “спина” частиц, которые после взаимодействия разлетались в разные стороны27. В 1964 году Джон Стюарт Белл, инженер, работавший в ЦЕРНе – европейском центре ядерных исследований вблизи Женевы, написал статью, где предложил экспериментальный метод проверки выводов ЭПР и Бома28.

Квантовая механика не удовлетворяла Белла. “Я не решался даже подумать, что она неправильна, – сказал он однажды, – но знал, что здесь что-то не так”29. Это и восхищение Эйнштейном зародило в нем надежду, что, возможно, удастся доказать, что прав Эйнштейн, а не Бор. Но, когда в 1980 году французскому физику Алану Аспе удалось выполнить необходимые эксперименты, было получено свидетельство, указывающее на то, что квантовому миру локальность не свойственна. А свойственно ему “призрачное действие на расстоянии”, или, точнее, неявная перепутанность разнесенных частиц30.

Несмотря на это, Белл по-прежнему высоко оценивал работу Эйнштейна. “Я чувствую, что в этом случае интеллектуальное превосходство Эйнштейна над Бором было невероятным, пропасть между человеком, который ясно видит, что необходимо, и тем, кто пытается нащупать истину в темноте, – говорил он. – Что касается меня, жаль, что предположение Эйнштейна не оправдалось. Именно разумные вещи обычно не срабатывают”31.

Квантовое перепутывание, которое в 1935 году Эйнштейн рассматривал как способ “подрыва” квантовой механики, настолько противоречит интуиции, что теперь превратилось в одну из самых интригующих загадок физики. С каждым годом множится число свидетельств, подтверждающих это явление, и это подогревает интерес к нему. Например, в конце 2005 года The New York Times опубликовала обзорную статью Денниса Овербая “Квантовое жульничество: проверка самой странной теории Эйнштейна”. Там цитируется физик из Корнельского университета Натаниэль Дэвид Мермин, назвавший квантовое перепутывание “самым близким к магии из известных нам”32 явлений. А в 2006 году журнал New Scientist напечатал историю, озаглавленную “Чип демонстрирует “призрачное действие” Эйнштейна”. Она начинается так:

Простой полупроводниковый чип был использован для генерации пары перепутанных фотонов. Это шаг первостепенной важности для того, чтобы квантовый компьютер стал реальностью. Перепутывание, которое Эйнштейн шутливо окрестил “призрачное действие на расстоянии”, – это загадочное явление, при котором две квантовые частицы, например фотоны, ведут себя как одна вне зависимости от того, как далеко они находятся друг от друга33.

Может ли это призрачное действие на расстоянии, при котором нечто происшедшее в данном месте с одной частицей мгновенно отражается на другой частице, находящейся на расстоянии миллиардов километров от нее, приводить к нарушению закона о конечности скорости света? Нет, по-видимому, теории относительности ничто не угрожает. Эти две частицы, как далеко они ни были бы разнесены, остаются частями одного физического объекта. Выполняя наблюдения над одной из них, мы оказываем влияние на ее свойства, и это коррелирует с тем, что можно было бы увидеть, наблюдая за второй частицей. Но никакая информация не передается, не посылается сигнал, поэтому и нет привычной причинно-следственной связи. Мысленные эксперименты позволяют показать, что квантовое перепутывание нельзя использовать для мгновенной передачи информации. “Короче, – говорит физик Брайан Грин, – специальная теория относительности устояла только чудом”34.