Джон Гриббин – В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность (страница 44)
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,
Даже здесь мы слышим отголосок проблем, над которыми так долго ломал голову Бор. Реальны только результаты наших экспериментов, а метод измерения оказывает влияние на объект измерения. Как мы здесь видим, в 1980-х годах у физиков всегда был под рукой лазер, в задачу которого входило просто возбуждать атомы. У нас есть возможность использовать этот инструмент исключительно потому, что мы знаем о возбужденных состояниях и держим в уме квантовую кулинарную книгу, но цель нашего эксперимента состоит как раз в том, чтобы проверить точность квантовой механики - теории, которую мы использовали, чтобы написать ту самую квантовую кулинарную книгу! Я не говорю, что эксперименты из-за этого неверны. Можно придумать другие способы возбуждения атомов до проведения измерений, и другие версии эксперимента дают тот же самый результат. Но так же, как обычные идеи предыдущих поколений физиков были обусловлены их использованием, скажем, безменов или линеек, современное поколение находится под влиянием - гораздо более сильным, чем осознают сами физики, - квантовых инструментов ремесла. Философы могут поднять вопрос о том, что действительно означают результаты эксперимента Белла, раз мы используем квантовые процессы для запуска этого эксперимента. Я же буду и дальше придерживаться позиции Бора: мы получаем то, что видим, а все остальное нереально.
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 х 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.
Это не означает, что есть хоть какая-то вероятность научиться передавать сообщения на скорости большей, чем скорость света. Нет никаких перспектив передавать таким образом полезную информацию, поскольку нет способа в процессе этого связать одно событие,
Взгляд физиков на природу вещей / Под ред. Мехры Дж. С. 734.
наблюдатель, находящийся далеко возле второго детектора, заметит изменения в поляризации другого пучка. Но какой именно тип сигнала изменяется? Изначальная поляризация, или спин, частиц в пучке является результатом случайных квантовых процессов и не несет в себе никакой информации. Наблюдатель увидит только случайный рисунок, отличающийся от того случайного рисунка, который он увидит без хитрых манипуляций с первым поляризатором! Так как в случайном рисунке нет никакой информации, он абсолютно бесполезен. Информация заключена в различии между двумя случайными рисунками, но первый из них никогда не существовал в реальном мире, а потому извлечь информацию невозможно.
Но не чувствуйте себя разочарованными, ведь эксперименты Аспе и его предшественников действительно поддержали такую картину мира, которая сильно отличается от нашего повседневного здравого смысла. Они говорят нам, что частицы, которые однажды вступили во взаимодействие, в некотором роде остаются частями единой системы, совместно реагирующими на будущие взаимодействия. Практически все, что мы видим, чего касаемся и что чувствуем, создано из скоплений частиц, которые когда-то - в любой момент времени вплоть до Большого взрыва, в котором, как мы знаем, родилась наша Вселенная, - вступали во взаимодействие с другими частицами. Атомы моего тела состоят из частиц, которые однажды толкались совсем рядом с огненными космическими частицами, теперь входящими в состав далекой звезды, и частицами, из которых состоит тело какого-то живого существа на далекой, еще не открытой планете. Без сомнения, частицы моего тела однажды толкались и взаимодействовали с частицами вашего тела. Мы точно так же являемся частями единой системы, как и два фотона, вылетающих из центра аппарата в эксперименте Аспе.
Теоретики вроде д’Эспаньята и Дэвида Бома утверждают, что мы должны признать тот факт, что буквально все связано со всем остальным, и только холистический подход ко Вселенной может в перспективе объяснить феномены наподобие человеческого сознания.
Еще слишком рано, чтобы физики и философы, уцепившиеся за эту новую картину сознания и Вселенной, создали бы удовлетворительное описание ее возможной формы, а потому умозрительная дискуссия о множестве открытых возможностей здесь неуместна. Но я могу привести пример из собственного прошлого, который уходит корнями в основательные традиции физики и астрономии. Одна из великих загадок физики - это свойство инерции, сопротивления предмета, но не движению, а изменениям этого движения. В пустом пространстве любое тело двигается по прямой линии на постоянной скорости, пока на него не оказывает воздействия какая-либо внешняя сила - это было одним из великих открытий Ньютона. Величина силы, необходимой, чтобы сдвинуть тело, зависит от того, сколько материи в нем содержится. Но откуда тело «знает», что оно двигается на постоянной скорости по прямой? Относительно чего оно измеряет свою скорость? Со времен Ньютона философы прекрасно понимали, что стандарт, относительно которого, похоже, измеряется инерция, - это система координат, ранее называемая «неподвижными звездами», хотя теперь мы рассуждаем с позиции далеких галактик. Земля, которая вращается в пространстве, длинный маятник Фуко, подобный тому, что многие из нас видели в музеях науки, космонавт или атом - все они «знают» среднее распределение материи во Вселенной.