Журнал Млечный Путь № 2 (28), 2019 - Ольга Владимировна Бэйс

Рис 1 Эйнштейн

А как же, все-таки, тяготение? Дальнодействия нет, существует предел скорости передачи любой информации, а как же сила тяжести? Она-то ведь все равно - по Ньютону - распространяется мгновенно? И если где-то на расстоянии миллиона световых лет столкнулись и взорвались две звезды, то изменение силы тяжести мгновенно "ощутят" и Земля, и Солнце, и все звезды в галактике Андромеды? Наблюдатели на Земле только через миллион лет увидят, как звезды столкнулись, а то, что столкновение произошло "сейчас", мы именно сейчас и почувствуем, измеряя поля тяжести?

Эйнштейну понадобилось почти десять лет, чтобы разрешить это противоречие и прийти к выводу, что дальнодействия в природе нет и быть не может. Общая теория относительности утверждает: тяготение распространяется с конечной скоростью, и это - все та же скорость света. Отсюда, кстати, следовало, что, подобно электромагнитным волнам, должны существовать и гравитационные, волны тяготения, возникающие при изменении распределения гравитационных масс.

Правильность эйнштейновской теории тяготения была блестяще продемонстрирована Артуром Эддингтоном, наблюдавшим в 1919 году смещение светового луча в поле тяжести Солнца. Именно такое, какое предсказывал Эйнштейн. И еще одно подтверждение: величина смещения перигелия Меркурия. Никто не мог его объяснить, пользуясь теорией Ньютона, а общая теория относительности объяснила изящно и точно.

Казалось бы, можно вздохнуть спокойно. Доказано, что в мире существуют отдельные тела (принцип локальности), взаимодействие между которыми происходит не мгновенно, а не быстрее, чем это позволяет скорость света (близкодействие). И все становится логично и понятно. Невозможно долететь до Альфы Центавра за год или два - потому что свет преодолевает это расстояние за 4,36 года. Невозможно передать сообщение в Туманность Андромеды быстрее, чем за 2,52 миллиона лет, потому что свет именно за это время преодолевает расстояние между Млечным Путем и галактикой М 31.

Картина мира вырисовалась четко и без былых противоречий, связанных с пресловутым дальнодействием.

И тут физики создали квантовую механику.

***

"Но Сатана недолго ждал реванша. Пришел Эйнштейн - и стало все как раньше" - утверждает Джон Сквайр в своей эпиграмме, продолжая эпитафию Поупа. Автор эпиграммы неправ: он, видимо, не понимал смысла теории относительности. На самом деле Сатаной оказался не Эйнштейн, устранивший из физики принципы нелокальности и дальнодействия. Истинным Сатаной оказался Эрвин Шредингер со своим уравнением.

Уравнение Шредингера - главное уравнение квантовой физики, оно определяет состояние элементарной частицы и систем частиц. Решая уравнение Шредингера, физики сумели сконструировать ядерные реакторы, атомные бомбы и электростанции. Вся современная электроника, включая компьютеры, мобильные телефоны, системы JPS и все, все, все, на чем стоит цивилизация, - это результат решений уравнения Шредингера. Квантовая физика, в основе которой - решения уравнения Шредингера, - самая точная из наук. Нет (пока!) ни одного физического явления, где квантовая физика дала бы "сбой", где уравнение Шредингера оказалось неприменимым.

Все так. И все же в основе своей это уравнение противоречиво и заводит физику в глубочайшую онтологическую яму, из которой ученые пытаются выбраться вот уже почти целый век. Много лет физики закрывали на это противоречие глаза. Квантовая механика прекрасно работает! Ее предсказания всегда сбываются на сто процентов!

Но...

Проблема вот в чем. Решением уравнения Шредингера для любой элементарной частицы или их системы является так называемая волновая функция. Но волновая функция - это не число, имеющее определенное значение. Волновую функцию интерпретируют как функцию вероятности нахождения частицы в том или ином состоянии. Волновая функция свидетельствует, что частица может с той или иной вероятностью находиться, в принципе, где угодно во Вселенной. С большой вероятностью - в установке, где проводится эксперимент. С гораздо меньшей - на Луне или даже в галактике М33. Лишь проведя эксперимент и обнаружив частицу внутри аппаратуры, ученый может заявить, что из всех возможных состояний частицы реально она находится вот в этом, зафиксированном наблюдателем состоянии. Физики говорят, что до наблюдения частица пребывает в суперпозиции - то есть во всех своих возможных состояниях одновременно. И лишь когда проводится наблюдение, частица фиксируется в определенном состоянии, которое и называют реальным.

А что происходит с остальными? Что происходит в момент наблюдения с волновой функцией частицы? Ведь если мы обнаружили частицу внутри нашего аппарата, то она больше никак не может оказаться на Луне или в галактике М33! Согласно копенгагенской интерпретации квантовой теории (названа она так в честь города, где жили и работали Бор и его коллеги), в момент наблюдения волновая функция попросту перестает существовать. Как говорят физики - коллапсирует.

И вот тут-то слово свое говорит Сатана, ждавший реванша. Волновая функция коллапсирует? Сразу во всей Вселенной? Но каким образом? Ведь сигнал не может распространяться быстрее света! До наблюдения электрон мог находиться в галактике М33 на расстоянии миллионов световых лет от Земли? Как он может мгновенно узнать, что больше этой вероятности не существует? Никак! Значит, как заявил в свое время Эйнштейн, и в этом заключалось его "великое противостояние" с Бором, волновая функция - чисто математический трюк, физического смысла не имеет, и вся квантовая механика вовсе не является окончательной теорией, а лишь промежуточным шагом к будущей правильной теории, включающей в себя обязательно и теорию относительности.

Как оказалось, дальнодействие, выгнанное Эйнштейном в дверь, сумело пролезть в окно и проявило себя в квантовой физике. Если квантовая механика верна (а она безусловно подтверждается всеми экспериментами), то в природе существует мгновенная передача информации, а это противоречит и принципу локальности, и принципу близкодействия, да и вообще здравому смыслу!

О многолетних спорах Эйнштейна с Бором написаны десятки книг. Эйнштейн так и остался при своем мнении о трагической неполноте квантовой механики и ее ущербности. При своем мнении остался и Бор (а с ним и все другие физики).

В 1935 году Эйнштейн (в соавторстве со своими сотрудниками Борисом Подольским и Натаном Розеном) сделал последнюю попытку доказать в мысленном эксперименте, что квантовая механика внутренне противоречива и содержит ненавидимый физиками принцип дальнодействия. Эйнштейн, Подольский и Розен описали мысленный эксперимент, получивший название ЭПР-парадокса.

Рис 2

Предположим, - сказали они, - мы взяли две частицы (два электрона, например) и связали их в единую квантовую систему. Эта система обладает собственной волновой функцией, и такое состояние называется "запутанным", Предположим, что у одного электрона в этой системе спин направлен вниз, а у другого - вверх. Теперь возьмем один из "запутанных" электронов (в мысленном эксперименте это легко сделать) и перенесем в галактику М33. А потом поменяем направление спина оставшегося в лаборатории электрона на