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

противоположное (это осуществимо не только мысленно, но и технически). Поскольку оба электрона описываются общей волновой функцией, то в то же мгновение спин электрона, перенесенного в галактику М33, тоже должен измениться на противоположный. Но это невозможно - ведь дальнодействия (согласно теории относительности) нет и быть не может!

Значит, либо неверна (или неполна) квантовая физика, либо в природе существуют мгновенные связи между частицами.

***

В споре с Бором Эйнштейн остался в одиночестве. А глубочайшее противоречие между теорией относительности (близкодействие!) и квантовой теорией (дальнодействие!) осталось нерешенным. Относительно ЭПР-парадокса ученые пришли к компромиссному заключению: да, запутанные частицы "чувствуют" друг друга, на каком расстоянии они бы ни находились. Однако мгновенно передать таким способом информацию невозможно, и скорость света - все-таки предел скоростей.

Эксперимент Эйнштейна, Подольского и Розена оставался сугубо мысленным в течение нескольких десятилетий, но в 1981 году Алан Аспэ поставил реальный опыт, взяв в качестве пробных частиц не электроны, а фотоны, которые, как оказалось, легче "запутать" и с которыми легче работать.

Рис 3

Алан Аспэ

Аспэ показал: дальнодействие существует, квантовые свойства фотонов можно передать мгновенно, и скорость света не является помехой. В 1989 году Даниел Гринбергер, Майкл Хорн и Антон Цайлингер провели гораздо более сложный эксперимент, подтвердив выводы Аспе.

Рис 4

Даниел Гринбергер

Рис 5

Майкл Хорн

Рис 6

Антон Цайлингер

Сначала запутанные частицы разносили на расстояние метра друг от друга, затем - на десятки метров, и наконец был поставлен эксперимент, где запутанные частицы разнесли на расстояние километра, изменили состояние частиц в приборе А, и в то же мгновение состояние частиц в приборе Б тоже изменилось!

Рис 7

В июне 2017 года китайские физики сумели передать квантовые состояния запутанных фотонов на самое большое пока расстояние - 1200 километров: с Земли на искусственный спутник и со спутника обратно на Землю. В эксперименте участвовали два спутника и три наземных станции.

Рис 8

Если получилось, что "чувствуют" друг друга одиночные частицы, то, может, и с ансамблями частиц это тоже может получиться? Провели и такой эксперимент - и да, запутанные ансамбли частиц точно так же реагировали на изменения состояний.

Так что же? Дальнодействие существует?

Рис 9

***

Открытия в физике - казалось бы, в областях, которые друг с другом никак не связаны, - довольно часто происходят практически одновременно. В семидесятых годах прошлого века, когда физики ставили первые эксперименты с запутанными частицами, Стивен Хокинг пришел к выводу, что черные дыры, возможно, могут не только поглощать вещество, но и терять. Причем терять так много, что со временем черная дыра полностью "испарится"! Более того, при этом безвозвратно потеряется вся информация, какой обладала материя, упавшая в черную дыру. Между тем, квантовая теория утверждает, что теряться информация не может.

Как происходит испарение черной дыры?

Квантово-механическое рассмотрение падения частиц в черную дыру показало, что на самом горизонте в сверхсильном гравитационном поле должны постоянно рождаться пары частиц. В "обычном" вакууме такие пары мгновенно аннигилируют, и, в общем, можно сказать, что ничего не происходит. Но на горизонте черной дыры одна из рожденных частиц может двигаться внутрь черной дыры, и тогда она навсегда в ней пропадет. А другая частица из пары может двигаться наружу - и, соответственно, улететь в космос прежде, чем произойдет аннигиляция. Эта частица уносит массу, черная дыра массу теряет...

А при чем здесь, спросите вы, нелокальность? При том, что испарившийся "материал" не уносит в космос никакой информации. И никаких правил, по которым информацию можно было бы восстановить. Между тем вещество, упавшее в черную дыру, несло с собой вполне определенное количество информации, которая, как уже было сказано, согласно квантовой физике, исчезнуть не могла. Но вот черная дыра полностью испарилась. Значит, в космосе оказалось и то вещество, что когда-то попало внутрь черной дыры и принесло в черную дыру некую информацию? Куда же информация делась, если испарившиеся частицы ее не унесли?

Либо квантовая физика неверна (что невероятно), либо информация из черной дыры все-таки "утекает", а это и есть нелокальность, некая не обнаруженная пока связь упавших в черную дыру частиц с "утекающими". Квантовая запутанность, аналог той, что рассматривали Эйнштейн, Подольский и Розен.

Рис 10

Получается, что без нелокальности объяснить излучение Хокинга невозможно! Как и в эксперименте Эйнштейна-Подольского-Розена - теория относительности запрещает мгновенную связь на расстоянии, а квантовая физика утверждает: такая связь существует.

И кто прав? Обе теории - классическая и квантовая - прекрасно "работают" отдельно друг от друга. Проблемы с реальностью начинаются, когда физики пытаются обе теории совместить.

Над созданием квантовой теории тяготения физики работают несколько десятилетий. Пока не получается. Разве что так называемая петлевая теория гравитации претендует на роль объединяющей, но до наблюдательных подтверждений еще далеко, а пока...

***

Пока физики извлекают максимум из того, что уже известно и доказано в эксперименте. Родилось и успешно развивается новое направление, названное "квантовой телепортацией", хотя, конечно, это не телепортация в том смысле, как ее понимают фантасты. Никакие материальные тела мгновенно не перемещаются из точки А в точку Б. Процессы, которые удается продемонстрировать на практике, - сугубо квантовые. Из точки А в точку Б мгновенно передается не сама частица, а ее квантовое состояние. Это тоже удивительно и, как полагают физики, может иметь массу практических приложений (например, в криптографии: создание послания, которое невозможно ни перехватить, ни расшифровать), однако это все-таки не то, о чем мечтали (и мечтают) фантасты.

Но дело ведь в принципе! После многих лет споров, неверия, недоверия, веры, проверок и перепроверок (нормальная, кстати, в науке динамика признания!) стало понятно, что скорость света, конечно, предел скоростей, но все же частицы и их системы могут находиться во взаимной связи, не зависящей от расстояния. Есть близкодействие (и прав Эйнштейн), но существует и дальнодействие.

Парадокс? Да, и у физиков есть идеи, как с ним справиться.

Но это уже другая история...

Леонид АШКИНАЗИ, Алла КУЗНЕЦОВА

СЖАТЫЕ ЖАНРЫ

О, сколько света дают ночами

сливающиеся с темнотой чернила!

Иосиф Бродский

Известен жанр - рецензии на несуществующие книги; по-видимому, он изобретен и весьма изобретательно использован Станиславом Лемом. Эти "рецензии" можно считать частным случаем того, что мы предлагаем назвать