Идеи с границы познания. Эйнштейн, Гёдель и философия науки - Джим Холт

расстоянием, в отличие от гравитации, которая вдали теряет силу. Во-вторых, она выборочная: эксперимент над фотоном из запутанной пары воздействует только на его партнера, где бы тот ни находился, и не касается всех остальных фотонов, ближних и дальних. Выборочная природа запутанности опять же контрастирует со свойствами гравитации, при которой возмущение, созданное смещением одного атома, распространяется во все стороны и затрагивает каждый атом во Вселенной. А в-третьих, квантовая связь мгновенна – изменение состояния запутанной частицы сказывается на ее партнере безо всякой задержки, какая бы пропасть их ни разделяла, опять же в противоположность гравитации, чье воздействие распространяется со скоростью света. Именно третья черта квантовой нелокальности, мгновенность, сильнее всего нервирует ученых. Как сразу понял Эйнштейн, это означает, что запутанные частицы сообщаются между собой быстрее света, а теория относительности это запрещает. Если, например, частица А находится поблизости от Земли, а ее запутанный близнец В – возле Альфы Центавра (ближайшая к Солнцу звездная система), то измерение, проделанное над А, изменит состояние В мгновенно, хотя свет будет добираться от А до В 4,3 года.

Многие физики склонны отмахиваться от этого очевидного противоречия между теорией относительности и квантовой механикой. Они подчеркивают, что даже если квантовая запутанность и в самом деле приводит к воздействию на сверхсветовых скоростях, эти воздействия невозможно использовать для коммуникации, скажем, чтобы передавать сообщения или музыку. Создать «телефон Белла» (Джона, а не Александра Грэхема) невозможно. Причина – квантовая случайность: хотя запутанные частицы и в самом деле обмениваются информацией между собой, гипотетический сигнальщик-человек не сможет контролировать их случайное поведение и закодировать в нем послание. А поскольку квантовая запутанность не может применяться для коммуникации, она не породит причинно-следственные аномалии, о которых предостерегал Эйнштейн (например, не даст отправить сообщение в прошлое). Поэтому квантовая механика и теория относительности противоречат друг другу концептуально, но все же способны мирно сосуществовать.

Но Джону Беллу этого было мало. «Между двумя столпами современной теоретической физики налицо явная несовместимость на самом глубинном уровне», – заметил он на лекции в 1984 году. Белл считал, что для того, чтобы наша картина физической реальности была непротиворечивой, необходимо уладить напряженность между теорией относительности и квантовой механикой.

В 2006 году в этом направлении был сделан огромный шаг. Уроженец Германии Родерих Тумулка, работавший в Университете имени Ратджерса, на основании представлений Белла и других физиков, склонных к философии, сумел создать модель нелокальной запутанности, полностью соответствующую теории относительности Эйнштейна. В противоположность распространенным представлениям теория относительности вовсе не запрещает воздействия со скоростью больше световой (более того, физики иногда заговаривают о гипотетических частицах тахионах, которые движутся быстрее света). Теория относительности запрещает другое – абсолютное время, вселенское «сейчас», одинаковое для всех наблюдателей. А запутанные частицы и в самом деле требуют подобных вселенских часов, поскольку синхронизируют свое поведение на огромных расстояниях. Однако Тумулка нашел остроумный способ это обойти, пусть и очень тонкий. Он показал, что определенная спекулятивная ветвь квантовой механики, которую называют броской аббревиатурой ГРВ[27], позволяет запутанным частицам вести себя синхронно, не нарушая релятивистского запрета на абсолютную одновременность. Хотя механизм, стоящий за нелокальным «призрачным действием», остается загадкой, Тумулка по крайней мере доказал, что оно все-таки не противоречит теории относительности, и этот результат, возможно, стал бы неожиданностью для самого Эйнштейна.

Так или иначе, следствия нелокальности подрывают наше понимание пространства. Открытие нелокальности говорит о том, что мы, вероятно, живем в холистической вселенной, в которой даже самое далекое на самом деле вовсе не разделено. Вероятно, пространство нашей повседневной жизни – лишь иллюзия, простая проекция фундаментальной причинно-следственной системы. Красивая метафора этого – калейдоскоп (ее предложила философ Дженнан Исмаэль). Не нужно представлять себе запутанные частицы как «волшебные монетки», непостижимым образом обменивающиеся сообщениями через пространство. Лучше считать их множеством отражений осколка цветного стекла, крутящегося в калейдоскопе: просто одна и та же частица многократно отражается в системе зеркал.

Несмотря на такие радикальные следствия, физическое сообщество по большей части спокойно восприняло доказательство существования нелокальности. Молодые физики, сызмальства привыкшие к концепции нелокальности, не видят в ней ничего такого уж призрачного. Физик-экспериментатор Николя Гизин как-то заметил: «Здешние дети говорят, все так и есть». А среди старшего поколения бытует мнение, что странностей нелокальности можно избежать, если придерживаться «нереалистского» подхода к квантовой механике, то есть по примеру Нильса Бора считать ее не картиной реальности, а математической конструкцией, позволяющей делать прогнозы. Среди современных носителей подобного образа мысли можно отметить Стивена Хокинга, который говорил: «Я не требую, чтобы теория соответствовала реальности, поскольку не знаю, что такое реальность… От теории мне нужно только одно – чтобы она предсказывала результаты измерений».

Однако глубокое понимание запутанности и нелокальности необходимо еще, и чтобы разрешить вековые споры, как «интерпретировать» квантовую механику, то есть правдоподобно описать, что, собственно, происходит, когда делается измерение и волновая функция загадочно и случайно «коллапсирует». Именно эта проблема не давала покоя Эйнштейну, именно она до сих пор не дает покоя маленькому неуемному кружку физиков (в частности, это сэр Роджер Пенроуз, Шелдон Голдштейн и Шон Кэрролл) и специалистов по философии физики (в частности, это Дэвид З. Элберт, Тим Модлин и Дэвид Уоллес), которые по-прежнему требуют от физики того же, что Эйнштейн: единого умопостигаемого представления о том, каков мир на самом деле. Для них понятийные основы квантовой механики и роль в них «призрачного действия» остаются открытым вопросом, требующим доработки.

Глава двадцатая. Чем кончится Вселенная?

Один из моих любимых эпизодов фильма Вуди Аллена «Энни Холл» – момент, когда у Элви Зингера, альтер эго Аллена, в детстве случается экзистенциальный кризис. Его мать приглашает психиатра, некоего доктора Фликера, чтобы понять, что с ребенком.

– Элви, почему ты так подавлен? – спрашивает доктор Фликер.

– Вселенная расширяется, – отвечает Элви. – Вселенная – это все на свете, и если она расширяется, то когда-нибудь развалится, и это будет конец всему.

– А тебе-то какое дело? – вмешивается мать. И объявляет, обращаясь к психиатру: – Он перестал делать уроки!

– А что? – говорит Элви.

– Какое отношение имеет к этому Вселенная? – кричит мать. – Ты же здесь, в Бруклине! Бруклин не расширяется!

– И не будет расширяться еще пару миллиардов лет, – вмешивается доктор Фликер, – так что нам нужно постараться радоваться жизни, пока мы здесь, понимаешь, Элви? Ха-ха-ха!

(Общий план дома Зингеров, который по стечению обстоятельств находится под американскими горками на Кони-Айленд.)

По этому вопросу я согласен с доктором Фликером. Как это глупо – грустить из-за того, что когда-нибудь настанет конец света! Ведь космос родился всего-то около