Аннотация: По материалам книги Роберта Антона Уилсона
Цитата из книги Роберта Антона Уилсона "Новая инквизиция":
В упрощенном виде смысл теоремы Белла таков:
Представим себе источник, испускающий два пучка фотонов (два "световых луча" на простом языке), которые перехватываются двумя инструментами А и Б. Эти инструменты могут находиться на каком угодно расстоянии друг от друга, даже в разных концах вселенной. Делая простой вывод из законов квантовой механики, Белл показывает, что какую бы характеристику фотонов вы ни замеряли на инструменте А, одновременное измерение на инструменте Б даст математическое значение той же характеристики. Это значит, что показание на инструменте Б коррелирует не только с показанием на инструменте А, но и с типом показания, соответствующим той "характеристике" фотонов, которую вы измеряете.
Вся парадоксальность этого результата заключается в том, что каждый фотон "как будто" знает, какие характеристики измеряются у другого фотона, и знает мгновенно. Белл также показал, что такого рода, нелокальная корреляция при отсутствии всяких связей наблюдается не только отдельно во времени, но и отдельно в пространстве.
Хотя математическая простота и красота доказательства теоремы Белла вызвала огромный интерес у физиков, такой вывод не был полной неожиданностью. Многие физики и раньше предполагали наличие в квантовой механике такой нелокальной корреляции. Любопытно, что первым это заметил Эйнштейн еще в 1935 году, заявляя, что такое нелокальное взаимодействие кажется "пугающим" (согласен) и "заставляет верить в телепатию" (не исключено). Эйнштейн решил, что в своей основе квантовая механика ошибочна, если она приводит к таким выводам. Д-р Эрвин Шредингер, автор знаменитого кота Шредингера, тоже заметил составляющую "монизма" в квантовой механике, и в 23 главе книги "Что такое жизнь?" указал, что, возможно, квантовой математике больше соответствует монизм "Упанишад", чем любой западный здравый смысл. На это же указывал д-р Дэвид Бом в знаменитом докладе 1952 года. Таким образом, Белл просто доказал математически то, о чем давно догадывались многие физики.
Стоит подчеркнуть, что хотя фотоны можно рассматривать как световые "частицы" или как световые "волны" (обе модели полезны), в любом случае свет - это поток фотонов. Без этих фотонов ни один сигнал от фотона на инструменте А не сможет мгновенно достичь фотона на инструменте Б, и наоборот, поскольку сигналы - это порции энергии, а согласно принятым на сегодняшний день обобщениям, или "законам", порции энергии не могут перемещаться со скоростью, превышающей скорость света
.
Вот почему нелокальное взаимодействие казалось Эйнштейну "пугающим" и предполагавшим монизм. Фотоны ведут себя так, словно какая-то энергия заставляет их коррелировать, но в физике нет такой энергии, которая могла бы распространяться с бесконечной скоростью, осуществляя такую корреляцию.
Оказывается, можно избежать таких математических безобразий, воспользовавшись доктриной "побочных эффектов формализма". Эта доктрина полезна с точки зрения абстрактной математики и, возможно, даже необходима для красоты уравнений, но не позволяет получить результаты измерений экспериментально. В конце концов, есть простой способ избавиться от чертова кота Шредингера, признав, что это чудесное существо формально может одновременно быть живым и мертвым, но в реальном (экспериментальном) мире не бывает котов, которые могли бы находиться в таком смешанном состоянии. Кстати, фотон, электрон, или другой квант энергии порой ведет себя как волна, а порой - как частица только потому, что порой мы используем волновые уравнения, а порой -- корпускулярные. (В известном эксперименте с двумя щелями фотоны в разные моменты времени ведут себя то как волны, то как частицы. Впрочем, это совсем другая проблема.) Модель множественных миров, вытекающую из волновых уравнений Шредингера, тоже можно считать "побочным эффектом формализма", чем-то вроде математического эквивалента оптической иллюзии. Таким образом, все, кто считал математическое доказательство Белла просто невероятным, приняли его за очередной "побочный эффект формализма", не имеющий никакого экспериментального значения.
В 1974 году д-р Джон Клозер из Беркли (Калифорния) экспериментально проверил справедливость теоремы Белла. (Подробности см. в вышеупомянутой книге Ф. Капры. ) Чертовы фотоны вели себя именно так, как предсказывали математические выкладки Белла. Естественно, со всех сторон посыпались возражения. Клозер повторил эксперимент, повысив точность измерений, и получил такие же результаты. Эксперимент повторяли многие ученые, в частности, Аспект во Франции. За несколько лет поставили шесть экспериментов, четыре из которых подтверждали теорему Белла, а два - опровергали, но все эти эксперименты подверглись суровой критике из-за техник постановки эксперимента...
...6 января 1983 года в "Нью сайентист" (Лондон) сообщается о двух новых сериях экспериментов, поставленных д-ром Аленом Аспектом в Институте теоретической оптики в Орсе под Парижем, которые убедительно доказывают теорему Белла.
В качестве источника выбрали атом ртути или кальция, так как они охотно испускают фотоны. Закрученные в спираль линии по обе стороны от источника подразумевают масштабное сжатие схемы установки для размещения по ширине на странице. В действительности, фотоны должны пролететь три метра, чтобы столкнуться с остальной аппаратурой. Сначала фотоны пролетают через специальные переключатели (которые срабатывают через 10 наносекунд, то есть через 10 миллиардных долей секунды), затем поляризуются и только потом попадают на счетчики фотонов, срабатывающие под действием переключателей.
Переключатели играют в этой системе важную роль, поскольку счетчики регистрируют только то, что происходит после прохождения фотонов через переключатели, то есть в последние 10 наносекунд. Так как расстояние между измерительными инструментами составляет шесть метров, ни один энергетический сигнал не может распространиться от одного фотона к другому за такое время, чтобы заставить их "подстроиться" друг под друга. (Для этого нужно ровно 20 наносекунд.) Тем не менее, фотоны нелокально коррелируют, как и предсказывает теорема Белла, напоминая двух балерин, которые в финальной сцене замирают на разных концах сцены в совершенно одинаковых позах, не глядя друг на друга (не обмениваясь энергетическими сигналами). Разумеется, мы знаем, как балерины достигают такой синхронности движений. Эта информация в них "заранее заложена" хореографом. Но какой хореограф закладывает информацию в фотоны? Вопрос далеко нетривиальный.
Подводя итог статьи, сотрудник "Нью сайентист" Базил Райли пишет:
Следует подчеркнуть, что этот результат сохраняется при отсутствии взаимодействия между двумя отдельными частицами... Другими словами, наблюдается некая форма "нелокального эффекта"... мы должны быть готовы радикально пересмотреть наше представление о реальности, отказавшись от доминирующего принципа локальности.
Д-р Джон Гриббин в книге "В поисках кота Шредингера" указывает, что этот эксперимент гораздо значительнее, чем кажется на первый взгляд. Пять из семи проведенных экспериментов подтвердили теорему Белла, причем под давлением критики точность измерений в каждом новом эксперименте постоянно повышалась. Любая инструментальная ошибка должна уничтожать свидетельство корреляции; крайне трудно представить (попробуйте сами!) некую серию невероятных ошибок, которые должны были произойти, чтобы создалось совокупное впечатление мнимой корреляции, в действительности не существующей.
Д-р Херберт популярно объяснил мне суть данного нелокального эффекта, воспользовавшись примером из лекции самого Белла:
Допустим, в Мехико живет человек, который всегда ходит в красных носках, а в Белграде живет человек, который всегда ходит в синих носках. Представьте, что мы каким-то образом можем "заставить" человека в Мехико снять красные носки и надеть синие. Если эти двое мужчин ведут себя так, как фотоны в эксперименте д-ра Аспекта, то мужчина в Белграде должен мгновенно (то есть прежде, чем до Белграда может дойти сообщение о том, что произошло в Мехико) снять синие носки и надеть красные. Более того, если поведение обоих мужчин в точности соответствует поведению нелокально взаимодействующих фотонов, такая синхронная смена носков должна происходить всякий раз, когда мы "заставляем" сменить носки любого из них.
Понятно, почему Эйнштейн считал такие нелокальные эффекты "пугающими". Поскольку энергетический сигнал (причина!) не может распространяться со сверхсветовой скоростью, вызывая такие нелокальные эффекты (следствие!), получается, что нелокальные эффекты происходят в нарушение причинно-следственных связей, т. е. беспричинны
.
Теперь обсудим один технический вопрос. Исходя из "Копенгагенской интерпретации", разработанной д-ром Нильсом Бором и его коллегами в Копенгагенском университете в 1926-1928 годах, между наукой и "реальностью" есть разница К сожалению, "Копенгагенская интерпретация" позволяет приходить к таким тонко уловимым и едва различимым выводам, что вряд ли можно найти двух физиков, которые трактуют ее совершенно одинаково. Д-р Бор однажды заявил: "Считалось, что физика описывает вселенную, но теперь мы знаем, что она описывает лишь то, что мы можем сказать об этой вселенной (курсив его)".
Если я правильно понимаю, "вселенная" - это философская концепция, обычно подразумевающая "реальную вселенную" со всеми присущими ей философскими проблемами "реальности". Однако, "то, что мы можем сказать о вселенной" относится к нашей математике и нашим экспериментам, или, в моей терминологии, к нашему нынешнему туннелю реальности, который кажется нам полезным для объяснения нашей нынешней настройки. Мы всегда должны помнить, что говорим о настройке, то есть о наших семантических структурах, а не о мире. Меню - это не еда.
Однажды д-р Юджин Вигнер сказал (или его слова ошибочно поняли), что, согласно "Копенгагенской интерпретации", вселенная создается нашими мыслями и экспериментами. Наверное, он имел в виду, что так создается эмпирическая вселенная, а не "вселенная" вообще, которую мы не можем познать.
На первой странице книги "В поисках кота Шредингера" Гриббин отважно заявляет, что по "Копенгагенской интерпретации" "нет ничего реального", но потом быстро остывает и на четвертой странице говорит гораздо сдержаннее, что "задумываться о "реальности" в обывательском смысле -- не лучший способ размышлять [о физике]".
Д-р Ник Херберт в нескольких беседах утверждал, что "Копенгагенская интерпретация" сродни "Христианской науке", поскольку отрицает существование реальной вселенной. Но ему не нравится "Копенгагенская интерпретация".
Д-р Дэвид Бом в недавнем разговоре со мной заметил, что "Копенгагенская интерпретация" "отрицает нашу возможность делать какие-либо утверждения относительно действительности". По-моему, он намеренно употребил понятие "действительность", пытаясь обойти философские проблемы понятия "реальность".
Конец цитаты.
Мой комментарий.
Естественно, первое что приходит в голову: необходимо обнаружить или изобрести новые элементарные частицы, способные передавать взаимодействия быстрее скорости света, подобные гипотетическим тахионам. Но изобретение тахионов в рамках теории относительности приводит к нарушению причинно-следственной связи в пространстве элементарных частиц, двигающихся с субсветовыми скоростями. Практически это означает, что возникший тахион якобы отправляется в прошлое и передает фотону сигнал об изменении состояния другого фотона еще до того, как это изменение происходит. В таком случае, зачем искать тахионы, превышающие скорость света? Достаточно обнаружить частицы, которые движутся во времени задом наперед.
Второй вариант - это признать квантовую теорию и теорию относительности несостоятельными. Но в науке рабочая теория, многократно проверенная экспериментально, редко оказывается абсурдной. Обычно новая парадигма включает в себя старую как частный случай.
А самое простое объяснение, как ни странно, самое невероятное: один и тот же фотон находится и в двух точках наблюдения одновременно. Хотя принцип локальности - основополагающий принцип привычного мира. Ни один материальный объект не может находиться в двух местах одновременно.
Чтобы точка А отличалась от точки Б, между ними должно быть какое-то расстояние. Расстояние подразумевает делимость на множество отдельных частиц, или хотя бы на две - А и Б. Но ведь электромагнитная волна - неделима. Фактически, все частицы материи за пределами атома представляют собой единую субстанцию, которая только при взаимодействии с нашими органами чувств или приборами обнаруживает кванты энергии, подобные частицам. Тогда возможно - наша собственная материальность, а вовсе не механика существования атомных орбиталей - причина наличия квантов? Материя, подобно ситу, определяет в себе лишь то, что крупнее размеров ячейки. Островки частиц привычной материи, выглядывая из единого поля энергии, образуют пространство делимости, расстояния, и времени, которых не существует вне материального диапазона. Поэтому за пределами делимости атома мы попадаем в мир абсолютно единый, независимо от того - из точки А или из точки Б привычного пространства мы сумели в него заглянуть.
Такое трудно себе представить - нечто вроде огромного мира, вырастающего во все стороны из одной крошечной точки, причем - чем дальше от исходной точки, тем определеннее и крупнее формы привычного мира.
Принцип перехода локальности макромира в нелокальность микромира можно сравнить с городом, который имеет множество разных домов, но спустившись в подвал любого из них - попадаешь в один и тот же подвал.
Майкл Талбот в книге "Голографическая вселенная" решил проблему еще проще. Да, ни один материальный объект не может находиться в двух местах одновременно. Но с другой стороны, проекция или изображение материального объекта (например, на экране телевизора) может находиться в бесчисленном количестве точек одновременно. Поэтому Майкл Талбот сравнил материальный мир с огромной голограммой, включающей в себя все разновидности доступных нам чувств, фантастической матрицей единого сознания. А феномен существования множества несовпадающих эго в пределах одной матрицы Талбот тоже сравнил со свойствами голограммы - при делении на части голографическое изображение не делится, а сохраняется в каждой частице кристалла целиком, лишь теряя четкость очертаний.
Лично мне эволюция физики в таком направлении кажется более перспективной, чем поиск все более абсурдных, лишь бы по-прежнему "отдельных" элементарных частиц.