Пятничное - Юбилей абсурда。拼

Нынешний год очень важный, юбилейный: приближается пятидесятилетие выхода альбома The Beatles — A Hard Day's Night. Впрочем, наверняка кому-то более важным событием покажется полвека со дня отставки Хрущева (это позже, в октябре). И лишь небольшая пропорция населения Земли — да что там, небольшая пропорция физиков-теоретиков — отмечает как раз сейчас пятидесятилетие теоремы Белла. Ходят синусоидой прямо с утра, только о теореме Белла и говорят: «Причинность! Локальность!»

Видя вокруг себя таких веселых и раскованных физиков, каждый захочет присоединиться к их празднованию. Беда в том, что многие никогда не слышали о теореме Белла. Ну так вот слушайте.

Раньше физики думали, что в природе существуют разные величины (например, скорость вращения шарика), а физикам остается только их измерять. Это очень разумное предположение. Если физики ничего не измеряют, то шарик все равно вертится с определенной скоростью, просто ее никто не знает. Померили — и узнали. Чем точнее померили, тем ближе величина, записанная физиками в лабораторный журнал, к «настоящей» скорости шарика.

Потом откуда ни возьмись появилась квантовая механика. Из нее следовало, что померить скорость шарика можно только с определенной точностью. То есть как бы физики ни пыжились, они все равно никогда не смогут сказать, какова «настоящая» скорость — только приблизятся к ней до какого-то предела. Это обидно, это разочаровывает, но в принципе с этим можно жить.

Настоящая проблема начинается дальше. Допустим, из какого-то места разлетелись в разные стороны два шарика — пусть это будут фотоны. Фотоны, правда, не шарики, и они не вращаются, зато у них есть «спин», так что давайте для простоты считать, что они все-таки крутятся. Один по часовой стрелке, другой против — так требуют законы природы. Разлетелись они на миллион световых лет. И тут какой-то физик поймал один фотон и проверил, в какую сторону он вращается. А другой физик — в миллионе световых лет от него — поймал другой фотон и проделал с ним то же самое. Непременно окажется так, что вращается он в точно противоположном направлении.

Законы квантовой механики говорят, что первый физик никак не может теоретически предсказать, куда будет крутиться его фотон. Сколько ни меряй разные фотоны, все будут крутиться по-разному. Но, как только измерение сделано, можете быть уверены: второй физик в миллионе световых лет получит на своем приборе ровно противоположные данные.

Ну и что же тут такого, скажете вы. Физики не знали, как крутятся фотоны, но сами-то фотоны знали, как они крутятся! Измерения просто позволили вывести их на чистую воду. То есть их вращение было «скрытым параметром», а после измерения он перестал быть скрытым. Примерно так все это представлял себе Эйнштейн.

Но есть и другой вариант объяснения, совершенно абсурдный. Фотоны — пока их никто не мерил — еще не решили, в какую сторону они крутятся. Решение было принято ими только в момент измерения. Причем когда первый физик померил вращение первого фотона, второй — в миллионе световых лет — сразу об этом узнал и начал крутиться соответственно.

Глупая позитивистская философия исходит из того, что если мы что-то не можем измерить, то и неважно, какое оно. Задавать вопросы о том, что делают (или о чем знают) фотоны, за которыми никто не следит, ненаучно.

«Глупой» мы назвали эту философию потому, что априорные рассуждения о том, что «научно», а что нет, сами по себе не имеют к науке никакого отношения. Как оказалось, вопрос о том, «знали» или «не знали» фотоны, в какую сторону им вращаться, можно решить без помощи метафизики, не прочитав ни одной философской книги — решить посредством эксперимента. Теорема Белла как раз об этом.

Рассказывать здесь о том, что именно написано в работе, опубликованной ирландцем Джоном Беллом в 1964 году, мы не станем (там примерно вот что) . Вот, кстати, сам Джон Белл, каким он был к моменту выхода альбома A Hard Day's Night (фото из журнала Nature).

Джон Белл

А суть теоремы (она же «неравенства Белла») в том, что можно поставить статистический эксперимент, измеряя частоту совпадения результатов у разных наблюдателей, и узнать, есть ли «скрытые параметры» или нет. Условно говоря, если у фотонов есть хоть какой-то уговор между собой, как им вращаться — если есть «скрытые параметры», — совпадение будет наблюдаться более чем в половине случаев, а если они честно ни о чем таком до измерения не думали, совпадение будет ровно в половине случаев.

Первый подобный опыт был поставлен Аланом Аспектом в 1982 году, и он подтвердил: фотоны (или что угодно другое) абсолютно честны. Они действительно не договариваются между собой заранее, а принимают решение, куда им вращаться, точно в момент измерения.

Итак: в момент измерения фотоны перемигиваются, сообщая друг другу о своем решении, причем это перемигивание распространяется быстрее скорости света (то есть буквально мгновенно). Это — нарушение эйнштейновского принципа причинности (одно событие не может быть причиной другого, если расстояние между ними больше, чем время между ними, умноженное на скорость света). Стало быть, два события нашей реальности — в данном случае два физических измерения — могут быть связаны между собой БЕЗО ВСЯКОЙ ПРИЧИНЫ. Ведь если на долгом пути фотонов к точке измерения у них не было «скрытых параметров», значит, никакой памяти, никакой причинной связи с моментом своего рождения они не сохранили. Абсурд получается.

Или скажем по-другому: либо вообще нет никакой «реальности», стоящей за физическими измерениями, либо эта реальность такова, что два события, разделенные огромным расстоянием, связаны незримой нитью. Именно об этом бубнили наши пьяные физики, бормотавшие слова «причинность» и «локальность».

К юбилею теоремы Белла в Nature появились две заметки, (первая и вторая), объясняющие на чистом английском языке, до какой степени сейчас, полвека спустя, вся эта история не укладывается в человеческой голове. Мы не вашу голову сейчас имеем в виду, уж извините — проблема в том, что вообще не нашлось пока ни одной человеческой головы, где бы все это нормально улеглось.

Так зачем же было нам писать этот текст, спросите вы? Одна из цитированных выше статей в Nature начинается знаменательной фразой: «Что касается теоремы Белла, краеугольного камня квантовой механики, все согласны в одном — она была опубликована 50 лет назад». Именно этому бесспорному факту и посвящена наша заметка.

А всем, кто хоть немного понимает про квантовую механику, я приношу свои глубокие извинения за чрезмерные и непростительные упрощения, допущенные в этой истории.

http://www.snob.ru/selected/entry/77863