Амит Госвами - Самосознающая вселенная. Как сознание создает материальный мир

Итак, подозрение Эйнштейна в отношении неполноты квантовой механики, которое было рабочей гипотезой парадокса ЭПР, привело к поразительным результатам. Интуиция гения нередко оказывается плодотворной неожиданным образом, не имеющим отношения к подробностям его теории.

Это напоминает мне одну суфийскую историю. Мулла Насреддин однажды столкнулся с бандой мошенников, которые хотели завладеть его туфлями. Стараясь обмануть муллу, один из мошенников сказал, указывая на дерево: «Мулла, на это дерево невозможно залезть».

«Конечно, возможно. Я покажу вам», — сказал мулла, поддавшись на провокацию. Сперва он собирался оставить свои туфли на земле, пока он будет лезть на дерево, но потом передумал, связал их и прикрепил к поясу. Затем он начал подниматься.

Парни были обескуражены. «Зачем ты берешь свои туфли с собой?» — воскликнул один из них.

«Ох, я не знаю, возможно, наверху есть дорога, и они могут мне понадобиться!» — отозвался мулла.

Интуиция муллы подсказывала ему, что мошенники могут попытаться украсть его туфли. Интуиция Эйнштейна говорила ему, что квантовая теория должна быть неполной, поскольку она не может объяснить скоррелированные электроны. В конце концов, что, если бы мулла обнаружил, что на вершине дерева есть дорога! По существу, это и показало проведенное Аспектом экспериментальное исследование парадокса ЭПР.

Парадокс эксперимента Аспекта состоит в нелокальном коллапсе. Можно ли избежать нелокального коллапса, предположив, что пары фотонов в эксперименте излучаются с определенным направлением своих осей поляризации? В вероятностной квантовой механике такое невозможно, но нельзя ли исправить ситуацию с помощью скрытых переменных? Если это устраняет нелокальность, то может ли привлечение скрытых переменных спасти материальный реализм? Нет, не может [39]. Доказательство этого дает теорема Белла (названная в честь открывшего ее физика Джона Белла), которая показывает, что материальный реализм не могут спасти даже скрытые переменные.

Конечно, скрытые переменные, которые, как надеялся Эйнштейн, должны объяснить парадокс ЭПР и восстановить материальный реализм, были задуманы как согласующиеся с локальностью. Они должны были действовать на квантовые объекты локальным образом, как причинные агенты, влияние которых распространяется в пространстве-времени с конечной скоростью и за конечное время. Локальность скрытых переменных согласуется и с теорией относительности, и с детерминистической верой в локальные причину и следствие, но не согласуется с экспериментальными данными.

Джон Белл первым предложил набор математических соотношений для проверки локальности скрытых переменных; хотя это были не уравнения, они были не менее строги. Они описывали тип отношений, называемых неравенствами. Эксперимент Аспекта, доказывавший, что связь между скоррелированными фотонами не опосредуется никакими локальными сигналами, кроме того, показывал, что сформулированные Беллом неравенства не соблюдаются для реальных физических систем. Таким образом, эксперимент Аспекта опровергал локальность скрытых переменных. Не случайно квантовая механика также предсказывает, что неравенства Белла не соблюдаются для квантовых систем. Теорема Белла утверждает, что для того, чтобы быть совместимыми с квантовой механикой (и, как оказывается, с экспериментальными данными), скрытые переменные должны быть нелокальными [40].

Заслуживают внимания далеко идущие последствия работ ЭПР и Белла. Во-первых, исследование парадокса, на который указали Эйнштейн, Подольский и Розен, обнаружило нелокальность квантовых корреляций и квантового коллапса. Затем Белл показал, что мы не можем избежать нелокальности, привлекая скрытые переменные, поскольку они тоже демонстрируют нелокальность; поэтому они не могут спасти материальный реализм.

Рассмотрим простую, краткую и элегантную трактовку неравенства Белла, принадлежащую физику Нику Герберту.

Два луча поляризационно-скоррелированных фотонов движутся от источника в противоположные стороны. Назовем фотоны скоррелированной пары Джо и Мо (J и М). Два экспериментатора наблюдают J-группу и М-группу фотонов с помощью детекторов, изготовленных из кристаллов кальцита, которые служат им в качестве поляризующих очков. Назовем эти кристаллы кальцита J-детектор и М-детектор (рис. 31, а). Как и в аналогичном эксперименте, показанном на рисунке 30, когда J-детектор и М-детектор установлены параллельно (то есть с параллельными осями поляризации) под каким угодно углом к вертикали, каждый наблюдатель видит один из скоррелированных фотонов. Когда детекторы установлены под углом 90 градусов друг к другу, если один наблюдатель видит фотон, то другой не видит его скоррелированного партнера. По определению, если наблюдатель видит фотон, то фотон поляризован вдоль оси поляризации кристалла кальцита его детектора (такая поляризация обозначена буквой А), но если наблюдатель не видит фотон, то считается, что фотон поляризован перпендикулярно оси поляризации его кристалла кальцита (такая поляризация обозначена буквой Р). Заметьте, что теперь, благодаря скрытым переменным, мы позволяем фотонам иметь определенные (скоррелированные) оси поляризации, не зависящие от наших наблюдений. Это самый важный момент — благодаря скрытым переменным фотоны имеют предопределенные атрибуты.

Итак, типичная синхронизированная последовательность обнаружения фотонов двумя удаленными наблюдателями с параллельными установками детекторов покажет картину полного соответствия, например:

Джо: APAAPPAPAPAAAPAРРР

Мо: АРААРРАРАРАААРАРРР

А при перпендикулярных установках детекторов мы увидим полное несоответствие, например:

Джо: РАРААРАРРАААРАРРРА

Мо: АРАРРАРААРРРАРАААР

Ни один из этих результатов больше не является неожиданным. Поскольку поляризации фотонов предопределены, никакого коллапса не происходит (Отметьте, что отдельные лучи не поляризованы, поскольку в длинной последовательности каждый наблюдатель видит смесь 50—50 поляризаций А и Р).

Мы можем определить количественный показатель корреляции поляризации — PC, — который зависит от угла между детекторами. Очевидно, что если детекторы расположены точно под одним и тем же углом (PC =1), мы имеем полную корреляцию, а если они перпендикулярны друг другу (PC = 0), мы имеем полную антикорреляцию.

Тут Белл спрашивал — а каково значение PC для промежуточного угла? Очевидно, что оно должно быть между нулем и единицей. Предположим, что для угла А величина PC равна 3/4. Это означает, что при такой установке детекторов (рис. 31, б) для каждых четырех пар фотонов число совпадений (в среднем) равно 3, а число несовпадений — 1, как в следующей последовательности: