Тибо Дамур - Мир по Эйнштейну. От теории относительности до теории струн

«Как философа-талмудиста его совершенно не волнует “реальность”, которая способна лишь подобно огородному чучелу пугать наивные души. Он объясняет, что эти две концепции различаются лишь языком интерпретации».

Под философом-талмудистом здесь подразумевается Бор, который сравнивается с комментатором божественного откровения (имеется в виду принцип дополнительности).

Шредингер же сразу понял, что Эйнштейн затронул тончайшую структуру квантового формализма. В последующие месяцы после публикации ЭПР у них состоялось оживленная дискуссия в письмах. Эйнштейн предложил рассматривать нестабильную систему, как бочку с порохом , которая через какое-то время c вероятностью один к двум взорвется. Эйнштейн заметил, что по истечении этого времени квантово-механическое описание бочки с порохом при помощи амплитуды вероятности задается «своего рода смесью, содержащей еще не взорвавшуюся и уже взорвавшуюся систему». Предложение Эйнштейна (исследовать макроскопическую систему, состояние которой существенно зависит от некоторого случайного процесса) было подхвачено и развито Шредингером в хорошо известном примере кота Шредингера . В нем речь идет о коте, помещенном в ящик с беспощадным механизмом, который убьет или не убьет кота в течение часа в зависимости от того, распадется или нет один-единственный радиоактивный атом. Через час квантовая теория будет описывать кота посредством «амплитуды вероятности» А , отвечающей равновзвешенной суперпозиции амплитуды живого кота и амплитуды мертвого кота. Как согласовать это квантовое описание с тем фактом, что мы никогда не наблюдаем подобных суперпозиций полуживых и полумертвых котов, а видим исключительно либо живых, либо мертвых?

Однако последствия статьи ЭПР глубже. В 1964 г., почти через 30 лет после публикации Эйнштейна, Подольского и Розена, ирландский физик-теоретик Джон Белл детально исследовал дилемму ЭПР в контексте различия так называемой «отделимой» структуры реальности, в которой пространственно разделенные системы не влияют друг на друга, и неотделимой структуры, в которой пространственно разделенные системы остаются связанными между собой, или, как говорят, остаются запутанными , если в прошлом у них была возможность взаимодействовать. В частности, Белл понял, что эти два варианта можно различать при помощи определенного типа измерений квантовых систем, которые взаимодействовали в прошлом. Более конкретно, он показал, что квантовая запутанность, аналогичная ЭПР, для «величин внутреннего вращения», называемых также спинами или поляризациями , двух частиц, вышедших из одной начальной системы со спином равным нулю, должна приводить к корреляциям между измерениями поляризаций двух частиц, и эти корреляции должны быть значительно больше в случае неотделимой квантовой реальности, нежели в случае отделимой «классической» реальности.

Теоретическое открытие Белла вызвало огромный интерес к запутанным явлениям, аналогичным феномену Эйнштейна – Подольского – Розена, и инициировало серию экспериментов по проверке неравенств , полученных Беллом для корреляций между поляризациями разделенных частиц, вышедших из одной изначально закоррелированной системы. Наиболее убедительные экспериментальные данные были получены в 1982 г. в Университете Орсе (Париж, Франция) группой под руководством Алана Аспекта. Результат оказался в полном согласии с предсказаниями квантовой теории, т. е. с неотделимой структурой реальности, в которой две системы, взаимодействовавшие в прошлом, остаются запутанными в будущем, даже если они пространственно разделены. Эксперименты, проведенные в Орсе, подтвердили реальность ЭПР-запутанности для поляризации фотонов, находящихся на расстоянии более 10 м. Более поздние эксперименты, проведенные в Женеве (Швейцария) группой Николаса Гисина, подтвердили реальность ЭПР-запутанности для поляризации двух фотонов, разнесенных на расстояние более 10 км!

Эксперименты по изучению ситуаций, аналогичных ЭПР, показали, что две системы, взаимодействовавшие в прошлом, продолжают вести себя, как если бы они оставались нераздельными, несмотря на их пространственное удаление. Это лишний раз демонстрирует, насколько «квантовая реальность» отличается от «классической». Сделав вклад в прогресс в понимании квантовой теории, запутанные состояния ЭПР и сейчас продолжают оставаться в фокусе многочисленных исследований, поскольку ожидается, что они могут иметь интересные приложения в квантовой криптографии и теории квантовых вычислений {155}.

Принстонский университет, Соединенные Штаты, 14 апреля 1954 г.

Когда пожилой человек вошел в зал 307 физической лаборатории Палмера, собравшиеся там 60 студентов немедленно затихли. Студенты были воодушевлены и взволнованы. Все понимали, что являются свидетелями исключительного события. Без сомнения, единственный раз в жизни им предстояло увидеть и услышать речь величайшего физика всех времен, живую легенду науки XX в. – Альберта Эйнштейна. Им предстояло присутствовать на последней лекции великого человека.

Годом ранее некоторым из них посчастливилось получить приглашение на чаепитие в дом Эйнштейна, Мерсер-стрит, 112, где они могли напрямую задать мэтру волновавшие их вопросы: от природы электричества и основ единой теории поля до расширения Вселенной и отношения Эйнштейна к квантовой теории. С изяществом и благожелательностью Эйнштейн вступил в игру и подробно отвечал на все вопросы. Его даже не смутило, когда наиболее отважный студент решился спросить: «Профессор Эйнштейн, что станет с этим домом, когда вас больше не будет?» Широкая улыбка осветила лицо пожилого человека. Без заминки он ответил на хорошем английском с легким немецким акцентом: «Этот дом никогда не станет культовым местом, куда будут приходить паломники посмотреть на кости святого».

Американский физик-теоретик Джон Арчибальд Уилер начал преподавать теорию относительности (специальную и общую) на физическом факультете Принстонского университета с осени 1952 г. Это была его идея пригласить студентов своего курса на чаепитие в дом Эйнштейна в мае 1953 г., чтобы таким образом мотивировать их к более глубокому изучению теории относительности. И именно он убедил Эйнштейна весной 1954 г. прийти, чтобы провести семинар для избранной группы студентов физического факультета. Конечно, информация о предстоящем семинаре быстро распространилась, и большое количество студентов со смежных кафедр, особенно математики, пришли, чтобы услышать Эйнштейна. В группу студентов, заполнившую небольшой лекционный зал, удалось втиснуться и нескольким профессорам.