Николя Жизан - Квантовая случайность. Нелокальность, телепортация и другие квантовые чудеса

Но скорости, в пятьдесят тысяч раз большей, чем скорость света, может быть не достаточно. Возможно, нам придется повторять эксперимент с большей точностью, чтобы исключить и скорости в миллион раз выше скорости света. Вспомним, что скорость света выше, чем скорость звука в воздухе, примерно в миллион раз (340 м/с против почти 300 000 км/с), так почему следующий рубеж скорости не может быть также в миллион раз выше?

Справка 11. Эксперимент Сатиньи – Жюсси.Представим себе, что Алиса и Боб расположились на оси «восток – запад» и что их измерения одновременны согласно их часам, то есть они одновременны относительно системы отсчета, двигающейся вместе с Женевой. Так как Земля вращается вокруг своей оси, женевская система отсчета все время изменяется, но эти изменения очень медленны и пренебрежимо малы за время, затраченное на измерение. Согласно теории относительности, в этом случае измерения Алисы и Боба также одновременны относительно любой инерциальной системы отсчета, двигающейся в направлении, перпендикулярном к оси Алиса – Боб. То есть относительно любой системы отсчета, которая двигается в плоскости, проходящей через Северный и Южный полюса. За двенадцать часов, пока Земля делает половину оборота вокруг своей оси, эта плоскость также сделает полуоборот и покроет все пространство. Поэтому если Алиса и Боб будут играть в игру Белла в течение двенадцати часов и если такая привилегированная система отсчета существует, то в какой-то момент времени их измерения окажутся в точности одновременны относительно этой особой системы отсчета. И если Алиса и Боб продолжат выигрывать более, чем три раза из четырех, то объяснение через сверхсветовую коммуникацию, отнесенную к особой системе отсчета, будет фальсифицировано. На практике нельзя добиться точной синхронизации, так как при проведении оси «восток – запад» будет допущена некоторая ошибка, да и временем, необходимым для проведения эксперимента Белла, нельзя совершенно пренебречь. Поэтому такие эксперименты могут лишь установить нижний предел скорости для гипотетического сверхсветового действия.

Мы можем также рассмотреть воздействие, способное распространяться на бесконечной скорости, опять же определенной относительно какой-то привилегированной системы отсчета. Математически это возможно, что и показал Дэвид Бом в 1952 году [71](в год моего рождения). Однако эта гипотеза предполагает, что воздействия могут мгновенно соединять произвольные области пространства. Но тогда что такое пространство, если воздействия могут мгновенно соединять произвольные удаленные друг от друга области? В известном смысле принять такие воздействия как объяснение нелокальных корреляций – все равно что признать, что на самом деле они распространяются не в нашем пространстве, а следуют какому-то «черному ходу» нулевой длины вне его. Объяснительная сила такой гипотезы кажется мне слабой [72]. Немногие физики интересуются этой альтернативой, но нужно сказать, что ей сочувствуют многие философы.

Некоторые теоретики пытаются обойти сложность экспериментов, которые могут лишь установить нижнюю границу скорости этих гипотетических воздействий, показывая, что при определенных допущениях любое скрытое сверхсветовое воздействие должно с необходимостью приводить к возможности коммуникации со скоростью выше скорости света [73]. Так как это запрещено теорией относительности, мы можем сделать вывод, что скрытого воздействия не существует ни на каких скоростях. Нужна насыщенная программа исследований, чтобы раз и навсегда исключить любую гипотезу о скрытых воздействий на сверхсветовых скоростях. По счастливому совпадению, во время написания этой книги группа теоретиков смогла исключить все объяснения нелокальности, которые ссылаются на воздействия, распространяющиеся на любой конечной скорости (см. главу 10).

Я хотел бы вкратце обсудить другую идею, которая демонстрирует, как физики пытались придумать способы уйти от принятия нелокальности. Согласно этой гипотезе, выдвинутой Антуаном Суарезом и Валерио Скарани [74], когда прибор Алисы выдает результат, он дает информацию об этом всей Вселенной, и в частности прибору Боба, на сверхсветовой скорости. И наоборот. То есть первый из них, который выдал результат, информирует второго, который затем учитывает это, чтобы выиграть игру Белла. Но, согласно этой гипотезе, сверхсветовая скорость определена не относительно какой-то универсальной привилегированной системы отсчета, а лишь относительно той системы, в которой генерирующий прибор находится в покое. В самом деле, каждый прибор, и в частности каждая часть измерительного аппарата, определяет некоторую инерционную систему таким образом, и было бы интересно изучить следствия той идеи, что эти системы могут определять скорость информации, которую они испускают.

На вид эту гипотезу проверить трудно, и в 1997 году, когда Суарес и Скарани выдвинули ее, она не противоречила ни одному из экспериментов, которые были проведены к тому времени. Но представьте себе такую ситуацию. Алиса и Боб со своими приборами удаляются друг от друга в разные стороны на очень высокой скорости, и поэтому система отсчета, в которой покоится прибор Алисы, отличается от системы, в которой неподвижен прибор Боба. Вспомним, что, согласно теории гравитации Эйнштейна, хронология, или порядок следования двух событий, наблюдаемых из движущихся относительно друг друга систем отсчета, может быть разной. То есть мы можем построить эксперимент таким образом, что Алиса в своей системе отсчета делает выбор и фиксирует результат до Боба, и в том же самом эксперименте Боб в своей системе отсчета делает выбор и фиксирует результат до Алисы. Физики описывают этот эксперимент словами «до – до», так как каждый из двух игроков действует раньше другого! Так магия теории относительности может быть использована для проверки магии квантовой теории.

Основная сложность проведения эксперимента типа «до – до» – это добиться того, чтобы приборы Алисы и Боба двигались достаточно быстро и в самом деле обеспечили обращение хронологического порядка событий в обеих системах. Это действительно трудно, но не невозможно, по крайней мере если применить немного воображения. Конечно, не совсем реально поместить всю лабораторию Алисы в космический корабль. Однако должно быть достаточно привести в движение ее основной компонент, в котором происходит истинно случайное событие. В первом эксперименте в Женеве [75]мы установили детектор на особого рода диске, который вращался со скоростью 10000 оборотов в минуту, что соответствовало линейной скорости на краю диска в 380 км/ч или около 100 м/с [76]. Такая скорость не выглядит большой, ведь свет распространяется со скоростью почти 300000 км/с. Однако, если Алиса и Боб разделены расстоянием свыше 10 км, при хорошей синхронизации уже можно добиться релятивистского эффекта «до – до». Этот эксперимент опроверг гипотезу Суареса и Скарани, хотя в нем и было слабое место: ведь на диске был установлен не настоящий детектор, а лишь поглотитель, в то время как информация о том, был поглощен фотон или нет, эквивалентная результату Алисы, считывалась другим детектором, расположенным на выходе другого интерферометра.