На лужайке Эйнштейна. Что такое НИЧТО, и где начинается ВСЕ - Аманда Гефтер

После того как вы отказываетесь от понятия независимых от наблюдателя квантовых состояний, парадокс второго наблюдателя исчезает. В конце концов, парадокс возникает из-за противоречивых описаний, которые Вигнер и его друг дают одним и тем же событиям. Но эти описания противоречивы, только если мы предположим, что существует единственная реальность, которую они оба пытаются описать. Друг Вигнера говорит, что волновая функция атома претерпела редукцию; Вигнер говорит: нет, атом и друг Вигнера сейчас находятся в состоянии суперпозиции. Что же происходит на самом деле? Согласно Ровелли, не существует никакого «на самом деле». Редукция волновой функции произошла для друга Вигнера. Но она не произошла для самого Вигнера. Вот и все.

«Основная мысль Бора и Гейзенберга, состоявшая в том, что „никакое явление не становится явлением, пока оно не становится наблюдаемым явлением“, должна применяться, следовательно, к каждому наблюдателю по-отдельности, – писал Ровелли. – Такое описание физической реальности, хотя и принципиально фрагментированно… но полно».

С одной стороны, это меня не удивило. Или, по крайней мере, не должно было. Я была подготовлена к этому всем тем, что узнала за это время. Мертв ли слон, обуглившись при приближении к горизонту, или жив, хотя и дрожит от ужаса, пересекши его? Ответ зависит от того, кому задан вопрос. Не существует глобального, божественного знания «истины». Истина зависит от наблюдателя. С другой стороны, Ровелли, казалось, возводит принцип зависимости от наблюдателя на другой качественный уровень. Он делает все зависящим от наблюдателя и в ходе этого заново переосмысливает квантовую механику.

Фундаментальная физика развивается благодаря парадоксам. Так было всегда. Парадокс, который привел Эйнштейна к теории относительности: законы физики должны быть одни и те же для всех, и в то же время, учитывая относительность распространения света, законы физики не могут быть одинаковыми для всех. Парадокс привел Полчински к открытию D-бран: открытые струны должны были подчиняться T-дуальности, и в то же время, учитывая их граничные условия, они не могли не нарушить T-дуальность. Еще один парадокс привел Сасскинда к открытию его принципа дополнительности: информация не должна бесследно исчезать в черной дыре, и в то же время, согласно общей теории относительности, информация не могла вырваться из черной дыры. И еще один парадокс заставил все физическое сообщество задаться вопросом, имеет ли каждый наблюдатель свое собственное квантовое описание мира: запутанность должна быть моногамной, и в то же время, учитывая принцип эквивалентности, запутанность не может быть моногамной.

Есть только один способ разрешить парадокс – вы должны отказаться от некоторых основополагающих предположений, и в первую очередь от тех ложных предположений, из-за которых парадокс возник. Для Эйнштейна это были абсолютность пространства и времени. Для Полчински это была неподвижность подмногообразия, к которому были прикреплены открытые струны. Для Сасскинда это была инвариантность пространственно-временной локальности. Для всех, кто участвует в этом бардаке с файерволами, это был постулат о том, что квантовая запутанность не зависит от наблюдателя.

Квантовая механика устраивает нам вынос мозга, предлагая еще один парадокс: кот должен быть жив и мертв одновременно, и в то же время, учитывая наш опыт, кот не может быть и жив и мертв в одно и то же время. Ровелли разрешил этот парадокс, указав на изначально противоречивое предположение: что существует единая реальность, общая для всех наблюдателей. Что вы можете говорить о мире, подразумевая более одной точки зрения единовременно. Что существует какой-то инвариантный способ сказать о Вселенной, какова она «на самом деле».

Я позвонила отцу, и мы несколько часов обсуждали статью Ровелли, говоря о ее последствиях для окончательной реальности, пока не взошло солнце. Или пока солнце не взошло для меня.

Реляционная квантовая механика Ровелли, в которой редукция волновой функции становится зависимой от наблюдателя, позволила ему объяснить мысленный эксперимент, который предложил сам Эйнштейн, надеясь, что он разорвет квантовую теорию по швам: ЭПР.

Убежденного реалиста Эйнштейна возмущало, что в квантовой теории каким-то образом частицы не имеют свойств до тех пор, пока эти свойства не измеряются. Если квантовая механика имеет вероятностный характер, говорил он, вероятности отражают наше субъективное незнание, а не какую-либо объективную неопределенность самой реальности.

Эйнштейн (Э), вместе с Борисом Подольским (П) и Натаном Розеном (Р), предложил мысленный эксперимент, чтобы доказать это. Суть ЭПР-эксперимента была проста: у вас есть две квантово-запутанные частицы, скажем, электрон и позитрон. Так как они запутаны, то две частицы описываются одной волновой функцией, которая может иметь нулевой суммарный спин. Следовательно, если у электрона спин направлен вверх, то у позитрона он должен быть направлен вниз, и наоборот. Их спины должны быть антикоррелированы так, чтобы их суммарный спин всегда был равен нулю.

Запутанная электрон-позитронная пара родилась где-то в центре штата Коннектикут. Частицы разлетелись. Одна прибыла к порогу моего дома здесь, в Бостоне, другая проделала свой путь в сторону Филадельфии. Я решила определить спин электрона. Спин может быть измерен вдоль любой оси пространственной системы координат – x, y или z. Я выбираю x: проекция спина электрона на ось x оказалась направлена вверх. Между тем в Филадельфии мой отец собирается измерить проекцию спина позитрона тоже на ось x. Но результат его измерения уже известен: он должен быть направлен вниз. Отец проводит измерения буквально на долю секунды позже меня. Конечно, проекция спина позитрона направлена вниз.

Эйнштейн видел здесь серьезную трудность. Как так получилось, что частица моего отца «знала» про мои измерения, сделанные за тысячи километров от нее? Сигнал, который моя частица могла отправить частице отца, должен был бы распространяться быстрее света, чтобы достичь Филадельфии до времени его измерения. Как никто другой, Эйнштейн не допускал переноса взаимодействия со сверхсветовой скоростью, он называл его «мистическим дальнодействием». Единственным разумным объяснением, согласно ЭПР, было то, что каждая частица с момента ее рождения обладала вполне определенной проекцией спина: спин электрона был направлен вверх еще до того, как я его измерила, а спин позитрона с самого начала был направлен вниз. Каким-то образом все было как-то устроено с самого начала на самом деле, и наши измерения тут совершенно ни при чем. В конце концов, мы могли бы выбрать ось y или z, и в любом случае частицы с самого начала «знали» бы значения проекций спина на любую из осей. Предопределенность результатов измерений, или «скрытые параметры», никак не отражались на формализме квантовой механики. Следовательно, говорил ЭПР, квантовая механика неполна. Вероятности – следствие неопределенности наших знаний, а не свойство самой реальности.

К сожалению для Эйнштейна, Джон Стюарт Белл подорвал основания для любой такой ЭПР-реальности. Он доказал, что теория с любыми скрытыми параметрами давала бы неверные вероятности для результатов любых многократных измерений, если только скрытые параметры не определяются каким-то мистическим дальнодействием. Единственным способом спасти реальность, независимую от наблюдателя, было нарушать локальность – сердце теории относительности.