Эксперимент Белла

Эксперимент Белла

Эксперимент, демонстрирующий квантовую сцепленность или взаимосвязанность, иногда называют «единством мира» или экспериментом Белла[17]. Этот эксперимент показал, что фотоны от данного источника света взаимосвязаны.

Подобно всем другим квантовым феноменам, свет иногда ведет себя как частицы, а иногда как волны. Например, представьте себе неоновую лампу, испускающую фотоны во все стороны. Один фотон идет в одном направлении, а другой – в противоположном. Удивительный эксперимент, проводившийся с этими фотонами, показал, что все, что бы ни происходило с одной частицей, оказывалось связанным с тем, что происходило с другой, независимо от разделявшего их расстояния¹.

Результаты показывают, что измерения движения одной частицы неразрывно связаны с измерениями движения другой даже после того, как они были разделены во времени и пространстве. Точнее, измерения спина частицы A в одном месте дают информацию о спине частицы-двойника B, находящейся в другой точке пространства-времени. Если я двумя руками бросаю два шарика, один налево, а другой направо, то через 10 минут измерения вращения одного шарика мало что скажут о вращении другого. Как могут быть связанными два разделенных квантовых объекта, если нельзя вообразить ничего, что бы их соединяло?

На самом деле, субатомные частицы, например фотоны, вовсе не похожи на маленькие вращающиеся шарики. По существу, понятие «спин», подобно понятию «частица», – это термин ОР, полезный для описания «псевдовращательных» характеристик квантовых объектов. Понятие спина просто характеризует присущий частице угловой момент, который, подобно угловому моменту вращения шарика, противится изменениям.

Если измерения спина частицы A показывают, что ее момент направлен вверх, мы можем догадываться, что спин частицы B будет направлен вниз. Если мы обнаруживаем, что спин A направлен вниз, то можем предсказывать, что спин B будет направлен вверх. A + B в некотором смысле компенсируют друг друга – они взаимосвязаны, их суммарный спин уравновешен.

Теперь подумаем об этом феномене с более личной точки зрения. Допустим, что вы и я парные фотоны, в некоторый момент покидающие неоновую лампу (см. рис. 19.1). Пусть вы со скоростью света двигаетесь в Москву, в то время как я свечу в направлении Лос-Анджелеса.

Рис. 19.1. Эксперимент Белла

Теперь допустим, что люди в Москве и в Лос-Анджелесе (Л. А.) смотрят на наши головы. Если в данный момент они обнаруживают, что моя голова смотрит вниз, то могут правильно предсказывать, что ваша голова в Москве будет смотреть вверх. Если кто-нибудь в Москве это проверит, то действительно обнаружит, что ваша голова смотрит вверх! Если люди в Л.А. видят, что моя голова смотрит вверх, то москвичи обнаружат, что ваша голова смотрит вниз. Эксперимент Белла показывает, что мы двое, остаемся каким-то неизвестным образом связанными через пространство и время.

В этом суть эксперимента Белла, которую нам нужно знать в настоящий момент. Результаты показывают, что две квантовые сущности, которые первоначально были частями одной и той же системы, совершенно необъяснимым образом остаются взаимосвязанными. Они считаются «сцепленными» (entangled) в том смысле, что если один фотон в системе вращается в одном направлении, то другой должен вращаться в противоположном направлении, чтобы их общий спин уравновешивался².

Эксперимент показывает, что, зная движения одного из сцепленных фотонов, вы знаете движения другого. Аналогия этой сцепленности на человеческом уровне может быть более чем метафорической. Поскольку все человеческие существа происходят от одного и того же источника, называем ли мы его Землей, или богом, или чем-то еще, и поскольку многие из нас ощущают себя происходящими из одной и той же семьи, нас тоже можно считать «спаренными». Чем ближе наше родство или чем больше мы чувствуем, что происходим из одного и того же источника, тем больше мы оказываемся сцеплены связями, которые кажутся выходящими за пределы законов случайности. Опыт связи представляет собой феномен НОР и его, как и все чувство взаимосвязанности, трудно обосновать в терминах ОР.

Тем не менее, многие люди чувствуют себя связанными паранормальным образом. Я часто видел, что если один человек в группе знает, что происходит внутри него, то он многое знает о том, что происходит или вот-вот произойдет в окружающих его других людях. Справедливо и обратное. Если вы знаете меня, то знаете себя. Многие люди всегда чувствовали себя в определенном смысле взаимосвязанными, подобно фотонам в экспериментах Белла. Кажется, будто мы знаем друг друга.

Наши отношения симметричны в том смысле, что мы компенсируем поведение друг друга. Теоретически, эта компенсация существует независимо от того, насколько далеко мы разделены в пространстве или времени. По-другому можно сказать, что не существует никакого определенного местоположения, или что существует «нелокальность».

Если мы будем далее рассматривать наши частицы, оказывается, что если вы знаете поведение одной частицы, скажем, в 2001 году, то будете знать, что будет делать эта частица в 2025 году! Что еще более странно, если вы знаете, что делала одна частица в 2025 году, то можете идти назад во времени и будете знать, что другая частица делала в 1920 году. Более того, связь между двумя сцепленными фотонами так же сильна, когда они находятся на противоположных концах Земли, какой она была бы, если бы их разделяло 3 метра.

Существуют ли скрытые силы, которые соединяют частицы?[18] Никто не знает. На данный момент в квантовой физике причины этого взаимодействия остаются не объясненными. Некоторые люди предполагают, что фотоны связаны посредством сигналов, идущих быстрее скорости света, – так называемых тахионных сигналов. Тахион – это (гипотетическая) частица, способная двигаться быстрее света и не подчиняющаяся теории относительности, которая утверждает, что ничто не может двигаться быстрее скорости света. Слово тахион означает «быстрый».

Если бы тахионы существовали и могли двигаться быстрее скорости света, то они могли бы идти назад во времени, так что будущее могло бы влиять на настоящее и поведение частицы в 2022 году могло бы влиять на поведение другой частицы в 1970 году.

Некоторые физики думают, что между фотонами может быть тахионная коммуникация: тот, что находится в Москве, посылает сигналы вперед и назад во времени тому, что находится в Лос-Анджелесе, – что объясняло бы, как один фотон «знает», что делает другой. Но эту тахионную теорию запрещает один из результатов теории относительности, разработанной Альбертом Эйнштейном. Согласно теории относительности, ничто измеримое не может двигаться быстрее света[19].

Все, что можно сказать в настоящее время, – это то, что локальность или пространственная разделенность частиц перестала быть содержательным понятием. Частицы больше не имеют раздельного местонахождения[20]. В повседневной жизни нет никакой простой аналогии этой «нелокальности» сцепленных квантовых объектов – за исключением того, что никто из нас не живет в отдельной реальности. Утверждать, что спин одной частицы рассказывает нам о другой частицы, – это почти все равно, что утверждать: если вам известно нечто обо мне, то мы можем понимать моего партнера, независимо от того, где он или она находится, независимо от разницы во времени или разделения в пространстве. Если я знаю что-то о своем поведении, то знаю что-то и о вашем. На уровне наших глубочайших, самых чувственных, тонких переживаний мы взаимосвязаны. Как это происходит?