ГЛАВА 8. ПАРАДОКС ЭЙНШТЕЙНА-ПОДОЛЬСКОГО-РОЗЕНА

ГЛАВА 8. ПАРАДОКС ЭЙНШТЕЙНА-ПОДОЛЬСКОГО-РОЗЕНА

Идеалистическая интерпретация коллапса квантово-волновой функции держится на нелокальности сознания. Поэтому нам нужно спросить — существуют ли какие-либо экспериментальные доказательства нелокальности. Нам везет. В 1982 г. Ален Аспект и его сотрудники в университете Пари-Зюд провели эксперимент, который убедительно продемонстрировал квантовую нелокальность.

В 1930-е гг. Эйнштейн помогал в создании парадокса, ныне общеизвестного как парадокс ЭПР, с целью доказать неполноту квантовой механики и поддержать реализм. Учитывая философские убеждения Эйнштейна, ЭПР вполне могло бы означать «Эйнштейн в Поддержку Реализма». По иронии судьбы парадокс обернулся ударом по реализму — по крайней мере, по материальному реализму, — и не последнюю роль в этом сыграл эксперимент Аспекта.

Вспомните принцип неопределенности Гейзенберга: в любое данное время можно измерить с абсолютной достоверностью только одну из двух взаимодополнительных переменных — положение или импульс. Это означает, что мы никогда не можем предсказать траекторию квантового объекта. Вместе с двумя своими сотрудниками, Борисом Подольским и Натаном Розеном, Эйнштейн придумал сценарий, который, казалось, противоречил этой неопределенности.

Представьте себе, что два электрона — назовем их Джо и Мо — в течение некоторого времени взаимодействуют друг с другом, а затем перестают взаимодействовать. Эти электроны, разумеется, являются идентичными близнецами, поскольку электроны неразличимы. Предположим, что когда Джо и Мо взаимодействуют, их расстояния от некоторого источника по определенной оси равны соответственно x_J и х_M (рис. 29), Электроны движутся и, следовательно, обладают моментом количества движения (импульсом). Мы можем обозначить эти импульсы (вдоль той же оси) как р_J и р_M. Из квантовой механики следует, что мы не можем одновременно измерить и р_J, и x_J, или и р_M, и х_M вследствие принципа неопределенности. Однако квантовая механика позволяет нам одновременно измерять их расстояние друг от друга (X = x_J - х_M) и их суммарный импульс (Р = р_J + р_M).

Рис. 29. Корреляция Джо и Мо в ЭПР. Расстояние между ними, x_J — х_M, всегда остается одним и тем же, и их общий импульс всегда равен p_J+ р_м

Эйнштейн, Подольский и Розен утверждали, что когда Джо и Мо взаимодействуют, они становятся скоррелированными, поскольку, даже если позднее они перестают взаимодействовать, измерение положения Джо (x_J) позволяет нам точно вычислить, где находится Мо — значение х_M — (так как х_M = x_J — X, где X — известное расстояние между ними). Если мы измеряем p_J (импульс Джо), то можем определить р_M (импульс Мо), так как р_M = P — р_J, а Р известно. Таким образом, выполняя надлежащее измерение Джо, мы можем определять или положение, или импульс Мо. Однако если мы проводим измерения Джо, когда Джо и Мо больше не взаимодействуют, то эти измерения, вероятно, никак не могут действовать на Мо. Таким образом, должны быть одновременно доступны значения положения и импульса Мо.

Вывод ЭПР гласил, что скоррелированный квантовый объект (Мо) должен одновременно обладать определенными значениями и положения, и импульса. Этот вывод поддерживал реализм, так как теперь мы, в принципе, могли определять траекторию движения Мо. Напротив, он, казалось, серьезно компрометировал квантовую механику, поскольку она согласна с идеализмом в том, что траекторию квантового объекта невозможно вычислить, так как траектория не существует — существуют только возможности и наблюдаемые события!

Эйнштейн доказывал, что если траектория скоррелированного квантового объекта, в принципе, предсказуема, но квантовая механика не способна ее предсказать, значит с квантовой механикой что-то не так. Любимый вывод Эйнштейна из этой дилеммы состоял в том, что квантовая механика — это неполная теория. Ее описание состояний двух скоррелированных электронов не полно. Тем самым он косвенно поддерживал идею существования скрытых переменных — неизвестных параметров, которые управляют электронами и определяют их траектории.

Физик Хайнц Пагелс так охарактеризовал концепцию скрытых переменных: «Если представить себе, что реальность — это колода карт, то квантовая теория способна предсказывать лишь вероятность попадания карт различным игрокам при сдаче. Если бы существовали скрытые переменные, это было бы все равно что смотреть в колоду и предсказывать отдельные карты у каждого игрока».

Эйнштейн поддерживал идею детерминистических скрытых переменных для того, чтобы демистифицировать квантовую механику. Помните, он был реалистом. Для Эйнштейна вероятностная квантовая механика подразумевала играющего Бога, а он верил, что Бог не играет в кости. Он считал необходимым заменить квантовую механику какой-нибудь теорией скрытых переменных, чтобы восстановить детерминистический порядок в мире. К сожалению для Эйнштейна, затруднение, создаваемое для квантовой механики анализом ЭПР, можно разрешить, не прибегая к скрытым переменным, — что первым показал Бор. Сообщают, что Бор сказал Эйнштейну: «Не указывайте Богу, что делать».

Для того чтобы возродить траектории и, следовательно, материальный реализм, Эйнштейн, Подольский и Розен исходили из доктрины локальности. Вспомните, что локальность — это принцип, согласно которому любые взаимодействия опосредуются передачей сигналов через пространство-время. Эйнштейн и его коллеги молчаливо допускали, что измерение положения (или импульса) первого электрона (который мы назвали Джо) можно осуществлять, не влияя на второй электрон (Мо), поскольку два электрона разделены в пространстве и во время измерения не взаимодействуют посредством локальных сигналов. Это отсутствие взаимодействия представляет собой то, что мы обычно ожидаем для материальных объектов, поскольку теория относительности, ограничивающая скорость распространения любых сигналов скоростью света, запрещает мгновенное взаимодействие на расстоянии, или нелокальность.

Главный вопрос состоит в разделимости: являются ли скоррелированные квантовые объекты раздельными, когда между ними нет никакого локального взаимодействия, как это, несомненно, обстоит с объектами, подчиняющимися классической физике?

Почему результат ЭПР считается парадоксом? Эйнштейнианский принцип разделимости составляет неотъемлемую часть философии материального реализма, которую Эйнштейн защищал до конца своей жизни. Эта философия считает физические объекты реальными и независимыми друг от друга и от их измерения или наблюдения (доктрина строгой объективности). Однако в квантовой механике трудно поддерживать идею реальности физических объектов, независимой от измерений, которые мы на них проводим. Таким образом, Эйнштейном двигало желание дискредитировать квантовую механику и восстановить материальный реализм в качестве основной философии физики. Парадокс ЭПР утверждает, что мы должны выбирать между локальностью (или разделимостью) и полнотой квантовой механики, а это означает отсутствие какого бы то ни было выбора, поскольку разделимость обязательна.

Но так ли это? Ответ звучит громким «нет!», ибо на самом деле разрешение парадокса ЭПР состоит в признании полной неразделимости квантовых объектов. Измерение одного из двух скоррелированных объектов воздействует на второй. По существу в этом и состоял ответ Бора Эйнштейну, Подольскому и Розену. Когда один объект (Джо) из скоррелированной пары схлопывается в состояние импульса p_J, волновая функция другого (Мо) тоже схлопывается (в состояние импульса Р — p_J), и мы больше ничего не можем говорить о положении Мо. А когда Джо схлопывается в результате измерения положения в x_J, волновая функция Мо тоже немедленно схлопывается, соответствуя положению x_J — X, и мы больше ничего не можем говорить о его импульсе. Коллапс нелокален, точно так же, как корреляция нелокальна. В ЭПР скоррелированные объекты имеют нелокальную онтологическую связь, или неразделимость, и оказывают друг на друга мгновенное, не опосредуемое сигналами влияние — как бы ни трудно было в это поверить с точки зрения материального реализма- Разделимость — это результат коллапса. Только после коллапса имеются независимые объекты. Таким образом, парадокс ЭПР заставляет нас признавать, что квантовая реальность должна быть нелокальной реальностью. Иными словами, квантовые объекты следует представлять себе как объекты в потенции, определяющие нелокальную сферу реальности, которая превосходит локальное пространство-время и, потому, находится вне юрисдикции установленных Эйнштейном пределов скорости.

Хотя Бор понимал неразделимость, он неохотно говорил о квантовой метафизике. Например, он не слишком точно определял, что имел в виду под измерением. С полностью идеалистической точки зрения мы говорим, что измерение всегда означает наблюдение сознательным наблюдателем в присутствии осознания[38]. Таким образом, урок парадокса ЭПР, по-видимому, состоит в том, что скоррелированной квантовой системе присуще свойство определенной неразрывной целостности, включающей в себя наблюдающее сознание. Подобная система обладает врожденной целостностью, которая носит нелокальный характер и превосходит пространство.

Прежде чем следовать этому направлению мысли, мы должны признать, что с чисто экспериментальной точки зрения трудно обосновать корреляцию двух электронов так, как это требуется для разрешения парадокса ЭПР. Действительно ли волновая функция Мо схлопывается, когда мы наблюдаем Джо на расстоянии, когда они не взаимодействуют? Дэвид Бом — инициатор расшифровки послания новой физики — думал о весьма практическом способе коррелирования электронов, таком, который мы можем использовать для экспериментального подтверждения нелокальности коллапса.

Электрон обладает свойством, именуемым спином, которое может иметь два дискретных значения. Думайте о спине как о стрелке на электроне, которая указывает вниз или вверх. Бом предполагал, что в определенных обстоятельствах мы можем заставить два электрона сталкиваться друг с другом таким образом, чтобы после столкновения они были бы скоррелированы в том отношении, что стрелки их спинов указывали бы в противоположные стороны. В этом случае говорят, что оба электрона находятся в «синглетном» состоянии, или скоррелированы по своей поляризации.

Доказательство не локальности: эксперимент Аспекта

Ален Аспект использовал синглетный тип корреляции между двумя фотонами для доказательства наличия не опосредуемого сигналами влияния, действующего между двумя скоррелированными квантовыми объектами. Он подтвердил, что измерение одного фотона воздействует на поляризационно-скоррелированный с ним другой фотон без всякого обмена локальными сигналами между ними.

Представьте себе следующую экспериментальную обстановку: атомный источник испускает пары фотонов, и два фотона каждой пары движутся в противоположных направлениях. Каждая пара фотонов скоррелирована по поляризации — оси их поляризации лежат на одной линии. Таким образом, если вы видите один фотон через поляризующие очки с вертикальной осью поляризации (как их обычно носят), то ваш друг, находящийся на расстоянии по другую сторону от атомного источника, будет видеть второй скоррелированный фотон, только если он тоже носит поляризующие очки с вертикальной осью. Если он наклонит голову так, что ось поляризации его очков станет горизонтальной, то не сможет видеть свой фотон. Если он наклонит голову так, что это позволит ему видеть его фотон, то вы не будете способны видеть второй фотон скоррелированной пары, так как ось поляризации ваших очков не соответствует оси поляризации очков вашего друга.

Разумеется, сами лучи фотонов не поляризованы. Они не имеют конкретной поляризации, пока вы не наблюдаете их с помощью поляризующих очков; все направления лучей имеют одинаковую вероятность проявления. Каждый фотон представляет собой когерентную суперпозицию поляризаций «вдоль» и «поперек» каждого направления; именно наше наблюдение схлопывает фотон с определенной поляризацией — продольной или поперечной. В длинном ряду коллапсов будет столько же коллапсов с так называемой продольной поляризацией, сколько и с поперечной.

Предположим, что вначале оси поляризации очков у вас обоих вертикальны, так что каждый из вас может видеть один из скоррелированных фотонов (рис. 30); но затем вы внезапно наклоняете голову, так что ось поляризации ваших очков становится не вертикальной, а горизонтальной. Своим действием (поскольку вы видите фотон, только если он поляризован горизонтально) вы заставили фотон, который вы видите, принять горизонтальную поляризацию. Однако, как ни странно, ваш друг больше не видит второй фотон пары, если только одновременно не перевернет свои очки, поскольку этот скоррелированный фотон тоже принял горизонтальную поляризацию в результате вашего действия. Это нелокальный коллапс, не так ли?

Рис. 30. Наблюдения поляризационно-скоррелированных фотонов

Если вы действительно верите в материальный реализм, то видите в этом квантово-теоретическом построении событий нечто странное, поскольку то, что вы делаете с одним фотоном, одновременно влияет на его удаленного партнера. В каком бы направлении вы ни поворачивали свои поляризационные очки, чтобы видеть фотон, скоррелированный партнер этого фотона всегда принимает направление поляризации вдоль той же оси, независимо от того, где и как далеко от вас он находится. Каким образом фотон знает, куда поворачивается, если только он, в каком-то смысле, не узнает об этом от своего партнера? Как он может узнавать мгновенно, игнорируя ограничение скорости любых сигналов величиной скорости света?

Эрвин Шрёдингер в 1935 г. писал: «Весьма неудобно, что [квантовая] теория должна позволять экспериментатору по своей прихоти вводить или направлять систему в то или иное состояние, несмотря на то что он не имеет к ней никакого доступа».

Материальных реалистов в течение последних пятидесяти лет беспокоили следствия таких сильных корреляций между квантовыми объектами для их философии. До недавнего времени они все еще могли доказывать, что влияние опосредуется неведомым нам локальным сигналом между фотонами и что оно, вследствие этого, строго подчиняется принципу реализма. Однако Ален Аспект и его сотрудники в своем революционном эксперименте доказали, что влияние передается мгновенно, и без каких бы то ни было промежуточных локальных сигналов.

В качестве примера предположите, что вы по очереди вытягиваете карты из колоды. Ваш друг, сидящий спиной к вам, говорит людям, какую карту вы вытягиваете, — и каждый раз оказывается прав. Поначалу эта корреляция между вами могла бы сбивать зрителей с толку. Однако со временем люди бы сообразили, что вы каким-то образом подаете своему другу локальный сигнал. Именно так работают многие так называемые магические фокусы. Теперь предположите, что в силу обстоятельств для обмена локальным сигналом между вами и вашим другом просто нет времени. Тем не менее магия корреляции продолжает действовать — вы вытягиваете карту, и ваш друг правильно ее называет. Таков странный и чрезвычайно важный результат эксперимента Алена Аспекта.

Аспект использовал поляризационно-скоррелированные фотоны, испускаемые в противоположных направлениях атомами кальция. На пути каждого пучка фотонов был установлен детектор. Решающей особенностью эксперимента — которая делала его вывод неопровержимым — было использование переключателя, менявшего настройку поляризации одного из детекторов через каждую одну десятимиллиардную долю секунды (это время короче, чем требуется свету или другому локальному сигналу для прохождения расстояния между двумя детекторами). Но даже в этом случае изменение настройки поляризации детектора переключателем изменяло результат измерения в другом месте — как и должно было быть, согласно квантовой механике.

Как информация об изменении настройки детектора доходила от одного фотона до его скоррелирован-ного партнера? Несомненно, не с помощью локальных сигналов. Для этого было недостаточно времени.

Как это можно объяснить? Возьмем принадлежащее Пагелсу сравнение реальности с колодой карт. Результаты эксперимента Аспекта подобны тому, чтобы карты, вытягиваемые в Нью-Йорке, были тождественны картам, вытягиваемым в Токио. Остается вопрос: заключена ли тайна нелокальности в самих картах, или сознание наблюдателя тоже вступает в игру?

Материальные реалисты неохотно признают, что квантовые объекты имеют нелокальные корреляции и что если принимать сценарий коллапса всерьез, то квантовый коллапс должен быть нелокальным. Однако они отказываются видеть значение этого и потому упускают самое важное в новой физике.

Один способ разрешения парадокса ЭПР состоит в том, чтобы постулировать, что за сценой пространства-времени существует эфир, в котором допускается передача сигналов быстрее скорости света. Это решение также означало бы отказ от локальности и материализма, и потому было бы неприемлемым для большинства физиков. Кроме того, сверхсветовые сигналы делали бы возможным путешествие во времени в прошлое; такая перспектива беспокоит людей, и не без оснований.

Я предпочитаю очевидную интерпретацию эксперимента Аспекта. Согласно идеалистической интерпретации, в этом эксперименте именно ваше наблюдение коллапсирует волновую функцию одного из двух скоррелированных фотонов, заставляя его принимать определенную поляризацию. Волновая функция его скоррелированного партнера тоже немедленно схлопывается. Сознание, способное мгновенно схлопывать волновую функцию фотона на расстоянии, само должно быть нелокальным, или трансцендентным. Таким образом, вместо того чтобы считать нелокальность свойством, опосредуемым сверхсветовыми сигналами, идеалист утверждает, что нелокальность — неотъемлемый аспект коллапса волновой функции скоррелированной системы и, значит, атрибут сознания.

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.

Теорема Белла: погребальный звон по материальному реализму

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:

Джо: АРРРРАРРАРААРААА

Мо: АPAРРААРАРРАPAPA

Если представлять себе поляризации как сообщения в двоичном коде, то эти сообщения больше не одинаковы для обоих наблюдателей: в сообщении Мо (по сравнению с сообщением Джо) на каждые четыре наблюдения приходится одна ошибка.

Теперь становится очевидным случай соотношения неравенства, описанного Беллом. Начнем с параллельным расположением детекторов; теперь наблюдаемые последовательности идентичны. Изменим установку детектора Мо на угол А (рис. 31, б), и последовательности перестают быть одинаковыми; теперь они содержат ошибки — в среднем одну ошибку на каждые четыре наблюдения. Аналогичным образом, вернемся к параллельной установке детекторов, и на этот раз изменим установку детектора Джо на тот же угол А (рис. 31, в); снова будет в среднем одна ошибка на каждые четыре наблюдения. Этот результат не зависит от того, как далеко друг от друга находятся детекторы и их наблюдатели. Один может быть в Нью-Йорке, другой в Лос-Анджелесе, а источник фотонов — где-то посередине.

Рис. 31. Как возникает неравенство Белла. Если бы скрытые переменные были локальными, то частота появления ошибок (отклонение от полной корреляции) в экспериментальной обстановке (г) была бы равна, самое большее, сумме частот появления ошибок в двух обстановках (б) и (в)

Если локальность справедлива, если постулируемые скрытые переменные, которые заставляют фотоны принимать определенные направления поляризации, требуемые ситуацией, локальны, то мы можем с полной уверенностью говорить: что бы вы ни делали с детектором Джо, это не может изменять сообщение Мо — во всяком случае, не мгновенно. И наоборот. Таким образом, если, начав с параллельных установок, наблюдатель Джо поворачивает детектор Джо на угол А и если наблюдатель Мо одновременно поворачивает детектор Мо на тот же угол в противоположную сторону (так что детекторы теперь расположены под углом 2А друг к другу, рис. 32, г), то какова должна быть частота появления ошибок? Если справедливо предположение локальности скрытых переменных, то действие каждого наблюдателя приводит, в среднем, к одной ошибке на четыре наблюдения, так что суммарная частота появления ошибок составит 2 на четыре наблюдения. Однако может случиться, что ошибка Джо время от времени погашает ошибку Мо. Таким образом, частота появления ошибок будет меньшей или равной 2/4 — это и есть неравенство Белла. Однако квантовая механика предсказывает частоту появления ошибок 3/4. (Доказательство этого выходит за рамки данной книги.) Итак, теорема Белла гласит: теория локальных скрытых переменных несовместима с квантовой механикой.

Неравенства Белла подвергались экспериментальному исследованию. В 1972 г. физики из Университета Беркли Джон Клаузер и Стюарт Фридман показали, что неравенства Белла действительно нарушаются, и квантовая механика реабилитирована. Затем Аспект своим экспериментом доказал, что между двумя детекторами вообще не может быть никаких локальных сигналов.

Заметьте, что работа Белла (а также работа Бома, поскольку она привела к идее измерения поляризационной корреляции) подготовила почву для эксперимента Аспекта, утвердившего нелокальность в квантовой механике. Теперь вы можете оценить, почему на конференции по физике в 1985 г. группа физиков пела на мотив «Колокольчики звенят» («Jingle Bells») такие слова:

Singlet Bohm, singlet Bell

Singlet all the way.

Oh, what fun it is to count

Correlations every day.

(Синглет Бом, синглет Белл, всю дорогу синглет.

Ах, как весело каждый день считать корреляции.)

Согласно теореме Белла и эксперименту Аспекта, если скрытые переменные существуют, они должны быть способны мгновенно воздействовать на скоррелированные квантовые объекты, даже если они находятся в разных концах галактики. Когда в эксперименте Аспекта один экспериментатор изменяет настройку своего детектора, скрытые переменные управляют не только фотоном, достигающим этого детектора, но и его далеким партнером. Скрытые переменные способны действовать нелокально. Теорема Белла разрушает догму локальных причины и следствия, принятую в классической физике. Даже если вводить скрытые переменные, чтобы найти причинную интерпретацию квантовой механики, как это делает Дэвид Бом, эти скрытые переменные должны быть нелокальными.

Дэвид Бом сравнивает эксперимент Аспекта с видением рыбки на двух разных экранах двух телевизоров. Что бы ни делала одна рыбка, делает и другая. Если считать изображения рыбки первичной реальностью, это кажется странным, но с точки зрения «реальной» рыбки, все очень просто.

Аналогия Бома напоминает аллегорию Платона о тенях в пещере, но есть одно различие. В теории Бома свет, который проецирует изображение реальной рыбки, — это не свет творческого сознания, а свет холодных, причинных скрытых переменных[41]. Согласно Бому, все, что происходит в пространстве-времени, определяется тем, что происходит в нелокальной реальности за пределами пространства-времени. Если бы это было так, то наши свободная воля и творческая способность, в конечном счете, были бы иллюзиями, и человеческая драма не имела бы никакого смысла. Идеалистическая интерпретация обещает прямо противоположное: жизнь наполнена смыслом.

Это немного похоже на разницу между кино и сценической импровизацией. В фильме действие и диалог определены и закреплены, а в живой импровизации возможны вариации.

Согласно идеалистической интерпретации, нарушение неравенств, описанных Беллом, означает нелокальную корреляцию между фотонами. Для объяснения не нужны скрытые переменные. Разумеется, чтобы коллапсировать волновую функцию нелокально скоррелированных фотонов, сознание должно действовать нелокально.

Если вернуться к аналогии Бома с рыбкой и ее изображениями на двух телевизорах, то идеалистическая интерпретация согласна с Бомом в том, что рыбка существует в другом порядке реальности; однако этот порядок — трансцендентный порядок в сознании. «Реальная» рыбка — это форма возможности, уже имеющаяся в сознании. В акте наблюдения изображения рыбки одновременно возникают в мире проявления как субъективный опыт наблюдения.

Возьмем еще одну грань эксперимента Аспекта. Этот эксперимент и концепция квантовой нелокальности позволили некоторым людям надеяться, что дело тем или иным образом касается нарушения причинности — идеи, что причина всегда предшествует следствию. Не обязательно. Поскольку каждый наблюдатель в эксперименте Аспекта всегда видит неупорядоченную смесь 50—50 поляризаций A и Р, с их помощью невозможно посылать сообщение. Видимая нами корреляция между данными обоих наблюдателей появляется после того, как мы сравним два набора данных. Только тогда ее значение возникает в наших умах. Поэтому теорема Белла и эксперимент Аспекта подразумевают не нарушение причинности, а то, что одновременно происходящие события в нашем пространстве-времени можно осмысленно относить к общей причине, находящейся в нелокальной сфере вне пространства и времени. Эта общая причина — акт нелокального коллапса волновой функции сознанием. (То обстоятельство, что значение обнаруживается постфактум, чрезвычайно важно и будет снова всплывать в этой книге[42].)

Эксперимент Аспекта показывает не передачу сообщения, а коммуникацию в сознании, общность, вдохновляемую общей причиной[43]. Психолог Карл Юнг ввел в обиход термин синхроничность для описания иногда переживаемых людьми значащих совпадений — совпадений, которые случаются без причины, за исключением, возможно, общей причины в трансцендентной сфере. Нелокальность эксперимента Аспекта точно соответствует данному Юнгом описанию синхроничности: «Синхроничные феномены доказывают одновременное происшествие значимых эквивалентностей в разнородных, причинно не связанных процессах; иными словами, они доказывают, что содержание, воспринимаемое наблюдателем, может в то же самое время быть представленным внешним событием, без всякой причинной связи между ними. Из этого следует, что либо психика не может быть локализована во времени, либо что пространство вторично по отношению к психике». Далее Юнг высказывает, на наш взгляд, поразительную догадку: «Поскольку психика и материя содержатся в одном и том же мире и, более того, постоянно соприкасаются друг с другом, и, в конечном счете, основываются на непредставимых трансцендентных факторах, не только возможно, но даже вполне вероятно, что психика и материя — это два разных аспекта одной и той же вещи». Эта характеристика будет полезна в нашем рассмотрении проблемы ума-мозга.

Если синхроничность все еще кажется вам неясной концепцией, возможно, делу поможет следующая история. Рэбби шел по городской площади, когда на него с балкона внезапно упал человек. Поскольку падение человека было прервано рэбби, с ним ничего не случилось, но у бедного рэбби была сломана шея. Так как рэбби был уважаемым мудрым человеком, который всегда учился сам и учил других на собственном жизненном опыте, его последователи спрашивали: «Рэбби, какой урок в том, что ваша шея сломана?» Рэбби отвечал: «Ну, обычно говорят — что посеешь, то и пожнешь. Посмотрите, что случилось со мной. Человек падает с балкона, и я ломаю себе шею. Кто-то сеет, а кто-то пожинает». Это синхроничность.

Так же обстоит дело и с двумя скоррелированными фотонами или электронами, или с любой другой квантовой системой. Вы наблюдаете один из них, и это мгновенно действует на другой, поскольку нелокальное сознание синхронично коллапсирует их волновые функции.

У Юнга был термин для обозначения трансцендентной сферы сознания, где находится общая причина синхронных событий — коллективное бессознательное. Оно называется «бессознательным» потому, что в норме мы обычно не осознаем нелокальной природы этих событий. Юнг эмпирически обнаружил, что, в дополнение к открытому Фрейдом личному бессознательному, существует надличностный коллективный аспект нашего бессознательного, который должен действовать вне пространства-времени, то есть быть нелокальным, так как он оказывается независимым от географического происхождения, культуры или времени.

Нелокальные корреляции теоремы Белла и эксперимента Аспекта — это акаузальные (беспричинные) совпадения, и их смысл — как и в случае синхроничных событий — всегда возникает постфактум, когда наблюдатели сравнивают свои данные. Если эти корреляции представляют собой примеры описанной Юнгом синхроничности, тогда связанный с этим аспект нелокального сознания должен быть родственным юнговскому коллективному бессознательному. Когда мы наблюдаем квантовый объект, наше нелокальное сознание коллапсирует его волновую функцию и выбирает результат коллапса, но мы обычно не осознаем нелокальности коллапса и выбора. Мы продолжим обсуждение этого вопроса в главе 14.

Физика становится связующим звеном с психологией

Моя интерпретация квантовой механики открывает путь для применения физики в психологии. Однако может быть полезно дальнейшее обсуждение этой интерпретации, поскольку в пылу спора рождается понимание.

Если мы не осознаем действий нелокального сознания, то не является ли нелокальное сознание еще одним ненужным допущением, наподобие допущения скрытых переменных? Хотя, безусловно, можно считать нелокальное сознание аналогичным скрытым переменным, с тем же успехом можно было бы допускать, что идеалистическая интерпретация предлагает новый способ понимания скрытых переменных. Нелокальное сознание не составляет причинных параметров, как их представлял себе Бом, а действует через нас; или, правильнее, оно и есть мы — только в тонко замаскированной форме (и, как свидетельствуют мистики всех времен, человек способен в большей или меньшей степени проникать через эту маскировку). Кроме того, нелокальное сознание действует не с причинной непрерывностью, но с творческой дискретностью — от момента к моменту, от события к событию, как когда коллапсирует квантово-волновая функция ума-мозга. Дискретность, квантовый скачок — это неотъемлемая составная часть творчества; именно скачкообразный выход из системы необходим сознанию, чтобы видеть себя, как при самоотнесении.

Одно время вероятностная квантовая механика побуждала философов по-новому смотреть на проблему свободной воли. Однако если вы до сих пор верите в материализм, вероятность дает только бледное подобие свободной воли. Когда вы стоите на Т-образном перекрестке, куда вам следует двигаться? Определяется ли ваш свободный выбор квантово-механическими вероятностями или представляет собой результат какого-то классического детерминизма, действующего в вашем сознании? Разница не столь важна. Существуют другие ситуации, где в игру вступает настоящая свобода выбора.

Возьмем творческую работу. В творчестве мы постоянно совершаем скачки, которые выбрасывают нас из контекста нашего прошлого опыта. В этих случаях мы должны пользоваться свободой, чтобы быть открытыми к новому контексту.

Или возьмите случай, когда вам приходится принимать моральное решение. Религиозные кредо могут предполагать, что моральные ценности должны диктоваться авторитетным источником, однако более внимательное рассмотрение процесса, посредством которого человеческие существа принимают моральные решения, показывает, что подлинно моральное решение, основанное на вере и ценностях, требует реальной свободы выбора — свободы изменять контекст ситуации.

В качестве примера рассмотрим борьбу за независимость от так называемого благосклонного имперского правления. Обычные насильственные восстания быстро становятся неэтичными — разве не так? Тем не менее Ганди удалось добиться свержения власти Британской империи, потому что он был способен менять контекст борьбы Индии за независимость, раз за разом используя свое единственное оружие: творческий выбор. Его методами были ненасильственный протест против империалистов и отказ от сотрудничества с правительством — эти методы были действенными и, в то же время, этичными.

Важнее всего, возьмем восприятие значения, составляющее общую особенность многих интересных явлений в субъективной сфере. На столе перед вами лежит книга. Человек берет ее и издает бессмысленный звук, целенаправленно привлекая к ней ваше внимание. Вдруг вы понимаете значение его поведения. Он произносит на своем языке слово «книга». Как в вашем сознании возникло значение его действия? Это связано с нелокальностью — со скачком из вашей локальной системы пространства-времени.

Удивительная природа этой коммуникации может быть не очевидной для вас, поскольку она столь привычна. Однако представьте себе, что вы — слепоглухая от рождения юная Хелен Келлер. Когда Энни Салливэн поочередно опускала руку Хелен в воду и писала пальцем на ее ладони слово «вода», она использовала тот же контекст коммуникации, как в вышеприведенном примере со словом «книга». Хелен, должно быть, думала, что ее учительница сошла с ума, пока до нее не дошел смысл действий Энни — пока она не совершила скачка из своего существующего контекста в новый контекст.

«Чем больше вселенная кажется понятной, тем больше она кажется лишенной смысла», — пишет лауреат Нобелевской премии Стивен Уайнберг в заключении своей популярной книги о космологии. Мы согласны с этим. Такие концепции, как нелокальное и объединяющее сознание, и идея нелокального коллапса делают вселенную менее понятной для материалистического ученого. Эти понятия также делают вселенную гораздо более осмысленной для всякого другого.

Дальновидение как нелокальный квантовый эффект

Согласно идеалистической интерпретации, наблюдение квантовых нелокальных корреляций также очевидное проявление нелокальности сознания. Можем ли мы поэтому находить подтверждение квантовой нелокальности в субъективном опыте? Существуют ли такие свидетельства? Да. Такие свидетельства спорны, но интересны.

Представьте себе, что перед вашим мысленным взором появляется изображение статуи, которую вы никогда не видели, причем так явственно, что вы можете ее нарисовать. Далее, представьте себе, что ваш друг действительно смотрит на статую в тот самый момент, когда ее изображение появляется у вас в голове. Это было бы телепатией, или дальновидением, и вполне могло бы быть примером коммуникации через посредство нелокального сознания.

Скептический ученый, возможно, заподозрит, что вам заранее известно, что будет рассматривать ваш друг. Поэтому предположите, что два исследователя с помощью компьютера организовали эксперимент так, что ни вы, ни ваш друг (и, если на то пошло, ни сами исследователи) не знали бы заранее, какой объект будет рассматриваться, а знали бы только время, когда должна происходить телепатическая передача.

Скептик все равно может возражать, что рисунок допускает разные интерпретации. Можете ли вы объективно решить, действительно ли ваш рисунок соответствует тому, что видел ваш друг? Поэтому исследователи используют беспристрастных судей — или, даже лучше, компьютер — для сравнения десятков ваших рисунков с десятками мест, которые видит ваш друг. Надеялись бы вы на то, что скептически настроенный ученый изменит свою точку зрения на телепатию?

Такие эксперименты проводились во многих различных лабораториях, и положительные результаты были получены с испытуемыми как обладавшими, так и не обладавшими парапсихическими способностями. Корреляции по-прежнему сохранялись. Тогда почему же телепатия все еще не признана в качестве научно обоснованного открытия? Одна причина, с научной точки зрения, состоит в том, что данные по экстрасенсорному восприятию (ЭСВ) не являются строго воспроизводимыми — они воспроизводимы только статистически. В связи с этим, существует мнение, что если бы ЭСВ было возможно, мы могли бы каким-то образом передавать с его помощью значащие сообщения, что создавало бы хаос в упорядоченном мире причинности. Однако самой важной причиной скептицизма в отношении ЭСВ может быть то, что оно, по-видимому, не связано ни с какими локальными сигналами, воспринимаемыми нашими органами чувств, и потому запрещено материальным реализмом.

Можно попытаться объяснить данные по дальновидению как переживания нелокальной корреляции, возникающие в нашем опыте потому, что наш ум имеет квантовую природу. (Если необходимо, ненадолго откажитесь от своего неверия.) С точки зрения квантовой нелокальности, которую продемонстрировал эксперимент Аспекта, проблема ЭСВ, по-видимому, состоит в выборе. Только два скоррелированных телепата, подобно двум фотонам в эксперименте Аспекта, нелокально разделяют информацию. В том эксперименте то, что фотоны скоррелированы, показывает выбор экспериментальной обстановки, источника фотонов и значения, приписываемого данным. Аналогичным образом, корреляция экстрасенсов в эксперименте по дальновидению должна быть связана с подготовкой эксперимента, обстановкой и значением, приписываемым данным.

И беспричинность, и значение в дальновидении (и, возможно, в ЭСВ в целом) решительно свидетельствуют в пользу понимания этих феноменов как событий синхроничности, вызываемых нелокальным квантовым коллапсом. Вспомните, что причина, по которой нелокальный квантовый коллапс не противоречит принципу причинности, состоит в том, что он не допускает передачу сообщений.

Так же это могло бы быть и с дальновидением. Возможно, нелокальная коммуникация между экстрасенсами не связана с передачей полезной информации. Корреляция между отдаленным видением одного экстрасенса и рисованием скоррелированного с ним другого экстрасенса носит статистический характер, и значение коммуникации становится очевидным только после сравнения рисунка с рассматривавшимся местом. Точно так же в эксперименте Аспекта значение коммуникации между скоррелированными фотонами становится явным только после сравнения двух наборов отдаленных друг от друга наблюдений.

Недавний эксперимент мексиканского нейрофизиолога Джакобо Гринберга-Зильбербаума и его коллег прямо поддерживает идею нелокальности в человеческом уме-мозге — этот эксперимент представляет собой мозговой эквивалент эксперимента Аспекта с фотонами. Двух испытуемых просили общаться в течение тридцати или сорока минут, пока они не начинали чувствовать «общение напрямую». Затем они входили в отдельные клетки Фарадея (боксы из металлической сетки, блокирующие все электромагнитные сигналы). Теперь одному испытуемому без ведома его партнера предъявляли мигающий световой сигнал, который приводил к появлению у него в мозге «вызванного потенциала» (электрофизиологической реакции на сенсорный стимул, регистрируемой с помощью ЭЭГ). Но, как ни удивительно, пока партнеры по эксперименту поддерживали свое «общение напрямую», в мозге второго испытуемого также проявлялась электрофизиологическая активность, названная «потенциалом переноса», весьма сходная по своей форме и силе с вызванным потенциалом в мозге первого испытуемого, подвергавшемся стимуляции. (По контрасту с этим у испытуемых из группы контроля не было никакого потенциала переноса.) Простое объяснение этих результатов — квантовая нелокальность: в силу свой квантовой природы два ума-мозга действуют как нелокально скоррелированная система, в которой корреляция устанавливается и поддерживается через посредство нелокального сознания.