Нелокальность - [62]

Для большинства физиков это прозвучало как гром среди ясного неба, и мало кто поверил в такое. Однако постепенно они признали, что локальные структуры не соответствуют реалиям электромагнетизма. Электрический потенциал — это слишком много: заданная разность потенциала может складываться из бесконечного множества абсолютных уровней потенциала, создавая более широкий набор возможностей, чем существует в природе. Электрическое поле — это слишком мало: оно недостаточно насыщено, чтобы уловить смещение волновой картины электрона, точно так же как экран компьютера не может должным образом передать насыщенность цветов картин Шагала. Теоретики нуждались в подходящей структуре. Когда локальные возможности исчерпаны, третий горшок каши, предположительно, должен быть нелокальным.

•

Философам потребовалось еще больше времени, чтобы переварить эти изменения. В числе первых был Ричард Хили из Аризонского университета. Если многие связывают свою любовь к науке с детскими впечатлениями — влиянием кого-то из родителей или учителя, открывшего им глаза на чудеса Вселенной, — то, по словам Хили, у него не было такого примера. «Меня окружали люди, которые знали множество вещей, но ничего не понимали в науке, — вспоминает он. — Я рос в такой обстановке». Школа лишь укрепила его стремление поступать наоборот. «Физика в средней школе заставляла меня страдать, — говорит Хили. — Я ненавидел ее и знал, что эти парни что-то утаивают от меня. Мне хотелось знать больше, а этому не учили в средней школе». Его карьера тоже строилась на наблюдении за тем, что делают другие, и выборе чего-то иного. Поскольку философы в 1990-х гг. в массе своей отрицали калибровочную инвариантность, он, естественно, склонился на ее сторону. «В те времена я чувствовал себя очень одиноко», — признался он коллегам.

Хили завораживает то, что калибровочная инвариантность может привести к открытию нового типа нелокальности, совершенно непохожего на запутанность, которая так мучила Эйнштейна и Джона Белла. Электроны в эксперименте Ааронова — Бома не нужно было приводить в состояние запутанности или подготавливать как-то иначе. Они были больше «зрителями», чем «актерами». В силу своей волновой природы они чувствительны к таким аспектам мира, на которые обычные объекты совершенно не реагируют, и привносят в силовые поля своего рода спящую нелокальность.

Несмотря на отличие от запутанности, нелокальность калибровочной инвариантности имеет сходные эффекты. «Эффект Ааронова — Бома отличают от парадокса Белла, однако у них масса общего», — говорит Хили. Запутанность связывает частицы в единое целое, обладающее коллективными свойствами, которых нет у индивидуальных частиц. Калибровочная инвариантность аналогичным образом наделяет поля свойствами, которые не существуют ни в одном отдельно взятом месте, а присущи широкой области пространства. В обоих случаях система не является простой суммой ее пространственных частей в отличие от свойства локальности, которое Эйнштейн называл принципом отделимости. Поле разделимо почти по определению, поэтому нарушение этого принципа — плохая новость для понятия поля. В то же время и запутанность, и калибровочная инвариантность не противоречат другому определенному Эйнштейном аспекту локальности, принципу локального действия, поскольку ни одно из явлений не позволяет передать сигнал, удаленно управлять дроном или транслировать восторженные чувства предмету обожания на другом конце земли.

Однако если силы не передаются ни полями, ни частицами, то как они вообще передаются? Хили придерживается идеи, восходящей к Дираку и получившей распространение среди физиков после эксперимента Ааронова и Бома. Она строится на следующем ключевом положении: потенциал в отдельно взятой точке может быть неопределенным, однако при сложении потенциалов множества точек, образующих замкнутый контур, его величина становится однозначной. Можно, например, от задней двери вашего дома обойти двор и возвратиться к исходной точке, измеряя по пути электромагнитный потенциал. Отдельно взятые показания будут зависеть от вашего произвольного выбора нулевого уровня потенциала, однако сумма всех показаний окажется независимой от этого выбора. Каким-то образом этот ряд показаний выявляет структуру природы, которую индивидуальные показания выявить не могут. Что бы ни заставляло электричество течь, а магниты притягиваться к холодильнику, это не аккуратная матрица вроде компьютерного дисплея, а запутанное кружево вроде вязаного шарфа. «Петли, а не точки — естественная колыбель электромагнетизма», — говорит Хили.

Петли разнесены (в нарушение отделимости), однако передают электрические и магнитные силы, смещая друг друга (в соответствии с локальностью действия). При обычных обстоятельствах невозможно различить петли и классические поля. Фактически петли стянуты так сильно, что выглядят как точки в регулярной решетке. Однако истинный характер ткани проявляется, когда одна из петель цепляется за гвоздь и выдергивается. В эксперименте Ааронова — Бома наэлектризованная камера действует подобно такому гвоздю, вытягивая одну из петель и создавая эффекты, о которых Максвелл даже не подозревал. При попытке обнаружить эти эффекты с помощью локальной структуры вроде потенциала остается некоторая неопределенность.