Сейчас. Физика времени - [74]

Решающий эксперимент провели Стюарт Фридман и Джон Клаузер в Калифорнийском университете, Беркли. Помню, какое благоговение я испытывал по отношению к их невероятно сложному проекту. Эксперимент требовал величайшей тщательности, потому что любой полученный результат способен был разрушить целый класс разнообразных теорий и оскорбить множество теоретиков. Стюарт, с которым мы подружились достаточно близко, любил шутить, что ничего не открывал: он лишь доказал, что другие физики ошибаются. Ну, тогда достаточно сказать, что ученым, ошибочность утверждений которого он доказал, был Эйнштейн; я считаю это немалым достижением.

Одно из возражений Эйнштейна против квантовой физики заключалось в неприятном свойстве мгновенного коллапса волновой функции. Он называл такой коллапс и другие внезапные изменения жутким дальнодействием[204]. Измерение положения частицы могло, согласно копенгагенской интерпретации, сразу же, мгновенно повлиять на амплитуду частицы, находящейся от измеряющего на расстоянии в несколько световых лет. Ранее Эйнштейн в своей теории относительности показал, что сама концепция мгновенности и одновременности бессмысленна для разделенных объектов. Даже порядок, в котором происходят события, может зависеть от системы отсчета. Это означало, что если одно событие вызывает другое, то в другой СО событие-причина может происходить после события-результата (как в моем парадоксе с тахионным убийством). Эйнштейн исследовал эту проблему в эпохальной работе, написанной с соавторами – Борисом Подольским[205] и Натаном Розеном[206], и их анализ позже получил известность как парадокс Эйнштейна−Подольского−Розена, или ЭПР-парадокс[207] (по заглавным буквам фамилий авторов).

Конечно, у этого парадокса было и простое решение, к которому, собственно, и склонялся сам Эйнштейн. Он предложил иную интерпретацию волновой функции. Это не физический объект, говорил он, представляющий реальность целиком, но всего лишь статистическая функция, отражающая недостаточность и недостоверность наших знаний. Эйнштейн считал, что электрон всегда занимает вполне реальное, но скрытое положение, и квантовая физика просто не знает, что это за положение. Никакие реальные волны не исчезают; никакой коллапс не нужен. В квантовой физике просто недостает некоторого скрытого параметра (к примеру, это может быть реальное положение частицы в пространстве). Добавить его – и физика вновь станет полной, и прошлое вновь полностью определяет будущее.

Аналогию такого подхода можно найти в наших представлениях о газах. Мы не знаем, где находится каждая молекула газа, но у нас есть теория, описывающая свойства частиц в среднем. Давление, которое мы измеряем, и температура – это всего лишь средние значения характеристик громадного числа молекул. Это статистическая теория. Уравнение состояния идеального газа[208] – закон, связывающий давление газа с его объемом и температурой, – представляет собой именно такое статистическое усреднение. Мгновенное давление, измеренное как сумма ударов большой группы молекул в стенку, может выглядеть и иначе, в чем можно убедиться с помощью броуновского движения. Так и в квантовой физике, считал Эйнштейн. Он был уверен, что подлинная теория – это скрытые параметры, а квантовая физика – всего лишь статистическая сумма.

Позже парадоксом ЭПР занялся Джон Белл[209]. Он доказал, что теории скрытых параметров не в состоянии воспроизвести все предсказания квантовой физики. Это означало, что и квантовая теория, и теория скрытых параметров были сфальсифицированы. Проведя соответствующий эксперимент, можно определить, какая из двух верна. Белл проанализировал ситуацию, когда две частицы испускаются в противоположных направлениях (такую схему предложил еще Дэвид Бом[210]), и объявил, что хороший экспериментатор мог бы определить, какой из подходов справедлив – копенгагенская интерпретация или теория скрытых параметров, – с помощью условия, которое сейчас называется неравенством Белла[211]. Работа Белла вдохновила Джона заняться поисками эксперимента, способного продемонстрировать толпе поклонников копенгагенской интерпретации, что теория скрытых параметров, то есть Эйнштейново объяснение квантового поведения, верна.

Убийца теории скрытых параметров

Джон Клаузер был молодым физиком-теоретиком, которого только что взял на работу в Калифорнийский университет один из изобретателей лазера Чарльз Таунс[212]. Клаузер сказал Таунсу, что хочет экспериментально продемонстрировать ситуацию, в которой теория скрытых параметров лучше всего объясняет физические результаты, а копенгагенская интерпретация неверна. Таунс проконсультировался с Юджином Комминсом – профессором, разработавшим экспериментальные методы наблюдения явления, которое мы сегодня называем запутанностью, и они договорились совместно поддержать задуманное исследование. Большую часть практической работы должен был проделать аспирант Комминса Стюарт Фридман.

Фридман и Клаузер планировали поискать результат действия скрытых параметров в фотонном излучении, испускаемом группой атомов кальция; именно такой выбор объектов предложил им Эйвинд Вихман – великий теоретик, всегда, кажется, чуравшийся споров (это мое мнение). Исследователи собирались измерить поляризацию – то есть ориентацию двух фотонов, испущенных одним и тем же атомом кальция. Эти фотоны должны быть схожи, но сходство, предсказанное квантовой теорией, отличается от аналогии, прогнозируемой теорией скрытых параметров. Чуть позже я покажу это более подробно.