Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - [230]
Не нуль в подобных выражениях – причина, из которой с математической неизбежностью следует, что две величины «враждуют», т. е. не могут иметь численные значения одновременно. Каждой физической величине отвечает оператор, полученный «надеванием шляпы» на эту величину, и враждуют те и только те, для которых действие их операторов на волновые функции дает разные результаты при применении в разном порядке. Постоянная, возникающая при сравнении двух последовательностей действий, всегда пропорциональна постоянной Планка ħ – из-за чего мы и говорили на прогулке 10, быть может, несколько вольно, что вражда происходит из-за того, что постоянная Планка вторгается в отношения тех или иных величин. Правда, без работы тогда не остается наш дежурный фокусник: он ловко строит одни состояния из других именно для тех пар величин, которые враждуют так же, как координата и количество движения вдоль одного и того же направления.
Эксперименты против лазеек в неравенствах Белла. Нарушение неравенств Белла неоднократно проверялось экспериментально, в том числе в последнее время, с целью исключения каких-либо «лазеек», которые могли бы спасти локальный реализм. Использование все более современных приборов и технологий делает возможными весьма изощренные по своей постановке эксперименты. Дополнительная мотивировка таких исследований состоит в том, что запутанность лежит в основе квантовых компьютеров и квантового шифрования, из-за чего вопрос о природе запутанности (и если она все же опирается на скрытые параметры, то и о способах воздействия на нее) приобретает явное практическое значение. При проверках нарушения неравенств Белла следовало прежде всего исключить даже принципиальную возможность обмена сигналами между «Аней» и «Яшей» (разумеется, со скоростью, ограниченной скоростью света). Выбор направлений a или a′ и b или b′, под которыми они ориентировали свои детекторы, делался в экспериментах двумя квантовыми генераторами случайных чисел, которые срабатывали каждый раз, когда очередная запутанная пара (фотонов, с которыми намного удобнее работать, чем с электронами) была уже в пути от места создания к детекторам; два события выбора ориентации были причинно не связанными между собой. Неравенства Белла оказались успешно нарушенными, «коммуникационная» лазейка была таким образом исключена, но внимание затем переключилось на «лазейку выборки». Дело в том, что эксперименты требуют измерений со множеством запутанных пар, на основе которых затем вычисляются средние, но в реальности в формировании этих средних участвуют не все запутанные фотоны, которые производит «Петя», – по той простой причине, что детекторы одиночных фотонов не обеспечивают стопроцентный уровень регистрации. Что, если экспериментаторы наблюдают лишь «перекошенную» выборку, а если бы они анализировали все запутанные пары, то неравенства Белла не нарушались бы? В 2015 г. технически сложный эксперимент по измерению спинов двух электронов, каждый из которых был связан с точечным дефектом в своем образце алмаза (но которые тем не менее удалось запутать на расстоянии 1280 м друг от друга), исключил лазейку выборки, причем заодно с лазейкой коммуникации. Почти одновременно две другие группы экспериментаторов смогли добиться того же результата и в опытах с фотонами.
Но это не все, что надлежало проверить; еще одна лазейка хорошо иллюстрирует характер применяемого здесь критического мышления. Да, за выбор между направлениями a и a′ и направлениями b и b′ отвечали квантовые генераторы случайных чисел; но ведь если исходы событий управляются скрытыми параметрами, то это должно в равной мере относиться и к созданию запутанной пары, и к работе самих генераторов! А тогда в прошлом могла бы, в принципе, иметься причина, действие которой внесло некоторую корреляцию в распределение скрытых параметров при производстве пары и при выборе направлений. При этом, как выясняется, корреляции могли бы быть вполне «мягкими»: чтобы «симулировать» такое же нарушение неравенств Белла, как то, что обеспечивает квантовая механика с правилом Борна, достаточно обмена информацией в 20 раз меньшего объема, чем требовалось бы передавать внутри ЭПР-пар, если открыто нарушать локальность (т. е. посылать сигналы быстрее света). Для устранения этой лазейки – фактически отсутствия полной свободы в процессе измерения – применялись два подхода. В первом использовался человеческий фактор: 30 ноября 2016 г. более 100 000 волонтеров по всему миру играли в специальную компьютерную игру, целью которой было произвести «как можно более случайный» набор нулей и единиц, которые и использовались для выбора направлений/ориентации в детекторах. Оказалось, что неравенства Белла успешно нарушаются, когда экспериментом управляет «совокупная воля» всех участников. Во втором подходе для выбора ориентации детекторов использовался свет от далеких объектов: в первоначальном варианте – от звезд в нашей Галактике, а около года спустя (в 2018 г.) от двух квазаров, находящихся на расстоянии 7,78 млрд и 12,21 млрд световых лет от нас. Было задействовано два телескопа: в зависимости от характеристик света, приходящего «сейчас» в телескоп «у Ани», ее детектор переключался между ориентациями 22,5° и 67,5°; другой телескоп управлял переключением детектора между ориентациями 0° и 45° «у Яши». Были, разумеется, приняты меры, чтобы в принципе исключить причинную связь между событиями выбора у Ани и у Яши. В таком случае, если какая-то причина все же обеспечивает нарушения неравенств Белла, действуя через скрытые параметры, то она по необходимости должна находиться в таком далеком прошлом, чтобы влиять на
