Мир по Эйнштейну. От теории относительности до теории струн - Тибо Дамур

Вышедшая статья ЭПР не вызвала большого резонанса в физическом сообществе. Большинство по-прежнему покоилось на «мягких подушках» копенгагенской интерпретации и не считало необходимым задуматься над новыми перспективами, открываемыми статьей. Только Нильс Бор и Эрвин Шредингер проявили живой интерес к этой работе. Нильс Бор ответил на «парадокс ЭПР», опубликовав статью, по существу состоящую из очередной декларации «догм» принципа дополнительности^{154}. Таким образом, он оправдал то, что Эйнштейн писал о нем Шредингеру сразу после публикации статьи ЭПР и еще до ответа Бора:

«Как философа-талмудиста его совершенно не волнует “реальность”, которая способна лишь подобно огородному чучелу пугать наивные души. Он объясняет, что эти две концепции различаются лишь языком интерпретации».

Под философом-талмудистом здесь подразумевается Бор, который сравнивается с комментатором божественного откровения (имеется в виду принцип дополнительности).

Шредингер же сразу понял, что Эйнштейн затронул тончайшую структуру квантового формализма. В последующие месяцы после публикации ЭПР у них состоялось оживленная дискуссия в письмах. Эйнштейн предложил рассматривать нестабильную систему, как бочку с порохом, которая через какое-то время c вероятностью один к двум взорвется. Эйнштейн заметил, что по истечении этого времени квантово-механическое описание бочки с порохом при помощи амплитуды вероятности задается «своего рода смесью, содержащей еще не взорвавшуюся и уже взорвавшуюся систему». Предложение Эйнштейна (исследовать макроскопическую систему, состояние которой существенно зависит от некоторого случайного процесса) было подхвачено и развито Шредингером в хорошо известном примере кота Шредингера. В нем речь идет о коте, помещенном в ящик с беспощадным механизмом, который убьет или не убьет кота в течение часа в зависимости от того, распадется или нет один-единственный радиоактивный атом. Через час квантовая теория будет описывать кота посредством «амплитуды вероятности» А, отвечающей равновзвешенной суперпозиции амплитуды живого кота и амплитуды мертвого кота. Как согласовать это квантовое описание с тем фактом, что мы никогда не наблюдаем подобных суперпозиций полуживых и полумертвых котов, а видим исключительно либо живых, либо мертвых?

Однако последствия статьи ЭПР глубже. В 1964 г., почти через 30 лет после публикации Эйнштейна, Подольского и Розена, ирландский физик-теоретик Джон Белл детально исследовал дилемму ЭПР в контексте различия так называемой «отделимой» структуры реальности, в которой пространственно разделенные системы не влияют друг на друга, и неотделимой структуры, в которой пространственно разделенные системы остаются связанными между собой, или, как говорят, остаются запутанными, если в прошлом у них была возможность взаимодействовать. В частности, Белл понял, что эти два варианта можно различать при помощи определенного типа измерений квантовых систем, которые взаимодействовали в прошлом. Более конкретно, он показал, что квантовая запутанность, аналогичная ЭПР, для «величин внутреннего вращения», называемых также спинами или поляризациями, двух частиц, вышедших из одной начальной системы со спином равным нулю, должна приводить к корреляциям между измерениями поляризаций двух частиц, и эти корреляции должны быть значительно больше в случае неотделимой квантовой реальности, нежели в случае отделимой «классической» реальности.

Теоретическое открытие Белла вызвало огромный интерес к запутанным явлениям, аналогичным феномену Эйнштейна – Подольского – Розена, и инициировало серию экспериментов по проверке неравенств, полученных Беллом для корреляций между поляризациями разделенных частиц, вышедших из одной изначально закоррелированной системы. Наиболее убедительные экспериментальные данные были получены в 1982 г. в Университете Орсе (Париж, Франция) группой под руководством Алана Аспекта. Результат оказался в полном согласии с предсказаниями квантовой теории, т. е. с неотделимой структурой реальности, в которой две системы, взаимодействовавшие в прошлом, остаются запутанными в будущем, даже если они пространственно разделены. Эксперименты, проведенные в Орсе, подтвердили реальность ЭПР-запутанности для поляризации фотонов, находящихся на расстоянии более 10 м. Более поздние эксперименты, проведенные в Женеве (Швейцария) группой Николаса Гисина, подтвердили реальность ЭПР-запутанности для поляризации двух фотонов, разнесенных на расстояние более 10 км!

Эксперименты по изучению ситуаций, аналогичных ЭПР, показали, что две системы, взаимодействовавшие в прошлом, продолжают вести себя, как если бы они оставались нераздельными, несмотря на их пространственное удаление. Это лишний раз демонстрирует, насколько «квантовая реальность» отличается от «классической». Сделав вклад в прогресс в понимании квантовой теории, запутанные состояния ЭПР и сейчас продолжают оставаться в фокусе многочисленных исследований, поскольку ожидается, что они могут иметь интересные приложения в квантовой криптографии и теории квантовых вычислений^{155}.