Прямое экспериментальное доказательство парадоксальной реальности квантового мира основывается на современных версиях мысленного эксперимента ЭПР. Современные экспериментаторы измеряют не положение и импульс частиц, а их спин и поляризацию – свойство света, в чем-то аналогичное спину материальной частицы. Дэвид Бом из Биркбек-колледжа в Лондоне ввел идею об измерении спина в новую версию мысленного эксперимента ЭПР в 1952 году, но только в 1960-х были предприняты попытки провести опыты с целью проверить предсказания квантовой теории в такой ситуации. Концептуальный прорыв произошел в 1964 году, когда физик из ЦЕРНа (Европейского центра ядерных исследований неподалеку от Женевы) Джон Белл опубликовал свою работу. Однако чтобы постичь эксперименты, нам нужно сперва отойти в сторону от этой ключевой статьи и убедиться, что мы ясно понимаем, что такое «спин» и «поляризация».

К счастью, в этих экспериментах можно игнорировать многие особенности спина такой частицы, как электрон. Не имеет значения, что эта частица должна «обращаться вокруг своей оси» дважды, чтобы снова оказаться к нам той же стороной. Важным является то, что спин частицы определяет направление в пространстве, верх или низ, подобно тому как спин Земли определяет направление оси север – юг. Электрон может находиться лишь в двух возможных состояниях относительно постоянного магнитного поля: параллельно или антипараллельно ему, что соответствует «верху» и «низу» согласно произвольной договоренности. Пример Бома для ЭПР основывается на паре протонов, связанных друг с другом в конфигурацию, называемую синглетным состоянием. Суммарный угловой момент такой пары протонов всегда равен нулю, и мы можем представить молекулу, раскалывающуюся на такие частицы, которые летят в разные стороны. Каждый из тех двух протонов может обладать угловым моментом и спином, но их спин должен быть равным по величине и противоположным по направлению, чтобы сумма для пары оказывалась равной нулю, как в тот момент, когда они были вместе.

Это простое предсказание, на котором сходятся и квантовая теория, и классическая механика. Если известен спин одной из частиц пары, то известен также и спин второй, поскольку суммарный спин равен нулю. Но как измерить спин одной частицы? В классическом мире измерение легко. Поскольку мы рассматриваем частицы в трехмерном мире, нам нужно измерять три направления спина. Сложенные вместе, три компоненты (используя правила векторного сложения, которые я не буду описывать) дают общий спин. Однако в квантовом мире ситуация принципиально другая. Во-первых, измеряя одну компоненту спина, мы меняем другие компоненты, поскольку векторы спина являются комплементарными и не могут быть измерены одновременно, как и в случае с положением и импульсом частицы. Во-вторых, спин частицы вроде электрона или протона сам по себе квантуется. Если измерить спин в любом направлении, можно получить информацию только о направлении «вверх» или «вниз», иногда это записывают как +1 или -1. Измеряя спин в одном направлении, которое мы можем обозначить как ось 2, можно получить значение +1 (вероятность этого в эксперименте точно равна 50 %). Давайте теперь измерим спин в другом направлении, например по оси у. Какой бы ни получился ответ, давайте теперь вернемся назад и снова измерим спин в первом направлении – тот, который уже «известен». Повторите эксперимент много раз и посмотрите на получившиеся результаты. Выходит, что вне зависимости от того, измерили ли вы спин частицы в направлении % перед измерением в направлении/ и знали ли, что он был направлен «вверх», после у-измерения вы будете получать значение «вверх» для новых ^-измерений только в половине случаев. Измерение дополнительного вектора спина восстановило квантовую неопределенность состояния, которое уже было измерено.

Так что же происходит, когда мы пытаемся измерить спин одной из двух наших разделившихся частиц? Можно считать, что по отдельности каждая частица подвержена случайным флуктуациям компонент своего спина, которые мешают любой попытке измерить целиком спин всей частицы. Но вместе две частицы имеют в точности равный и противоположный спин. Поэтому случайные флуктуации в спине одной частицы уравновешивают равные и противоположные «случайные» флуктуации компонент спина другой частицы. Как и в первоначальном примере ЭПР, частицы связаны друг с другом действием на расстоянии. Эйнштейн считал эту «таинственную» нелокальность абсурдом, свидетельствующим об ошибке в квантовой теории. Джон Белл показал, как можно разработать эксперименты для измерения этой таинственной нелокальности и доказать, что квантовая теория верна.

Большая часть экспериментов, проведенных для проверки этого, использовала поляризацию фотонов, а не спин материальных частиц, однако принцип одинаков. Поляризация – это свойство, которое определяет связанное с фотоном или пучком фотонов направление в пространстве, так же как спин определяет направление в пространстве, связанное с материальной частицей. Поляризационные очки преграждают путь всем фотонам, которые не имеют определенной поляризации, что заставляет мир казаться темнее для того, кто носит очки. Представьте очки из ряда полосок, похожие на жалюзи, а фотоны – как длинные копья. Все фотоны, у которых копья направлены прямо, могут пройти через полоски и быть увиденными глазами. Все фотоны, которые держат копья вертикально, не могут пройти через узкие щели и блокируются. Обычный свет содержит все виды поляризации – фотоны держат копья под разными углами. Существует также так называемая круговая поляризация, когда направление поляризации меняется по мере движения фотона. Продолжая мою аналогию, можно сказать, что это похоже на крутящуюся в руках у мажоретки палочку. Круговая поляризвация бывает правой и левой, и она также может использоваться при проверке точности квантового описания мира. Плоско поляризованный свет, в котором все фотоны держат свои копья под одинаковым углом, может образовываться при отражении в определенных условиях или если свет проходит через вещество, подобное линзе поляроида, которое пропускает только один тип поляризации. И опять же плоско поляризованный свет показывает в действии квантовую неопределенность.

Рис. 10.1. Вертикально поляризованные волны проскальзывают сквозь «частокол».

Рис. 10.2. Горизонтально поляризованные волны блокируются.

Рис. 10.3. Перекрестные поляризаторы останавливают все волны.

Подобно спину частицы на квантовом уровне, поляризация фотона в одном из направлений – это свойство «да – нет». Свет либо поляризован в определенном направлении – например вертикальном, – либо нет. Таким образом, фотоны, которые прошли сквозь одни жалюзи, будут заблокированы другими, повернутыми под прямым углом по отношению к первым. Если первым поляризатором являются жалюзи с горизонтальными отверстиями, то вторым могут быть жалюзи с вертикальными щелями. Действительно, когда два поляризатора «перекрещены» таким образом, свет через них не проходит. Теперь предположим, что второй кусок поляроида расположен так, что его «отверстия» образуют угол в 45 градусов относительно первого. Фотоны, прилетающие на этот поляризатор, все имеют сдвиг в 45 градусов и, согласно классической физике, пройти не могут. Квантовая картина отличается. С ее точки зрения у каждого фотона есть пятидесятипроцентная вероятность пройти через неправильно повернутый поляризатор, и половина летящих фотонов действительно проходит через него. Теперь возникает совершенно странная ситуация. Пролетевшие фотоны были по сути повернуты. Они поляризованы на 45 градусов относительно первого поляризатора – так что произойдет, если теперь они натолкнутся на другой поляризатор, расположенный под прямым углом к первому? Поскольку прямой угол равен 90 градусам, они также должны быть поляризованы на 45 градусов относительно второго поляризатора. Поэтому, как и до этого, только половина из фотонов пройдет дальше.

Через два перекрестных поляризатора свет не пройдет. Однако если вы расположите между ними третий поляризатор под углом 45 градусов к ним обоим, то четверть света, прошедшего через первый поляризатор, также пройдет через два оставшихся. Это похоже на два забора, которые вместе со стопроцентной вероятностью защищают от животных. Если мы для пущей безопасности решим построить между ними еще один забор, то, к нашему удивлению, в таком случае некоторым диким животным удастся преодолеть три преграды. Изменяя условия эксперимента, мы меняем природу квантовой реальности. В сущности, при использовании поляризаторов на разных углах мы измеряем различные векторные компоненты поляризации, и каждое новое измерение уничтожает валидность информации, которую мы получили в предыдущих измерениях.

Рис. 10.4. Два поляризатора под углом в 45 градусов пропускают половину волн, которые прошли через первый поляризатор!

Рис. 10.5. Три таких поляризатора пропускают одну четверть волн, прошедших через первый, – хотя, если убрать средний поляризатор, волны не будут проходить вообще.

Это сразу же дает новую вариацию уже известной ЭПР-темы. Вместо материальных частиц мы имеем дело с фотонами, однако основа эксперимента остается неизменной. Теперь мы представляем некоторый атомный процесс, который рождает два фотона, летящих в противоположных направлениях. Существует много реальных процессов, делающих это, и в таких процессах всегда существует корреляция между поляризацией двух фотонов. Они либо должны быть поляризованы одинаково, либо в некотором смысле противоположным образом. Для простоты представим в нашем мысленном эксперименте, что две поляризации должны быть одинаковы. Спустя достаточное количество времени, после того как два фотона покинули точку своего рождения, мы решаем измерить поляризацию одного из них. Мы вольны совершенно случайно выбрать, в каком направлении мы поставим фрагмент поляризующего материала, и, когда мы сделаем это, существует некоторая вероятность, что фотон пройдет через него. После этого мы узнаем, поляризован ли фотон «вверх» или «вниз» относительно этого выбранного направления в пространстве, и мы понимаем, что где-то далеко в пространстве другой фотон поляризован таким же образом. Но как другой фотон знает об этом? Как он может ориентироваться таким образом, чтобы пройти тот же тест, что проходит и первый фотон, и провалить тот же тест, что проваливает и первый? Измеряя поляризацию первого фотона, мы редуцируем волновую функцию не только одного фотона, но и другого, находящегося далеко, и делаем это одновременно.

Однако при всех своих особенностях это не более чем загадка, которую Эйнштейн с коллегами выдвинули в 1930-х годах. Один настоящий эксперимент гораздо ценнее, чем полвека рассуждений о значении мысленного эксперимента, и Белл предоставил экспериментаторам способ измерить эффекты этого таинственного действия на расстоянии.

Бернар д’Эспаньят из университета Париж-Юг является теоретиком, который, как и Дэвид Бом, посвятил много сил осмыслению последствий серии экспериментов ЭПР. В уже упомянутой статье в журнале Scientific American, а также в работе для сборника «Взгляд физиков на природу вещей» под редакцией Мехры он рассказал об основах подхода Белла к решению этой проблемы. Д’Эспаньят утверждает, что наш повседневный взгляд на реальность базируется на трех фундаментальных предположениях. Во-первых, о том, что реальные вещи существуют вне зависимости от того, наблюдаем мы за ними или нет. Во-вторых, о том, что можно делать общие выводы на основании постоянных наблюдений или экспериментов. И, в-третьих, о том, что никакое взаимодействие не может передаваться со скоростью большей, чем скорость света, – это он называет «локальностью». Все вместе эти фундаментальные предположения создают основу для «локального реалистического» взгляда на мир.

Эксперимент Белла начинается с локального реалистического взгляда на мир. Если говорить об эксперименте со спином протона, то хотя экспериментатор никак не может узнать все три компоненты спина для одной частицы, он может измерить любую из них. Если обозначить эти три компоненты X, Υ и Ζ, то экспериментатор обнаружит, что каждый раз, когда он получает для Х-спина одного протона значение +1, то для другого протона он получает значение Х-спина, равное -1 – и так далее. Однако он может измерять Х-спин одного фотона и Υ-спин (или Ζ-спин, но не сразу оба) его пары, и в таком случае должно быть возможно получить информацию и об X-, и об Υ-спине каждого протона пары.

Рис. 10.6. Частицы с полуцелым спином могут ориентироваться только параллельно или антипараллельно магнитному полю. Частицы с целым спином могут также ориентироваться вдоль поля.

Даже в принципе это вовсе не легко и требует измерения спинов множества случайных пар фотонов, после чего необходимо отбросить те случаи, когда измеренным оказался один и тот же спин-вектор для обоих протонов в паре. Однако это может быть сделано, и это в принципе дает экспериментатору набор результатов, в которых пары спинов идентифицированы для пары фотонов – можно записать эти комбинации как ХУ, ΧΖ и ΥΖ. В 1964 году в своей ставшей классической статье Белл показал, что если провести такой эксперимент, то, согласно локальным реалистическим взглядам на мир, число пар, для которых X– и Υ-компоненты оба имеют положительный спин (Х⁺ Υ⁺), всегда должно быть меньше совокупного числа пар, для которых измерения ΧΖ и ΥΖ показывают положительное значение спина (Χ⁺Ζ⁺+Υ⁺Ζ⁺). Расчет получается прямо на основании очевидного факта, что если измерение показывает, что конкретный протон имеет спин, например Х⁺ и Υ^-, то общее состояние спина должно быть либо Χ⁺Υ^-Ζ⁺, либо X⁺Y^-Z^-. Остальное основывается на математически простом аргументе, вытекающем из теории множеств. Но в квантовой механике действуют иные математические законы, и, если правильно применить их, они приведут нас к противоположному предсказанию о том, что число пар Χ⁺Υ⁺ больше, а не меньше общего числа пар Χ⁺Ζ⁺ и Υ⁺Ζ⁺.

Так как расчеты, как было изначально заявлено, отталкивались от локального реалистического взгляда на мир, обычно говорится, что первое неравенство называется «неравенством Белла» и что если неравенство

Белла нарушено, то локальный реалистический взгляд на мир является ложным, но квантовая теория прошла еще одну проверку.

Этот эксперимент одинаково хорошо применим и для весьма трудного измерения спина материальных частиц, и для измерения поляризации фотонов, провести которое легче, но все же довольно трудно. Поскольку фотоны имеют нулевую массу покоя, движутся со скоростью света и не различают время, некоторые физики с трудом подходят к экспериментам с фотонами. Не вполне ясно, что именно подразумевается под локальностью в случае фотона. Поэтому, хотя большая часть проведенных к настоящему времени экспериментов по неравенству Белла включала в себя измерение поляризации фотонов, крайне важно, что единственный проведенный к настоящему времени эксперимент с измерением спина протонов дал результаты, нарушающие неравенство Белла и тем самым подтверждающие квантовый взгляд на мир.

Это была не первая проверка неравенства Белла, но о ней в 1976 году сообщила команда из Центра ядерных исследований в Сакле (Франция). Опыт очень близок к оригинальному мысленному эксперименту и включает в себя бомбардировку низкоэнергетическими протонами цели, содержащей большое количество атомов водорода. Когда протон ударяет ядро атома водорода, которое тоже является протоном, две частицы вступают во взаимодействие с участием синглетного состояния и компоненты их спина поддаются измерению. Провести это измерение чрезвычайно трудно. Только часть протонов регистрируется детекторами и, в отличие от идеального мира мысленного эксперимента, даже после проведения измерений не всегда есть возможность однозначно записать компоненты спина. Тем не менее результаты этого французского эксперимента явно демонстрируют ложность локальных реалистических взглядов на мир.

Первые эксперименты для проверки неравенства Белла были проведены в университете Калифорнии в Беркли с использованием фотонов. О них сообщили в 1972 году. К 1975 году состоялось уже шесть таких опытов, и результаты четырех из них нарушали неравенство Белла. Какими бы ни были сомнения о значении локальности для фотонов, это еще одно веское свидетельство в пользу квантовой механики, особенно учитывая то, что в экспериментах использовались две фундаментально различные техники. В самой ранней версии эксперимента с фотонами фотоны производились атомами кальция или ртути, элементов, которые можно легко возбудить светом лазера до нужного энергетического состояния. Обратный путь из этого возбужденного состояния на основной уровень предполагает два перехода электрона: сперва в другое, менее возбужденное состояние, а затем на основной уровень – ив процессе каждого из этих переходов вылетает фотон. В выбранных в этих экспериментах переходах получаются два фотона, поляризации которых коррелируют. Фотоны из каскада могут быть впоследствии проанализированы с использованием счетчиков фотонов, расположенных позади поляризационных фильтров.

В середине 1970-х годов экспериментаторы провели первые измерения с использованием вариации на тему. В этих экспериментах фотоны были гамма-лучами, полученными при аннигиляции электрона и позитрона. И снова поляризации двух фотонов должны быть согласованы, и снова сухой остаток таков, что при попытке измерить эти поляризации получается результат, нарушающий неравенство Белла.

Итак, из первых семи опытов для проверки неравенства Белла пять сообщали о верности квантовой механики. В статье для Scientific American д’Эспаньят подчеркнул, что это было даже более веским свидетельством в пользу квантовой теории, чем казалось на первый взгляд. Учитывая сущность экспериментов и трудность их проведения, «огромное многообразие систематических дефектов в дизайне эксперимента могло свести на нет свидетельство реальной корреляции… с другой стороны, сложно представить себе такую экспериментальную ошибку, которая могла бы создать ложную корреляцию в пяти не связанных друг с другом экспериментах. Более того, результаты этих экспериментов не просто нарушают неравенство Белла, но нарушают его именно так, как предсказывает квантовая механика».

С середины 1970-х годов был проведен еще ряд экспериментов, разработанных с целью избавиться от любых изъянов в условиях. Части аппарата должны быть установлены достаточно далеко друг от друга, чтобы любой «сигнал» между детекторами, способный произвести ложную корреляцию, должен был бы передаваться со скоростью большей, чем скорость света. Когда это условие выполнили, результаты все равно продолжили нарушать неравенство Белла. Или корреляция происходит, потому что фотоны «знают» с самого момента своего возникновения, какой именно экспериментальный аппарат разработан, чтобы пленить их? Такое тоже могло происходить – без всякой нужды в сигналах, передающихся быстрее света, – если бы аппарат конструировали заранее и там бы создавалась общая волновая функция, оказывающая влияние на фотон в момент его рождения. В таком случае окончательная проверка неравенства Белла должна включать в себя изменение структуры эксперимента в тот момент, когда фотоны уже находятся в полете, подобно тому как в мысленном эксперименте Джона Уилера изменяются условия опыта с двумя прорезями, когда фотон уже в пути. Таким экспериментом команда Алена Аспе из университета Париж-Юг в 1982 году закрыла последнюю крупную брешь в локальных реалистических теориях.

Аспе с коллегами уже проводил проверки неравенства с использованием фотонов из каскадного процесса и обнаружил, что неравенство нарушалось. Затем команда усовершенствовала эксперимент, включив в него переключатель, который мог изменять направление пучка света, проходившего через него. Пучок мог быть направлен в сторону любого из двух поляризационных фильтров, каждый из которых измерял свое направление поляризации и был снабжен собственным детектором фотонов. Направление светового пучка, проходящего через переключатель, могло изменяться невероятно быстро, каждые 10 наносекунд (10 тысяч миллионных секунды, 10 × 10^-9 с), автоматическим устройством, генерировавшим псевдослучайный сигнал. Так как фотону необходимо 20 наносекунд, чтобы добраться из атома, в котором он зародился, находящегося в центре эксперимента, до самого детектора, информация об условиях эксперимента просто не может быть передана с одной части аппарата на другую и оказать влияние на какое-либо измерение, если только это влияние не распространяется быстрее, чем свет.

Эксперимент почти совершенен. Даже несмотря на то что переключение пучка света не является полностью случайным, его изменение независимо для каждого из двух пучков фотонов. Остается единственная настоящая брешь, которая заключается в том, что большинство созданных фотонов вообще не регистрируется, поскольку детекторы очень неэффективны. Можно, конечно, утверждать, что регистрируются только те фотоны, которые нарушают неравенство Белла, и что остальные подчинялись бы неравенству, если бы мы смогли зарегистрировать их. Однако пока не проведено ни одного эксперимента, который проверил бы эту маловероятную возможность, и этот аргумент, кажется, можно сделать, только совсем отчаявшись. После объявления результатов эксперимента команды Аспе под Рождество 1982 года никто всерьез не сомневается, что опыт Белла подтверждает предсказания квантовой теории. Фактически результаты этого эксперимента – лучшего, который можно провести при использовании современных технологий, – нарушают неравенство серьезнее, чем результаты более ранних опытов, и прекрасно согласуются с предсказаниями квантовой механики. Как сказал д’Эспаньят: «Недавно были проведены эксперименты, которые склонили бы Эйнштейна изменить свое представление о природе вещей в том, что он всегда считал особенно важным… теперь мы можем смело заявить, что несепарабельность стала одной из самых бесспорных общих идей физики».

Это не означает, что есть хоть какая-то вероятность научиться передавать сообщения на скорости большей, чем скорость света. Нет никаких перспектив передавать таким образом полезную информацию, поскольку нет способа в процессе этого связать одно событие, вызывающее другое событие, с событием, которое оно вызывает. Это неотъемлемое свойство эффекта, который применим только к процессам, имеющим обычную причину – аннигиляцию пары позитрон – электрон, возвращение электрона на основной уровень, отделение пары протонов из синглетного состояния. Можно представить два детектора, расположенных далеко друг от друга в пространстве, и фотоны, летящие к каждому из них из некоего центрального источника, и можно вообразить какую-то тонкую технику, позволяющую изменять поляризацию одного пучка фотонов таким образом, что наблюдатель, находящийся далеко возле второго детектора, заметит изменения в поляризации другого пучка. Но какой именно тип сигнала изменяется? Изначальная поляризация, или спин, частиц в пучке является результатом случайных квантовых процессов и не несет в себе никакой информации. Наблюдатель увидит только случайный рисунок, отличающийся от того случайного рисунка, который он увидит без хитрых манипуляций с первым поляризатором! Так как в случайном рисунке нет никакой информации, он абсолютно бесполезен. Информация заключена в различии между двумя случайными рисунками, но первый из них никогда не существовал в реальном мире, а потому извлечь информацию невозможно.

Но не чувствуйте себя разочарованными, ведь эксперименты Аспе и его предшественников действительно поддержали такую картину мира, которая сильно отличается от нашего повседневного здравого смысла. Они говорят нам, что частицы, которые однажды вступили во взаимодействие, в некотором роде остаются частями единой системы, совместно реагирующими на будущие взаимодействия. Практически все, что мы видим, чего касаемся и что чувствуем, создано из скоплений частиц, которые когда-то – в любой момент времени вплоть до Большого взрыва, в котором, как мы знаем, родилась наша Вселенная, – вступали во взаимодействие с другими частицами. Атомы моего тела состоят из частиц, которые однажды толкались совсем рядом с огненными космическими частицами, теперь входящими в состав далекой звезды, и частицами, из которых состоит тело какого-то живого существа на далекой, еще не открытой планете. Без сомнения, частицы моего тела однажды толкались и взаимодействовали с частицами вашего тела. Мы точно так же являемся частями единой системы, как и два фотона, вылетающих из центра аппарата в эксперименте Аспе.

Теоретики вроде д’Эспаньята и Дэвида Бома утверждают, что мы должны признать тот факт, что буквально все связано со всем остальным, и только холистический подход ко Вселенной может в перспективе объяснить феномены наподобие человеческого сознания.

Еще слишком рано, чтобы физики и философы, уцепившиеся за эту новую картину сознания и Вселенной, создали бы удовлетворительное описание ее возможной формы, а потому умозрительная дискуссия о множестве открытых возможностей здесь неуместна. Но я могу привести пример из собственного прошлого, который уходит корнями в основательные традиции физики и астрономии. Одна из великих загадок физики – это свойство инерции, сопротивления предмета, но не движению, а изменениям этого движения. В пустом пространстве любое тело двигается по прямой линии на постоянной скорости, пока на него не оказывает воздействия какая-либо внешняя сила – это было одним из великих открытий Ньютона. Величина силы, необходимой, чтобы сдвинуть тело, зависит от того, сколько материи в нем содержится. Но откуда тело «знает», что оно двигается на постоянной скорости по прямой? Относительно чего оно измеряет свою скорость? Со времен Ньютона философы прекрасно понимали, что стандарт, относительно которого, похоже, измеряется инерция, – это система координат, ранее называемая «неподвижными звездами», хотя теперь мы рассуждаем с позиции далеких галактик. Земля, которая вращается в пространстве, длинный маятник Фуко, подобный тому, что многие из нас видели в музеях науки, космонавт или атом – все они «знают» среднее распределение материи во Вселенной.

Никто не понимает, почему и как этот эффект работает, и это привело к некоторым интригующим, хоть и бесполезным, размышлениям. Если бы во всей пустой Вселенной была только одна частица, она не обладала бы инерцией, поскольку не было бы ничего, относительно чего можно было бы измерить ее движение или сопротивление движению. Но если бы в такой вселенной было только две частицы, обладали бы они той же инерцией, которую они имеют в нашей Вселенной? Если бы можно было волшебным образом убрать половину материи из нашей Вселенной, обладало бы оставшееся той же инерцией или половиной от нее? (Или в два раза большей?) Эта загадка сегодня настолько же велика, как и триста лет назад, однако, возможно, смерть локальных реалистических взглядов на мир дает нам зацепку. Если все, что взаимодействовало друг с другом во время Большого взрыва, до сих пор остается взаимосвязанным, то каждая частица каждой звезды и галактики, которую мы видим, «знает» о существовании каждой другой частицы. Инерция превращается не в задачу для космологов и релятивистов, а оказывается прочно завязанной с квантовой механикой.

Кажется ли это парадоксальным? Ричард Фейнман сжато описал эту ситуацию в своих «Лекциях»: «Этот „парадокс" – лишь конфликт между реальностью и вашим ощущением, какой „должна быть" реальность». Не кажется ли это бессмысленным, как и спор о количестве ангелов, которые могут разместиться на кончике иглы? Уже в 1983 году, всего через несколько недель после публикации результатов команды Аспе, ученые из университета Сассекса в Англии объявили о результатах экспериментов, которые не только дают независимое подтверждение взаимосвязи всего на квантовом уровне, но также предлагают обзор практических применений, включая новое поколение компьютеров, настолько же превосходящих современную полупроводниковую технологию, как транзисторный приемник превосходит сигнализацию флажками.

Команда из Сассека во главе с Терри Кларком подошла к проблеме проведения измерения квантовой реальности с другой стороны. Вместо того чтобы пытаться проводить эксперименты в масштабах обычных квантовых частиц – атомов или меньше, – они попытались создать «квантовые частицы», которые лучше подходят по размеру для обычных измерительных устройств. Их техника основывается на явлении сверхпроводимости и использует кольцо из сверхпроводящего материала около полусантиметра в диаметре, в одном месте которого сформировано сужение, где кольцо сужается всего лишь до одной десятимиллионной квадратного сантиметра в поперечном сечении. Это «слабая связка», изобретенная Брайаном Джозефсоном, разработавшим контакт Джозефсона, заставляет сверхпроводящее кольцо вести себя подобно открытому цилиндру – как труба органа или жестяная банка с вырезанными дном и верхом. Волны Шрёдингера, описывающие сверхпроводящие электроны в кольце, ведут себя, как стоячие звуковые волны в органной трубе, и могут быть «настроены» посредством изменяющегося электромагнитного поля на радиочастотах. В результате волна электронов, опоясывающая целое кольцо, имитирует единичную квантовую частицу, и с помощью чувствительного радиочастотного детектора команда ученых смогла наблюдать эффекты квантового перехода электронной волны в кольце. С практической точки зрения это похоже на единичную квантовую частицу диаметром полсантиметра, с которой можно работать, – это подобно примеру маленького ведерка с сверхтекучим гелием, о котором упоминалось ранее, но при этом еще более радикально.

Этот эксперимент позволяет проводить прямые измерения единичных квантовых переходов, а также дает дополнительные четкие свидетельства нелокальности. Поскольку электроны в сверхпроводнике ведут себя, как один бозон, волна Шрёдингера, создающая квантовые переходы, распространяется на все кольцо. Весь этот псевдобозон в один момент претерпевает квантовый переход. Не наблюдается того, что одна сторона кольца первой совершает переход, а другая сторона приступает к нему лишь тогда, когда передаваемый на скорости света сигнал получает достаточно времени, чтобы обогнуть кольцо и повлиять на оставшуюся часть «частицы». В некотором роде этот эксперимент дает даже более веские результаты, чем проверка неравенства Белла, проведенная Аспе. Этот эксперимент покоится на аргументах, которые хоть и являются математически недвусмысленными, не так-то просты для понимания далекого от науки человека. Гораздо проще разобраться с концепцией единственной «частицы» с диаметром полсантиметра, которая ведет себя как одиночная квантовая частица и которая всей своей сущностью моментально реагирует на любое возбуждение, получаемое извне.

Такие исследователи ставят перед собой и более сложные цели. Они надеются создать крупный «макроатом», возможно в форме прямого цилиндра длиной шесть метров. Если это устройство будет отвечать на внешнюю симуляцию так, как ожидается, то вполне вероятно, что в двери, ведущей к коммуникации на скорости, превосходящей скорость света, появится узкая щель. Детектор на одном конце цилиндра, измеряющий его квантовое состояние, будет мгновенно фиксировать изменение квантового состояния, запущенное возбуждением на другом конце цилиндра. В этом нет особенной пользы для обычной передачи сигналов, ведь невозможно построить макроатом размерами, скажем, от Земли до Луны, разрешив тем самым жуткую проблему с задержкой передачи сообщений от исследователей Луны в центр контроля полетов на Земле. Но этому есть прямое, практическое применение.

Одним из главных факторов, ограничивающих производительность самых современных компьютеров, является скорость, с которой электроны могут перемещаться по схеме от одного компонента к другому. Задержки невелики – в диапазоне наносекунды, – но очень важны. Сассекские эксперименты никак не приблизили перспективу мгновенной передачи информации на дальние расстояния, но перспектива разработки компьютеров, в которых все компоненты мгновенно реагируют на изменение состояния одного компонента, стала казаться реальной. Именно эта перспектива подвигла Терри Кларка сделать заявление о том, что «когда эти законы будут переведены на язык схем, и так восхитительная электроника XX века в сравнении с новыми приборами будет казаться семафором».

Итак, не только Копенгагенская интерпретация полностью оправдана экспериментами для всех практических применений: похоже, грядет такое развитие, которое превзойдет все, что квантовая механика уже дала нам, ведь оно выходит за границы классических устройств. В интеллектуальном плане Копенгагенская интерпретация неудовлетворительна. Что происходит с призрачными квантовыми мирами, которые исчезают в момент редукции их волновых функций, когда мы производим измерения субатомной системы? Как может параллельная реальность, ничуть не более и не менее реальная, чем та, которую мы в итоге измеряем, просто исчезать после проведения измерений? Лучший ответ состоит в том, что альтернативные реальности не исчезают и что на самом деле кот Шрёдингера и жив, и мертв одновременно, но в двух или более различных мирах. Копенгагенская интерпретация и ее практические применения полностью входят в более сложное представление о реальности, в многомировую интерпретацию.