Эйнштейн по своей натуре был бунтарем, но всю свою жизнь твердо придерживался принципа локальности. Спустя чуть более двух столетий после того, как Ньютон усомнился в самом себе, Эйнштейн сформулировал свои теории относительности со строгим соблюдением принципов локальности, включая важное дополнение: действие любого объекта, частицы энергии или поля ограничивается конкретной скоростью перемещения – скоростью света. Другими словами, мгновенное влияние считалось невозможным.
Поэтому при вычислении последствий любого события можно быть уверенным, что самые быстрые из наблюдаемых нами последствий обязательно будут проявляться с задержкой в одну секунду на каждые 300 тысяч километров от нас. Это значит, что если при взрыве звезда превратится в сверхновую, то наблюдающие земное небо увидят это событие с запозданием, точно соответствующим расстоянию до звезды в световых годах. Яркое свечение сверхновой, происходящее сейчас на расстоянии ста световых лет от Земли, впервые вспыхнет на нашем небе лишь в первой четверти XXII века.
Поскольку запутанная частица обретает свое определенное свойство лишь в ответ на измерение ее двойника, то концепция запутанности послужила еще большим аргументом, чтобы забыть о реализме
Эйнштейн настаивал, что гравитация также подчиняется локальности, и когда две сверхплотные черные дыры столкнулись и слились, находясь от нас на расстоянии 1,3 миллиарда световых лет, то возникшая в результате гравитационная рябь, достигшая возведенных детекторов LIGO в чилийской пустыне Атакама в 2017 г., имела возраст 1,3 миллиарда лет.
С учетом сравнительно небольших земных расстояний причинно-следственные задержки незначительны, однако в наши дни их уже можно измерить. Согласно правилам локальности и эйнштейновского ограничения скорости, такие задержки составят миллиардную долю секунды на метр. Например, когда вы машете подруге, увидев ее на улице на расстоянии в 15 метров от нас, ее ответ или приветствие поступит с задержкой в 50 наносекунд, или в 50 миллиардных долей секунды, после того, как ваш взмах достигнет ее глаз. Впрочем, такое неизбежное промедление пока не ставит вас в некрасивую социальную ситуацию.
Неудобным, однако, – по крайней мере, для многих физиков, – оказалось появление квантовой механики. Шутка ли сказать: ее уравнения утверждали, будто эффекты и влияния крошечных объектов будут полностью свободны от всех таких ограничений и пауз, наложенных скоростью света.
Как вы уже знаете, это стало одной из причин того, что предсказания квантовой теории о запутанности вызвали неприятие Эйнштейна и его коллег Натана Розена и Бориса Подольского. В 1935 г. они написали на эту тему основополагающую статью, о которой мы говорили в предыдущей главе. Согласно квантовой теории, запутанная частица «обнаруживает» состояние близнеца, и ее собственный отклик происходит мгновенно. Для передачи «информации» о коллапсе начальной волновой функции вовсе не нужно одного миллиарда лет: она способна преодолеть космическое расстояние и достичь двойника, даже если он находится в галактике на расстоянии в миллиард световых лет от Земли. Близнец узнает и реагирует мгновенно. Мы можем распрощаться с местоположением, с локальностью. А поскольку запутанная частица обретает свое определенное свойство лишь в ответ на измерение ее двойника, то концепция запутанности послужила еще большим аргументом, чтобы забыть о реализме.
Но идеи локальности и реализма управляли человеческим разумом с тех пор, как неандертальцы бегали по земле в своем нижнем белье на меху. Так просто физики не собирались сдаваться.
В одном углу расположились Эйнштейн, Розен и Подольский – знаменитый ЭПР или отряд шерифа, охранявший тюрьму классической физики. Эти трое открыто заявили, что если предсказанные эффекты запутанности действительно имели место, то они явно были вызваны неизвестной скрытой переменной или же ошибками эксперимента. Эйнштейн и его коллеги продолжали утверждать, что ничто не может повлиять на что-то другое без прямого контакта, пусть даже исключительно посредством энергетических полей. Они говорили, что скорость света является абсолютным пределом скорости и, самое главное, что всё происходит независимо от того, наблюдаем мы за этим или нет. (Эйнштейн однажды спросил своего коллегу: «Верите ли вы, что Луна существует, когда на нее никто не смотрит?») Они защищали здравый смысл ценой своей репутации, потому что всем сердцем и душой верили: не считаясь ни с чем, нужно сохранить местоположение и реализм.
Между тем шел 1935 г., и общество времен Великой депрессии в буквальном смысле боролось за выживание. Вскоре пришлось сражаться со странами нацистского блока, поставившими себе цель захватить мир. Мало кто знал, что в академических кругах развернулась эпическая битва на тему «Существует или нет компания “Мессершмитт”, когда на нее никто не смотрит».
Проблема не была полностью решена, когда авторы этой книги еще учились в школе. В 1964 г. была опубликована теоретическая работа Джона Белла, где вероятность использовалась для исследования возможности измерений запутанных объектов с помощью различных настроек детектора. Это довольно сложное математическое доказательство, и мы не станем вдаваться в подробности, однако в итоге получалось, что вероятности не соответствовали ожидаемому, если источником странного поведения запутанности послужила некая скрытая локальная переменная. Эксперименты следующих двадцати лет, в частности опыты Алена Аспе, нанесли смертельный удар по позиции Эйнштейна, Подольского и Розена в отношении локальных переменных. Однако в этих опытах были возможны и ошибки, главным образом из-за ограниченности приборов, и только в годы, непосредственно предшествовавшие началу XXI века, качественные лабораторные эксперименты смогли окончательно продемонстрировать поражение концепций реализма и локальности.
Для ключевого доказательства в эксперименте Николаса Гизена 1997 г., о котором мы говорили в предыдущей главе, использовалось оборудование, способное замерять задержки в тысячи раз меньше двадцати шести тысячных долей секунды. Именно за такое время свет способен передать информацию на более чем 11 километров, разделяющих запутанных близнецов в швейцарской лаборатории Гизена. Этот недавно подтвержденный факт передачи информации со скоростью, превышающей скорость света, изменил правила игры – ограничение по скорости света было снято[11]. Но приверженцы традиционной науки все еще задавались вопросом: осуществляется ли контакт между запутанными частицами на скоростях, превышающих установленный ранее предел, или всё действительно происходит мгновенно? Для разгрома защитников классической физики ЭПР одного преодоления светового барьера уже было достаточно, но путешествие за нулевое время имело беспрецедентные последствия для самой природы нашей реальности.
Так уж устроены исследователи: если у них есть что измерить – они разобьются в лепешку, но назовут вам точное число. И вот в 2013 г. китайские физики запутали пары фотонов, а затем отправили одну половину пары на приемные устройства, разнесенные на расстояние в 16 км друг от друга в направлении восток – запад, чтобы минимизировать помехи из-за вращения Земли со скоростью 1670,5 км/ч. Предстояло измерить один элемент запутанной пары, а затем вычислить, насколько быстро другой перейдет в дополнительное состояние. В продолжение 12 часов ученые достаточно часто повторяли процедуру и проделали многочисленные измерения, чтобы отбросить любые помехи и сузить интервал времени до отклика второго фотона.
В конце дня китайская команда обнаружила, что квантово-запутанные частицы обмениваются информацией со скоростью около 32 миллионов километров в секунду, что примерно в 10 тысяч раз больше скорости света. Такая головокружительная скорость, на которой всего за секунду можно совершить 4 тысячи полетов с Земли на Луну и обратно, стала сенсацией для прессы. Но хотя это и поддерживает «мгновенное» предсказание квантовой теории, эта скорость не является окончательной. Был продемонстрирован лишь нижний предел экспериментальных возможностей, а подлинная величина почти наверняка будет выше. Что же касается предсказания квантовой теории «об отсутствии времени вообще», то оно не снято со счетов и выдержало все проведенные тесты.
И сегодня регулярно сообщается об экспериментах, демонстрирующих как нарушения локальности (мгновенные эффекты удаленных не контактирующих источников), так и нарушения реализма (идея, что объекты существуют с определенными свойствами, даже когда за ними не наблюдают).
С появлением экспериментальных доказательств предсказаний КТ и разрушением крепости локальности и реализма ученые, философы и метафизики неожиданно становятся союзниками – они на время объединяют усилия, чтобы ответить на вопрос: как всё это отразится на более глубоком уровне, говорящем о смысле бытия.
Без сомнения, ученые обосновали сегодня существование во Вселенной некоей взаимосвязи. Пока еще неизвестное свойство связи между объектами, независимо от расстояния между ними. Вера в «единство» отныне не является прерогативой исключительно мистиков. «Неотделимость, – заявил физик Бернар д’Эспанья, – в наши дни является одним из наиболее бесспорных общих понятий в физике».
Это был важный мост к биоцентрической модели. И еще один гвоздь в гроб концепции пространства и времени. Без сомнения, эти идеи, объединенные в математической смеси «пространства-времени» Эйнштейна, продолжают служить благородной цели. Именно благодаря им мы вычисляем перемещение классических объектов во Вселенной и знаем, каким образом наблюдатели в одной «системе отсчета» скорости и силы тяжести следят за объектами и событиями в другой – подробнее о пространстве-времени мы поговорим в следующей главе. Однако можно ли считать «время» и «пространство» надежными и самостоятельными составляющими некоей внешней матрицы? Отныне любые претензии на полную автономную р