плюс (спин вниз, видит спин вниз)» от математически другой «(спин вверх, видит спин вверх) минус (спин вниз, видит спин вниз)»{94}. Это две различные возможности, и Вигнер узнает из измерения, что реализована одна из них, причем первая, – что да, волновая функция именно такова, как он и думал. И, что важно, в результате такого измерения сама волновая функция никак не страдает (коллапс не случается), потому что измерение не «выбирает» какую-то часть волновой функции, а лишь «проверяет» всю ее целиком; в волновой функции не содержится никаких других возможностей, которые по итогам измерения оказались бы нереализованными. Успешная проверка волновой функции накаляет отношения Вигнера с реальностью: что именно в ней является фактами?
Для Вигнера знание, которым обладает его коллега, – это своеобразные скрытые параметры, информация, дополнительная к той, которая содержится в волновой функции. Особенность данного случая (помимо личного знакомства) состоит в том, что для обладания такой дополнительной информацией не требуется изобретать чего-то сверх квантовой механики, коль скоро коллега действует в рамках известного нам устройства мира. Она знает, какое значение спина определилось в ее измерении, а узнать это из волновой функции, которой пользуется Вигнер, нельзя. Частичная информация в виде фразы на венгерском, английском или русском языке (Határozottan eredmény volt megfigyelhetö; I have observed a definite outcome; Я получила определенный результат), конечно, не очень типичный способ работы скрытых параметров, но сути дела это не меняет.
Стоя на плечах Белла (глава 16), исследователям, работающим на стыке квантовой механики и философии, удалось развить это наблюдение о скрытых параметрах и превратить «друзей Вигнера» в инструмент исследования квантовой реальности. Пока это инструмент теоретический, но таковой когда-то была и запутанность. Оказалось, что квантовая механика не позволяет существовать в реальности некоторым довольно очевидным вещам: приводит к логическому противоречию, стоит только пожелать совместного выполнения нескольких свойств, каждое из которых выглядит достаточно естественным и безобидным. Первое свойство – что нет явного запрета на применение квантовой механики к «большим» объектам. Второе – локальность, в данном случае в том само собой разумеющемся смысле, что настройки измерительного прибора в Пекине не влияют на результаты экспериментов, выполняемых в тот же момент в Инсбруке. Заодно, и это третье свойство – что имеется полная свобода в выборе настроек в каждом приборе. Четвертое же, самое интересное свойство относится к фактам: что они, факты, не зависят от наблюдателя и что сведения о произошедших или не произошедших событиях включаются в единую картину на равных правах независимо от наблюдателя.
Вот эти свойства и не могут иметь места одновременно! Доказательство использует вигнеров в сочетании с запутанностью: требуются два вигнера и две коллеги. Вигнер-1 запечатывает в лаборатории коллегу-1 и наблюдает за ней, а вигнер-2 делает то же с коллегой-2. А каждая коллега получает в свою лабораторию по электрону из запутанной пары. В такой ситуации наблюдения коллег в самом деле играют роль скрытых параметров, на основании чего можно написать неравенства типа неравенств Белла – которые нарушаются, если каждый из вигнеров проводит определенные измерения над «своей» лабораторией. При доказательстве неравенства требуется использовать перечисленные четыре свойства, из-за чего они и фигурируют в формулировке противоречия.
Одним из четырех свойств – наших пожеланий к реальности – надо пожертвовать, оно не выполняется в природе. Каким? Возможно, «общемировых» фактов не бывает; каким-то образом получается так, что факты-для-коллеги и факты-для-Вигнера – не всегда одно и то же. Таков подарок от Вигнера кьюбистам (которые всегда примерно это и говорили). Конечно, может нарушаться и что-то еще из списка{95}, но все же под подозрением в первую очередь оказывается наличие единой «классической» (т. е. такой, как мы привыкли) реальности, в которую можно складывать результаты, получаемые различными агентами.
В том же направлении указывает и еще одно рассуждение, в котором нелегко приходится уже не Вигнеру, а его коллеге (хотя отправки сообщений от нее больше не требуется): различные моменты в ее жизни не сшиваются в одну классическую реальность; если угодно, у нее возникают «проблемы с памятью». Вот как это работает. Для начала она делает измерение – определяет, как всегда, спин того самого электрона. Затем она недолго отдыхает, а Вигнер тем временем выполняет уже обсуждавшееся «белловское» измерение, позволяющее ему проверить волновую функцию, которая описывает все содержимое лаборатории, включая, конечно, и коллегу. Сама она об этом и не подозревает, да и Вигнер за нее не беспокоится, потому что волновая функция лаборатории со всем ее содержимым от этого измерения не меняется. Но затем (таков был заранее согласованный план!) снова настает очередь коллеги произвести то же измерение с тем же электроном, что и в первый раз. Какой бы мы ожидали результат в сравнении с предыдущим?
Уточним вопрос: если коллега знает, что в первом измерении она наблюдала результат a, то какова вероятность, что во втором измерении она будет наблюдать результат b? (Как всегда с вероятностями, процедуру придется повторять много раз.) Вопрос типа «Какова вероятность, что я здоров, если известно, что тест отрицательный?» – осмысленный, ответ на него требует конкретной информации. Однако между двумя измерениями в лаборатории коллеги ничего не изменилось, поэтому вопрос близок к вопросам «Какова вероятность, что я здоров, если известно, что я здоров?» и «Какова вероятность, что я болен, если известно, что я здоров?», ответы на которые – 100 % и 0 %. Для коллеги, другими словами, искомая вероятность должна быть равна 100 %, если второй результат есть просто тот же самый a, и равна нулю, если это другой результат. Однако квантовая механика говорит, что вероятность равна 50 %: в половине случаев коллега заключит, что два результата совпадают, но в половине случаев – что они различны.
Здесь вовлечены два переживаемых коллегой момента времени, и ее заключение опирается на память о первом результате. В системе ничего не изменилось, поэтому в 50 % случаев память коллеги оказывается недостоверной – из-за наблюдения со стороны Вигнера, хотя оно и не меняет квантового состояния. Возникающий здесь разрыв реальности можно выразить другими словами, сказав, что с информацией из прошлого не получается обращаться так, как будто она все еще существует сейчас{96}.
Мысленные эксперименты с друзьями и коллегами Вигнера плодотворно обсуждались в нескольких близких вариантах, и логическое противоречие удалось зафиксировать даже в небольшом перечне требований, которые обычно предъявляются к наблюдателю («агенту», в другой терминологии). В самом деле, каким условиям надо удовлетворять, чтобы «соответствовать должностным обязанностям наблюдателя»? Анализ показывает, что дело сводится к четырем требованиям. Во-первых, наблюдатель должен действовать локально и в пространстве, и во времени: как бы он ни подкручивал настройки своего прибора, они не оказывают мгновенного влияния на расстоянии и не влияют на прошлое. Во-вторых – и здесь начинается самое интересное, – впечатления наблюдателя должны иметь соответствия в физическом мире; например, если вы наблюдаете красный цвет, то ваши нейроны срабатывают одним способом, а если зеленый – то другим{97}. В-третьих, наблюдатель должен считать мысли других квалифицированных агентов столь же реальными, сколь свои собственные. Четвертым, и последним, идет эго-абсолютизм: утверждение, что наличие моих мыслей безусловно, не зависит ни от каких условий и не требует указания каких-либо контекстов и тому подобного.
Выясняется, однако, что в применении к наблюдателям в ситуации «друзей Вигнера» одни только эти требования (в сочетании, разумеется, с квантовой механикой) уже приводят к логическому противоречию. Они, следовательно, не могут выполняться одновременно. Неудивительно, что обсуждаемый мысленный эксперимент так хочется приблизить к реальности.
Изолировать сколько-нибудь большую систему от внешнего мира невозможно, поэтому обсуждаются перспективы поручить роль коллеги или друга искусственному интеллекту высокого уровня, реализованному в квантовом компьютере. Над ним тогда можно было бы выполнять измерения, а он в свою очередь измерял бы спин одного кубита. Что бы он рассказал о пережитом? На данный момент практические достижения скромные: нарушение неравенств Белла было действительно установлено в «запутанном» эксперименте с двумя вигнерами и двумя друзьями, но роль последних исполняли всего лишь фотоны (точнее, выбираемые ими пути) – а фотон не все готовы считать настоящим другом. В общем, эксперимент показал, что в схеме, включающей несколько участников, а потому более сложной по сравнению с теми, что использовались ранее (например, в связи с неравенствами Белла), все запутывание происходит так, как и велит уравнение Шрёдингера; до опытов с памятью коллеги пока далеко.
В свое время проверка неравенств Белла представлялась делом далекого будущего. «Повышение качества друзей» за счет развития технологий, возможно, позволит когда-нибудь точнее указать, в чем именно квантовая реальность расходится с классической. По крайней мере одна точка несогласия определенно есть, но их может быть и несколько.
Другой вопрос – каким же образом мы все-таки оказались вдали от обсуждаемых странностей мироустройства в окружающей нас классической реальности? Она-то откуда берется, если внутри все квантовое?