Недавно объяснял студентам, что такое квантовая спутанность, или (по-английски) quantum entanglement. Речь об этом зашла в связи с вопросом «насколько реальна наша реальность?» или, как говаривал Джон Коннор в «Терминаторе 2»: is it really real?

Квантовая спутанность – один из самых загадочных феноменов в природе, если только не считать, что вся наблюдаемая реальность происходит исключительно в голове у Бога. С физической точки зрения, дело состоит в следующем: когда в 1905 году специальная теория относительности Эйнштейна получила права гражданства в науке, скорость света была объявлена предельно возможной, и ничто, включая физическую передачу информации в любой форме, не может двигаться быстрее, чем свет.

Из этого происходит принцип локальности, согласно которому на объект может влиять только его близкое окружение (близость варьируется в зависимости от величины объекта, но это не противоречит интуиции). Проще говоря, ни одно событие не может происходить в двух разных точках (инерциальных системах отсчета) одновременно.

Квантовая спутанность нарушает этот фундаментальный принцип локальности. Она показывает, как две элементарные частицы (фотон, электрон…) взаимодействуют друг с другом, будучи разнесенными на сколь угодно большое расстояние, другими словами, их коммуникация происходит быстрее скорости света, чего быть не может (согласно специальной теории).

Если совсем просто, то картинка такова: у вас есть один электрон со своим определенным спином (спин – это собственный момент импульса частицы или, еще проще, параметр ее вращения, например: +1, 2, -1, ½), при этом важно знать, что у частицы не может быть два спина сразу. Это как с фильмами Хичкока, либо вы их любите, либо ненавидите. Далее вы неким образом влияете на свою частицу, и она отправляется в путь под определенным углом вращения, скажем, +1. В то же самое мгновение, на другом конце Вселенной, ее брат-близнец тоже отправится в путь, но уже с противоположным спином.

То есть: ваша частица передала информацию о себе своему близнецу, удаленному на миллиарды километров, мгновенно, и он повел себя соответствующим их природе образом. Но, ради всех святых, как это могло произойти, если существует фундаментальное ограничение на скорость и принцип локальности? Если это описать самыми простыми словами, то представьте: вы причесываетесь перед зеркалом и сделали себе пробор справа, одновременно с вами ваше отражение делает пробор слева. Вот то же самое, только не отражение, а близнец, живущий на другом конце мирового пространства.

Эйнштейн был не на шутку разозлен этим явлением, назвав его «жутью жуткой» и сам попытался его объяснить. Происходит это потому, говорил он, что у частиц (электронов) есть скрытые параметры, которые нам не известны. Иначе говоря, удаленная частица ведет себя так не потому, что ей передали информацию, а потому что она сама себя так ведет, согласно ее природе. Рядом детерминистов, коим был и сам Эйнштейн, это объяснение более или менее принималось до того момента, как Джон Белл (1928-1990) стал мутить воду своими неравенствами.

Опять же, в несколько упрощенном виде идея Белла заключается в установлении статистики при отправлении и получении частиц для того, чтобы доказать или опровергнуть наличие у них скрытых параметров. Представьте, Хичкок в Лондоне шлет сообщения – электронами – своему помощнику в Лос-Анджелесе, у каждого сообщения есть 4 параметра, некие величины, принимающие значения +1 или -1, ну или «хорошо», «плохо». Эти значения Хичкок шлет нон-стоп, и они имеют некоторое статистическое распределение по 4-м известным параметрам.

Чтобы облегчить себе работу, помощник пригласил свою подругу сортировать сообщения босса, при этом сам Хичкок не знает, кто из них двоих какие сообщения получает. Помощник договорился с подругой, что сортировать сообщения они будут абсолютно рандомно. При этом они условились: помощник будет измерять параметры сообщения 1 и 3, а его подруга – 2 и 4. Согласно Беллу, помощник и подруга, каждый для своих параметров, смогут построить некоторое среднее значение.

Получается «неравенство Белла», гласящее (без математического формализма): некоторое выражение не превосходит значение 2, т.е. удвоенной достоверности.

Иначе говоря, в нашем примере и помощник, и его подруга придут примерно к одному и тому же «среднему» результату. А если это так, то фигура получателя, наблюдателя за квантовыми процессами, не влияет на поведение частицы и не вносит дополнительной вероятности, что как бы противоречит духу Копенгагенской интерпретации. Значит, если неравенство Белла соблюдается, частицы имеют скрытые параметры, и природа реальности детерминирована. Эйнштейн может спать спокойно, а на вопрос Джона Коннора можно с уверенностью ответить: yes, it is real.

Но это не так! И за это «не так» трое физиков, Ален Аспе, Джон Клаузер и Антон Цейлингер, получили своего Нобеля в прошлом году. Они экспериментально доказали, что неравенство Белла не соблюдается, то есть – внимание – динамические свойства квантовой частицы, которые мы наблюдаем при измерении, реально НЕ существуют – до этих самых измерений. Другими словами, производя измерения, мы создаем реальность, реальные свойства самих частиц. Сама частица до момента измерения пребывает в суперпозиции, у нее как таковой нет измеряемых нами свойств.

Вывод: реальность не существует сама по себе, до того момента, пока мы не делаем ее из чего-то, не наделяем реальность-в-суперпозиции определенными свойствами. И эти свойства как бы одалживаются частицей, словно она примеряет одежды, чтобы нам понравится, но как только мы отпускаем ее из виду, она возвращается в суперпозицию.

Стало быть, на каком-то фундаментальном уровне, если он вообще имеет место, реальность – это функция сознания, поскольку в конечном счете именно оно «наделяет» частицу реальностью.