Чтение онлайн

«Чтобы с уверенностью исключить обмен сигналами между двумя частицами, находящимися на некотором расстоянии друг от друга, измерения следовало произвести за столь короткий интервал времени, за который сигналы, распространяющиеся со скоростью света (или медленнее), не успели бы преодолеть расстояние между частицами».

Такой эксперимент (только у фотонов фиксировался вектор поляризации) удалось осуществить Алену Аспеку в Париже в 1981–1982 гг. Результаты не оставили никакого сомнения — Эйнштейн был неправ. Как только у одного фотона был определен вектор поляризации, «мгновенно» обнаружилась корреляция, т. е. положение вектора поляризации и у второго фотона также изменялось. И все это неведомым путем, ибо взаимодействие осуществлялось со скоростью, превышающей скорость света.

Как пишет Девис, Аспек забил «последний гвоздь в гроб физики, основанной на здравом смысле». Нам же только остается порадоваться, что Эйнштейн не дожил до этого дня. После такого «ужасного» эксперимента, породившего великую смуту среди сторонников понятных причинно-следственных связей, начался период мифотворчества: появились красивые мысли, например о том, что вместе родившиеся фотоны (электроны) сохраняют память друг о друге, или о том, что любое событие во Вселенной становится мгновенно известным в любой точке пространства, и прочее, прочее…

Казалось бы, здравый смысл окончательно вытеснили из квантовой физики. А ведь Эйнштейн был прав! И не только потому что «элементарные частицы не есть нечто независимо существующее и не поддающееся анализу. По существу, это среда, распространяющаяся вовне на другие объекты». Так сформулировал свою мысль американский физик Г. Степп (и это похоже на правду).

Эйнштейн был прав потому, что верил, что должна быть, обязательно должна быть реальная, а не «безумная» причина, объясняющая неопределенность.

Что же произошло, когда осуществился мысленный эксперимент Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР)? Ведь, по существу, парадокс ЭПР подтвердил идею мгновенного дальнодействия или, скажем осторожнее, идею сверхсветовых скоростей. Но чем порожден этот удивительный эффект?

Любая частица, обладающая или не обладающая внутренней структурой, а также, вероятно, и фотон (если рассматривать его совместно с взаимодействием), изменяет темп своего собственного времени именно в результате взаимодействий. И тут вслед за Эйнштейном нужно повторить, что должна быть не «безумная» причина, которая бы объяснила, почему частицы-близнецы провзаимодействовали друг с другом, вопреки здравому смыслу, нарушив, в том числе, и запрет на превышение скорости света.

Вначале мне казалось, что парадокс ЭПР может быть объяснен, если привлечь для его разрешения идею изменения темпов собственного времени у подопытных фотонов. Например, если, вылетев из одного атома, только что родившиеся фотоны по какой-то причине приобретают все более высокий темп собственного времени, тогда их собственное время будет сжиматься, а это значит, что часы, «установленные» на этих фотонах, должны показывать все уменьшающиеся интервалы времени. В эксперименте таким интервалом был временной интервал между двумя событиями: моментом вылета фотонов из атома и моментом измерения их параметров. Так вот, по часам на фотонах этот интервал будет значительно меньше, чем по лабораторным часам. Значит, по «фотонным» часам эти события ближе друг к другу, чем по «нормальным» часам. Следовательно, в момент измерения их характеристик они могли провзаимодействовать без нарушения запрета на превышение скорости света — ведь времени на осуществление взаимодействия (по их часам) требовалось меньше.

Такое объяснение имеет некоторую логическую предопределенность. Допустим, что только что родившиеся фотоны в первые мгновения своей жизни лавинообразно «обрастают» взаимодействиями и это приводит к росту внутренней энергии и к увеличению темпа их собственного времени.

Но у этой гипотезы есть и серьезные недостатки. Мы не должны забывать, что внутренняя энергия — величина тоже относительная. Она, согласно теории относительности, должна уменьшаться и тем значительнее, чем больше инертная и релятивистская масса фотона, т. е. чем ближе скорость лабораторных фотонов к скорости фотонов в вакууме. У этой гипотезы есть доводы, противоречащие друг другу.

Что же в таком случае произошло, отчего появилась эта шокирующая сверх релятивистская скорость взаимодействия фотонов?

Пол Девис рассказывает, что всего через несколько месяцев после опубликования результатов эксперимента Аспека он попросил десятерых известных физиков высказать свое мнение о парадоксе ЭПР. И примерно половина из них, оставаясь на позициях Эйнштейна, тем не менее, высказали мнение, что «следовало бы отказаться от предположения, что сигналы не могут распространяться со скоростью выше скорости света».

Следует заметить, что к моменту эксперимента Аспека Бором уже была разработана теория, включающая… «нелокальные» эффекты. То есть теория, как бы допускающая в результате «чего-то» распространение информации со скоростью, превышающей скорость света. Эйнштейн, со своей стороны, иронизируя, считал, что такие представления — это не более, чем «призрачное действие на расстояние».

С тех пор прошло несколько десятилетий, но четкого однозначного объяснения парадокса ЭПР не существует. А ведь есть и другие парадоксы, связанные со скоростью света. И, естественно, возникает вопрос, возможно ли некое предположение о природе феномена с позиции гипотезы локально-когерентного времени.

Рассмотрим вначале (из тактических соображений) проблему дуализма элементарных частиц, а затем выскажем гипотетическое допущение о природе парадокса ЭПР.

Элементарные частицы, как известно, способны проявлять и свойства материальных точек (корпускул), и волновые свойства. Ученые открыли много закономерностей, связанных с этим парадоксальным явлением квантового мира, но до сих пор не могут ответить на вопрос, каков механизм двойственной природы элементарных частиц, например света. Почему фотоны, электроны и др. ведут себя именно так?

Я вынужден привести большие выдержки из лекции Нобелевского лауреата Р. Фейнмана «Вероятность и неопределенность — квантово-механический взгляд на природу»{43}. В этой лекции Фейнман говорит: «Я собираюсь придумать один эксперимент и рассказать вам сначала, что получилось бы при таких условиях, если бы у нас были частицы, затем — что было бы, если бы это были волны, и, наконец, что происходит на самом деле в системе, где есть электроны или фотоны». Фейнман продолжает: «Я разберу только этот эксперимент, который специально придуман таким образом, чтобы охватить все загадки (выделено мною. — А.Б.) квантовой механики и столкнуть вас со всеми парадоксами, секретами и странностями природы… любой другой случай в квантовой механике всегда можно объяснить, сказав: «Помните наш эксперимент с двумя отверстиями?..» Вот я и стараюсь рассказать… об опыте с двумя отверстиями…

Начнем с истории изучения света. Сначала предполагалось, что свет очень похож на дождь из частиц или пули, выпущенные из ружья. Однако последующие исследования показали, что такое представление неверно, и на самом деле свет ведет себя как волна… Затем уже в XX веке… вновь стало казаться, что в очень многих случаях свет ведет себя как поток частиц. Наблюдая фотоэлектрический эффект, можно подсчитать число этих корпускул… Но дальнейшие опыты, например, с электронной дифракцией, показали, что они ведут себя как волны… Все нарастающая путаница была разрешена в 1925–1926 гг. открытием точных уравнений квантовой механики… Но как я могу назвать такой характер поведения?» И после этого риторического вопроса Фейнман продолжает: «Электроны ведут себя в указанном отношении точно также, как и фотоны… необычным образом, но зато одинаково…»