Джордж Массер - Нелокальность - Феномен, меняющий представление о пространстве и времени, и его значение для черных дыр, Большого взрыва и теорий всего

Такая сложная паутина нелокальных связей создает впечатляющие эффекты. Она позволяет проводить эксперимент с волшебными монетами, описанный в главе 1, без канители, связанной с созданием и обменом запутанными частицами. Просто выдергивайте монеты из ничего, т.е. из полей, которые уже окружают вас, и подбрасывайте их. Они будут падать орлом или решкой случайным образом, но всегда согласованно друг с другом. Для усиления эффекта можно даже экспериментировать с идеальным вакуумом, а не с видимыми частицами. Просто разместите пару измерительных приборов в поле, они зарегистрируют его остаточную случайную вибрацию, и показания будут одинаковыми. «Забудьте об эксперименте, — говорит Халворсон. — За вас его проведет Вселенная».

Как любезно с ее стороны. Но эта благотворительность не безгранична. Эксперимент провести крайне трудно, и, несмотря на различные предложения, никто так и не попытался осуществить его на практике. Одна из причин в том, что для удовлетворения полем правила микропричинности и связанных с ним условий корреляция должна быть высокоспецифичной с точки зрения места. Ситуация напоминает неравномерность работы сотового телефона у меня дома: на кухне индикатор сигнала показывает пять делений, а в столовой сигнал падает до нуля. Стоит поменять сотового оператора, и сигнал вполне может появиться в столовой, но пропасть на кухне. По аналогии измерительные приборы физика могут зарегистрировать призрачную корреляцию в первый момент, но дать нулевой результат при самом незначительном смещении. В новых местах поле по-прежнему будет запутанным, однако экспериментатору придется перейти на измерительные приборы другого типа, чтобы и дальше детектировать корреляцию. По словам Халворсона, поле «имеет эту нелокальность на всех расстояниях, но любой конкретный вид нелокальности будет затухать». Если физики смогут решить эту техническую проблему, то поля могут стать предпочтительным источником запутанности в целях квантовой криптографии и вычислений.

Запутанность полей делает возможным существование совершенно новых классов явлений. Можно установить запутанность атома с полем, а потом поля со вторым атомом. В этот момент два атома окажутся запутанными друг с другом, хотя они и не взаимодействуют напрямую. Запутанность также определяет существование вещества в других фазах помимо твердого, жидкого и газообразного состояния. Обычные фазы определяются расположением атомов и молекул: например, в кристалле они располагаются ровными рядами, а в газе распределены беспорядочно. Новые фазы организованы более сложно и подчиняются хореографии, достойной какого-нибудь индийского фильма. В этих ситуациях нелокальные эффекты не размываются с расстоянием и обеспечивают существование материалов с такими свойствами, которые когда-то казались волшебными, вроде сверхпроводимости, когда электрический ток течет без сопротивления.

До сравнительно недавнего времени большинство теоретиков считали такие явления дешевыми трюками. «Запутанность традиционно мало трогала моих коллег и меня, — рассказывает теоретик Нима Аркани-Хамед. — Непрофессионалам она нравилась — здорово, все действия происходят в других местах. Тот факт, что интерес к запутанности может окупиться нетривиальным образом, удивителен». Сейчас он считает, что запутанность полей вполне способна стать определяющей особенностью квантовой теории поля: «Правильным подходом к осмыслению квантовой теории поля может стать представление о ней как о взаимной запутанности областей».

Возвращаясь к нашей метафоре с жидкокристаллическим телевизором, можно представить запутанность полей как множество проводников на задней части экрана, которые связывают пиксели друг с другом. Для большинства целей это неплохой образ, к тому же он позволяет представлять поле в принципе так же, как это делали Майкл Фарадей и Джеймс Клерк Максвелл. Однако по большому счету он никуда не годится. Запутанность не означает координацию яркости и цвета одного пикселя с яркостью и цветом другого. Смысл ее в том, что индивидуальные пиксели фактически не имеют яркости и цвета — этими атрибутами обладают только группы запутанных пикселей. Запутанное поле обладает холистическими свойствами, которые не существуют в любом отдельно взятом месте, а заполняют все пространство.

Второй тип нелокальности в квантовой теории поля представляет собой не квантовый эффект, а внутреннюю структуру, присущую электрическому, магнитному и другим силовым полям. Вы можете получить некоторое представление о ней, глядя через окно на высоковольтную линию электропередачи и птиц, которые совершенно спокойно сидят на проводах. Птицы не поджариваются потому, что высокое напряжение само по себе не оказывает никакого эффекта. Они гибнут от электрического разряда только тогда, когда касаются одновременно двух проводов, создавая перемычку, по которой течет ток. Что приводит к возникновению электрического разряда, так это разность напряжений, или, точнее, разность электрических потенциалов.