Брайан Грин - Брайан Грин. Ткань космоса - Пространство, время и структура реальности

14. В то время как предположение локальности является ключевым для аргументов Эйнштейна, Подольского и Розена, исследователи пытались найти ошибки в других элементах их рассуждения в попытке избежать заключения, что вселенная допускает нелокальные свойства. Например, иногда утверждают, что все, что требуют данные, это что мы отказываемся от так называемого реализма – идеи, что все объекты обладают свойствами, которые измеряются, независимо от процесса измерения. В этом контексте, однако, такое утверждение попадает пальцем в небо. Если рассуждения ЭПР были бы подтверждены экспериментом, не было бы ничего удивительного в дальнодействующих корреляциях квантовой механики; они были бы не более удивительны, чем классические дальнодействующие корреляции, такие как то, что нахождение вашей левой перчатки здесь подразумевает, что ее пара там будет правой перчаткой. Но такие рассуждения были опровергнуты результатами Белла/Аспекта. Теперь, если в ответ на опровержение ЭПР мы отвергнем реализм, – как мы это делаем в стандартной квантовой механике, – это никак не уменьшит ошеломительную загадочность дальнодействующих корреляций между далеко разнесенными друг от друга случайными процессами; когда мы отказываемся от реализма, перчатки, как в комментарии 4, становятся "квантовыми перчатками". Отказ от реализма любым способом не делает наблюдаемые нелокальные корреляции хоть сколь-нибудь менее эксцентричными. Верно то, что если в свете результатов ЭПР, Белла и Аспекта мы попытаемся сохранить реализм, – например, как в теории Бома, обсуждающейся позже в главе, – разновидность нелокальности, которую нам потребуется согласовать с данными опыта, окажется более сильной, включая нелокальность взаимодействий, а не только нелокальность корреляций. Многие физики воздерживаются от такого выбора и, таким образом, отказываются от реализма.

15. См., например, Murray Gell-Mann, The Quark and the Jaguar (New York: Freeman, 1994), and Huw Price, Time's Arrow and Archimedes' Point (Oxford: Oxford University Press, 1996).

16. СТО запрещает всему, что движется медленее скорости света, пересекать барьер скорости света. Но если что-нибудь уже движется быстрее скорости света, это СТО не отвергает беспощадно. Гипотетические частицы такого сорта называются тахионами. Большинство физиков уверены, что тахионы не существуют, но другие рады поработать вхолостую с возможностью их существования. До сих пор, однако, в значительной степени потому, что странные свойства таких более-быстрых-чем-свет частиц находятся в соответствии с уравнениями СТО, никто не нашел никакого практического применения для них - даже говоря гипотетически. В современных исследованиях теория, в которой возникают тахионы, как правило, выглядит как страдающая от нестабильности.

17. Склонный к математике читатель должен отметить, что в своей сути СТО утверждает, что законы физики должны быть Лоренц-инвариантны, что означает, инвариантны относительно SO(3,1) координатных преобразований пространства Минковского. Отсюда возникает заключение, что квантовая механика будет согласована с СТО, если она может быть сформулирована полностью Лоренц-инвариантным образом. Сейчас релятивистская квантовая механика и релятивистская квантовая теория поля продвинулись далеко в направлении этой цели, но все еще нет полного согласия в отношении того, могут ли они обратиться к квантовой проблеме измерения полностью Лоренц-инвариантным образом. В релятивистской квантовой теории поля, например, можно прямо рассчитать полностью Лоренц-инвариантным образом амплитуды вероятности и вероятность исхода различных экспериментов. Но стандартное рассмотрение спотыкается также при описании способа, при котором тот или иной особый исход возникает из широкого диапазона квантовых возможностей, – то есть, что происходит в процессе измерения. Это особенно важная проблема для запутывания как явления, которое зависит от того, что делает экспериментатор, – акта измерения одного из свойств запутанной частицы. Для более детального обсуждения см. Tim Maudlin, Quantum Non-locality and Relativity (Oxford: Blackwell, 2002).

18. Для склонного к математике читателя приводим квантовомеханический расчет, который дает предсказания в соответствии с этими экспериментами. Предположим, что оси, вдоль которых детектор измеряет спин, суть вертикальная и две наклоненные под 120 градусов по и против часовой стрелки от вертикали (подобно полудню, четырем часам и восьми часам на двух циферблатах часов, одинаковых для каждого детектора, который стоит лицом к лицу с каждым циферблатом), и рассмотрим для определенности два электрона, появляющиеся спина к спине и направляющиеся к этим детекторам в так называемом синглетном состоянии. Поскольку это состояние, в котором полный спин равен нулю, гарантируется, что если один электрон найден в состоянии спин вверх, другой будет найден в состоянии спин вниз относительно заданной оси, и наоборот. (Вспомним, что для упрощения текста я описывал корреляции между электронами как обеспечивающие, что если один имеет спин вверх, такой же будет и другой, и если один имеет спин вниз, второй тоже; на самом деле корреляции таковы, что при них спины ориентируются в противоположных направлениях. Чтобы установить связь с основным текстом, вы всегда должны представлять, что два детектора калиброваны противоположно, так что в ситуации, когда один показывает спин вверх, второй будет показывать спин вниз). Стандартный результат из элементарной квантовой механики показывает, что если угол между осями, вдоль которых наши два детектора измеряют спины электронов, есть θ, тогда вероятность, что будет измерена противоположная величина спина, равна cos 2(θ/2). Таким образом, если оси детекторов выстроены одинаково (θ = 0), они определенно измерят противоположные величины спинов (аналог детекторов в главном тексте, всегда измеряющих одинаковую величину, когда детекторы настроены на одно и то же направление), а если они настроены на направления +120° или –120°, вероятность измерения противоположных спинов есть cos 2(+120° или –120°) = 1/4. Теперь, если оси детекторов выбраны хаотично, 1/3 от времени они будут направлены в одном направлении, а 2/3 не будут. Таким образом, после всех прогонов эксперимента мы ожидаем найти противоположные спины в (1/3)(1) + (2/3)(1/4) = 1/2 от времени, как и подтверждают данные.