[ Каскадный ] · Стандартный · Линейный Теорема Белла и парадоксы "здравого смысла"

[Ронвилс]

Подробности описания самой гипотезы Белла и экспериментов по ее проверке встретишь не так много, как популярных интерпретаций и философских домыслов на данную тему. Не вникая в тонкости теории и технологии экспериментов постараемся сосредоточиться на сути основных выводов и логико-математической интерпретации того, что имеем на сей день.
Краткая суть вопроса. Имеем две частицы, которые в результате какого-то локального взаимодействия стали т. н. «запутанными», то есть получили четкую корреляцию каких-то своих квантовых состояний. К примеру: пара электронов в запутанном состоянии имеет суммарный спин, равный нулю. Один из пары имеет, к примеру, спин +1/2, второй – соответственно – 1/2. Далее эти частицы могут разлетаться на любые расстояния. Пока частица не вступит во взаимодействие с какой-то другой частицей или полем (при этом взаимодействие должно преодолеть потенциальный барьер, необходимый для изменения интересующего нас квантового состояния), она может двигаться сколь угодно долго и далеко. Зато когда на детекторе мы зарегистрировали, к примеру, первую частицу и выяснили значение ее квантового состояния (а ведь для этого нужно реальное взаимодействие, которое приводит к изменению данного состояния), то с уверенностью можем заключить о квантовом состоянии второй частицы в данный момент (хотя я и понимаю, что понятие «данный момент» нужно понимать весьма относительно). При этом предполагается, что вторая частица еще не успела вступить в реальное взаимодействие ни с какой другой частицей. Это выясняется в тот момент, когда примерно в то же время (или чуть позже) второй детектор позволил получить данные о квантовом состоянии своей частицы. В результате достаточно многочисленных на сегодняшний день экспериментов мы уже можем с весьма большой вероятностью говорить о том, что реально имеется такая четкая зависимость (как говорят – корреляция) двух квантовых состояний разлетевшихся и абсолютно не связанных между собой частиц. И как раз именно в тот момент, когда в результате наблюдения мы зафиксировали и доопределили квантовой состояние одной из частиц.
В сущности большего пока эксперименты ничего нам дать не могут. Остальное уже относится к домыслам и философским обобщениям. Если отсеять все наносное и убрать предположения, о которых ни один эксперимент пока ничего сказать не может, то суть основных обобщений сводится к следующему:
Между запутанными частицами имеется какая-то нелокальная связь, позволяющая вполне определенным образом коррелировать их квантовые состояния в зависимости от исхода индивидуального взаимодействия любой из запутанных частиц. И это, вроде бы, не зависит от расстояния.
Дальше уже пошли домыслы. Появляются какие-то там пси-поля, параллельные гиперпространства или просто – огромное множество «виртуальных» пространств, расщепляющихся при каждом взаимодействии. И так далее, и тому подобное. Но прежде, чем делать подобного рода предположения, нужно подумать вот о чем. Если корреляция имеет место постоянно и частицы как бы «отслеживают» взаимные параметры, то изменив состояние одной из частиц в какой-то момент времени мы можем надеяться на то, что вторая частица тут же изменит и свое возможное состояние. Одно дело просто единожды зафиксировать ее состояние (по свершившемуся факту) и сделать вывод о состоянии «запутанного партнера» после этого. Совсем другое дело – изменить состояние одной запутанной частицы и надеяться на то, что за этим изменением последует коррелированное изменение другой частицы. Второе означало бы возможность создания сверхсветовой связи. К примеру так: образуем поток запутанных частиц, расщепляем его и принимаем в двух весьма удаленных друг от друга пунктах. В одном из пунктов мы последовательно меняем состояние принимаемых частиц по определенному закону (к примеру – ШИМ-модулирование). То есть – одну частицу пропускаем, вторую меняем, третью и четвертую – пропускаем и т. д. (в более или менее равномерном потоке частиц это в среднем вполне реализуемо). А вот во втором пункте у нас будут вариации состояний принимаемых частиц, подчиняющиеся тому же правилу модуляции. Логично, не правда ли? Но, насколько я знаю, еще никому и никогда не удалось, даже самым косвенным образом, показать реальность мгновенной передачи информации.
Почему же все эти «пси-поля» ведут себя столь странным образом? А может они вообще не нужны? Тогда получается странная картина. Если полностью отказаться от каких бы то ни было посреднических полей и пространств, то традиционный физик вынужден будет «впихивать» все странности в «скрытые параметры» внутри нашего пространства-времени. Результаты опытов на основе теоремы Белла вполне однозначно говорят о том, что данное предположение не согласуется с наблюдаемыми данными. Получается «или» - «или». И ни одно из этих «или» не дает по настоящему вразумительного ответа. А может есть еще одно представление, которое не относится ни к посредническим полям и пространствам, ни к «скрытым параметрам» внутри нашего пространства? Я утверждаю, что есть. Но для этого нужно отказаться от какой бы то ни было наглядности и представимости тех процессов, которые происходят в мире микрочастиц и вообще – в пространстве Метагалактики. Впрочем, это касается только наглядности. Логически все это достаточно просто.
Когда чистый математик работает с такими абстрактными объектами, как целые числа, он редко задумывается о какое-либо наглядной сопоставимости тех хитроумных закономерностей в стройном ряду своих абстрактных объектов – чисел и окружающим его физическим миром. Для него, к примеру, число 11 в принципе может относиться к чему угодно – хоть к частицам, хоть к галактикам, хоть к метагалактикам. Ни размеры, ни положение его не интересуют. Для него куда важнее тот факт, что это – простое число. Естествоиспытателю очень трудно согласиться с тем, что существует некая объективная реальность, которая вообще не имеет отношения к пространству и времени. Ход его рассуждений таков. Что такое «параметр» частицы? Это не просто какое-то абстрактное число или набор чисел. Это – объективная величина, характеризующая положение, движение, размеры и конфигурацию частицы. А так же – ее взаимодействие в системе других частиц. Ну, мы можем себе на некоторое время абстрагироваться и забыть об этом факте, формализовав параметр как некую абстрактную величину. Но лишь на время. На самом же деле мы всегда должны помнить, что это – конкретный элемент общей материальной структуры, который полностью зависит от этой структуры и ее окружения. И зависит, и зиждется на них, и определяется ими. При такой постановке вопроса нам никогда не удастся уйти от того, что бы не пытаться искать постоянный фактор взаимосвязи между двумя спутанными частицами и не искать «посредников» этой взаимосвязи.
А вот теперь давайте предположим, что на самом деле квантовые состояния – это именно абстрактные параметры, которые в своей основе вообще не зиждутся на материальной основе. Страшно (для материалистов), не правда ли? Они просто связаны с определенными частицами четкими и стабильными взаимоотношениями. Имеет данная частица такой-то параметр в данное время – он просто существует сам по себе и именно «сам по себе» ни к пространству, ни ко времени отношения не имеет. Лишь в момент своей востребованности он «выныривает» из этого абстрактного «внепространственно-временного» состояния и заставляет частицу (вместе с комплексом других своих состояний на данный момент) принимать определенное положение последней в пространстве и времени и иметь конкретный набор параметров. Когда мы распознали этот параметр в момент регистрации – он остался именно таким, каким был после «выныривания» (и, соответственно, перед своим «заныриванием»).
Я не могу сказать, что уникален с своих предположениях. Идея «нелокального свернутого порядка» была выдвинута доктором Бомом еще много десятилетий назад. Хочу уточнить лишь один очень важный момент. Когда говорят, что какая-то информация имеет «нелокальный характер», то не следует считать ее «размазанной» везде и всюду и потенциально доступной в любой точке пространства Метагалактики. Следует говорить: «нелокальная только по отношению к пространству и времени». Но она вполне может быть локальной по отношению к носителю данной информации. И тут нужно прояснить еще один важный момент. Наше мышление организовано интересным образом. Как только мы отказываемся от одного типового представления – мы сразу же цепляемся за другое типовое представление. К примеру – буддистское представление о некой слитности и нераздельности всего сущего. А ведь так и получается: раз мы отказали некому явлению в локальности в пространстве-времени – значит оно является гранью «единой общности всего бытия в целом». На подобных представлениях конкретный естествоиспытатель далеко не уедет. Так называемая «самость», то есть определенная изолированность и локальность отдельных объектов (элементарных частиц в частности) – это факт, который необходимо принять.
Но данная локальность вовсе не обязательно должна касаться лишь его пространственно-временных характеристик. Абстрактные объекты, не имеющие отношение к пространству и времени, тем не менее легко структурируются в отдельные элементы и комплексы, взаимодействующие между собой по определенным алгоритмам. Они, как бы, имеют свою «архитектуру». Только это не пространственная, а логическая «архитектура». Поэтому, когда частица имеет какое-то квантовое состояние – это не что иное, как определенный информационный параметр, который к пространству-времени непосредственного отношения не имеет, но зато имеет прямое отношение именно к данной (а не какой-то другой) частице.
Следующий момент касается вопроса о дискретности и непрерывности взаимодействия. Он имеет непосредственное отношение к локальности и нелокальности. Если бы взаимодействие частицы с другими материальными объектами было совершенно непрерывным, то смысла в разделении локальности логической и нелокальности пространственно-временной не было бы никакой. В любой момент параметр частицы «вытаскивался» бы из «небытия» и обратно туда отправлялся. А вот в случае дискретности взаимодействия (не внешне, а по сути своей), когда тот или иной параметр востребуется лишь тогда, когда для него возникнут необходимые условия, реально происходит то, что мы обнаруживаем в наблюдениях. При этом, правда, приходится предположить, что кроме разного рода квантовых состояний, как информационных пакетов вне пространства-времени, частица должна иметь еще и другие «механизмы», отслеживающие более методично ее положения и возможные взаимодействия в комплексе других частиц. То есть, мы никуда не уйдем от признания того, что частица ни есть некий «монолитный» объект. Это как бы цельная система, имеющая определенную внешнюю «архитектуру» в пространстве-времени и «логико-структурную архитектуру» в информационном плане.
Рассуждая в изложенном ключе зададимся теперь следующим вопросом. Если частицы имеют «спутанные» параметры, значит ли это, что данные параметры находятся в какой-то логической «внепространственной» связи друг с другом в тот момент, когда частицы разделены и между ними нет никакой физической связи? Если бы я ответил на этот вопрос положительно (а многие именно так и отвечают), то было бы совершенно непонятно – почему же принципиально недопустима управляемая мгновенная передача информации между удаленными областями пространства? Получается, что природа (или Бог) «играет с нами в прядки»?
Если исходить из принципа, что никто нас запутывать не собирается и реальность должна выстраиваться по наиболее рациональным и простым алгоритмам, то в данном случае нужно предположить следующее. Между спутанными частицами, после их разделения, нет не только физической, но и информационной связи. Есть только взаимосвязанные параметры, удаленные информационной структурой каждой частицы из участия в реальном взаимодействии. А раз удалены, значит как бы «законсервированы», удалены из пространственно-временного континуума. Когда же у одной из частиц вдруг возникает условие для изменения своего определенного квантового состояния, то именно в данный момент и можно прояснить ситуацию с аналогичным параметром «спутанного партнера». И то – при условии, что этот «партнер» еще не успел (в результате другого взаимодействия) изменить соответствующий свой параметр.
Говорят, что при разрешении определенных «неразрешимых» противоречий при изучении окружающего нас мира, человеку необходимо жертвовать определенными своими прежними устоявшимися представлениями. Взамен того, чем он пожертвовал, приходится брать какие-то другие представления. Но эти представления порой вдребезги развбивают и многое из того, что вообще не входило в планы исследователя. Рассмотренный случай – не исключение. Если быть предельно кратким и лаконичным, то данный вариант нового представления нуждается в признании:
1. Существования нелокальной (то есть – не связанной с пространством и временем) «информационной» реальности;
2. Внутренней связности и структурной обусловленности внутри самой этой нелокальной «информационной» реальности;
3. Связи каждого «реального» объекта (существующего в пространственно-временном континууме) с определенной «информационной» реальностью.
Естественно, признание этих вещей как неотъемлемых и фундаментальных свойств того мира, в котором мы живем, ведет к радикальному пересмотру слишком многого. Даже того, что не относится к физике или химии. Но что поделаешь? Сказать так: «эти посылки нужны лишь для того, что бы объяснить квантовые явления в микромире, а на остальное все это не распространяется» - было бы смешно и наивно. Видимо, подобное положение свойственно всем фундаментальным наукам. Не случайно же на них тратися так много средств и приделяется такое внимание.

[Ронвилс]

Не так все просто, Павел, не так все просто. Я могу дать еще несколько ссылок на очень солидные источники. Кстати, наиболее популярны опыты с поляризованными спутанными фотонами. Спутываются квантовые состояния, отвечающие за поляризацию. Но когда фотоны разлетаются ось поляризации отдельного фотона совершенно неопределенна. Регистрирующая система имеет фильтр определенной ориентации. И вот получается так, что когда, к примеру, мы зарегистрировали первый фотон - в момент регистрации квантовое состояние этого фотона в данный момент, плюс "память о спутанном состоянии" в итоге образуют вполне определенное поляризованное состояние воспринятого фотона. И в этот же момент второй фотон получает вполне определенное состояние поляризации (до этого бывшее совершенно неопределенным). Приведу отрывок из доклада Алэна Аспека "Теорема Белла: наивный взгляд экспериментатора":

" ... Двухшаговое вычисление, следовательно, дает тот же результат, что и прямой расчет. Но мы получили дополнительную картинку для двухшагового измерения:
I. Фотон v1, у которого не было хорошо определенной поляризации перед измерением, приобрел поляризацию в соответствии с зарегистрированным результатом непосредственно в момент измерения: это не является неожиданностью.
II. Когда измерение для v1 уже выполнено, фотон v2, не имевший хорошо определенной поляризации до момента этого измерения, спроецировался в состояние поляризации, параллельное состоянию поляризации, зарегистрированному для v1.
Это весьма неожиданно, потому что такое изменение в описании v2 происходит
мгновенно, какое бы расстояние ни было в момент первого измерения между v1 и v2. Такая картина оказывается противоречащей теории относительности. Согласно Эйнштейну, то, что происходит в данной области пространства времени, не может испытывать влияния со стороны события, происходящего в другой области, отделенной от первой пространственно-подобным интервалом..."

Меня удивляет другое. Ведь у нас налицо динамический процесс. Это видно уже из формулировок: первый фотон "приобрел поляризацию в соответствии с зарегистрированным результатом". Второй фотон "спроецировался в состояние поляризации, параллельное зарегистрированному для первого". А с чем происходило взаимодействие? Вначале - с поляризационным фильтром, а уже потом - с датчиком.
И вот вам простое логическое продолжение эксперимента. В процессе взаимодействия - повернем ось поляризации первого фотона для начала - по часовой стрелке. А теперь возьмем более или менее равномерные потоки спутанных фотонов и будем на первом приемном пункте "крутить" оси поляризации фотонов сначала по часовой, а затем - против часовой стрелки. По идее данный процесс относительного изменения поляризации фотонов первого потока должен влиять на относительное изменение поляризации фотонов второго потока. И это уже будет передача информации со скоростью, превышающей скорость света.
Но ведь четко доказано, что ни один эксперимент не подтвердил возможность такой передачи (строго в соответствии с теорией относительности). Это именно то, что я назвал "природа играет с нами в прядки".
Кстати, то же и со спином. В спине главное - направление вращения частицы относительно оси движения в данный момент. Оно может быть по часовой или против часовой стрелки. Но сама ось для частицы имеет вероятностный характер и в любой момент ее движения неопределенна. А вот когда мы зарегистрировали частицу и доопределили ее спин и направление - именно в этот момент мы и можем сказать о проекции спина второй частицы на ее движение в данный момент. Так что одной "памятью" о спутанном состоянии тут не обойдешься. Так что противоречие с теорией относительности остается. Как его обойти? Подумайте, а потом я выскажу свою точку зрения.