«Под вопросом»: почему наша реальность сомнительна

Квантовая механика очень хорошо описывает поведения крошечных объектов, таких как атомы или частицы. Но с этой точки зрения их поведение кажется очень странным. Во многих случаях квантовая теория не дает однозначных ответов на такие вопросы, как «где сейчас находится частица?». Вместо этого она дает только ее вероятное местоположение.

Для Нильса Бора, одного из основоположников теории, это происходит не из-за недостатка информации о частице, а потому что физические свойства, такие как положение, не существуют, пока не будут измерены. Более того, поскольку некоторые свойства частицы нельзя наблюдать одновременно, например, местоположение и скорость, то они не могут быть реальными одновременно.

Но вернемся к парадоксу. В статье, опубликованной в Nature Physics, рассматривалась пара удаленных друг от друга частиц в запутанном состоянии. Когда одно и то же свойство (скажем, местоположение или скорость) измеряется у обеих запутанных частиц, то результат будет случайным. Но при этом между полученными результатами обязательно появится взаимосвязь.

Например, наблюдатель, измеряющий положение первой частицы, может точно предсказать результат измерения положения другой удаленной частицы, даже не видя ее. Или же наблюдатель может с тем же успехом предсказать ее скорость. Казалось бы, этому есть простое объяснение, но при условии, что оба свойства существовали до измерений, а это противоречит интерпретации Бора.

Однако в 1964 году физик Джон Белл из Северной Ирландии обнаружил, что аргумент о существовании свойств до их измерения не работает в случае более сложной комбинации различных измерений этих двух частиц.

Белл пришел к выводу, что если два наблюдателя случайным образом и независимо выбирают между измерением того или иного свойства своих частиц (положения или скорости), то усредненные результаты нельзя объяснить ни одной теорией, согласно которой положение и скорость уже существовали до измерений.

Звучит невероятно, но эксперименты показали, что корреляции (взаимосвязи) Белла действительно существуют. Для многих физиков это стало свидетельством того, что Бор был прав: физические свойства не существуют, пока они не измерены.

Но тогда возникает странный вопрос: что собой представляет «измерение»?

Венгерско-американский физик-теоретик Юджин Вигнер разработал мысленный эксперимент, демонстрирующий сложность идеи измерения. Он предложил ситуацию, в которой его друг входит в герметично закрытую лабораторию и выполняет измерение квантовой частицы. Скажем, ее положения. Однако Вигнер заметил, что если бы он применил уравнения квантовой механики для описания этой ситуации, находясь снаружи лаборатории, то результат был бы совсем другим. С точки зрения Вигнера друг, проводящий измерения и делающий положение частицы реальным, просто запутывается с частицей и заражается неопределенностью, которая его окружает.

Эта идея напоминает знаменитого кота Шредингера — мысленный эксперимент, в котором судьба закрытого в коробке кота связана со случайным квантовым событием.