Представляем вторую часть статьи, посвященную эксперименту в Нидерландах, благодаря которому было доказано явление квантовой запутанности.

Некоторые физики – основоположники квантовой механики (например, Нильс Бор) считали состояние квантовой запутанности фундаментальным свойством квантовых объектов. Имеется в виду, что это состояние определяется отнюдь не отсутствием у физиков некоторой формулы, позволяющей узнать состояние каждого из объектов. Отдельные состояния действительно не присущи этим объектам до момента проведения измерения. То есть элементарная частица А или В одновременно находится и в состоянии с сонаправленным спином, и в состоянии с противоположно направленным спином, что, очевидно, противоречит классической логике. Говоря физическим языком, она находится в суперпозиции (наложении) двух состояний.

С такой интерпретацией квантовой механики не мог согласиться Эйнштейн. (Справедливо будет отметить, что далеко не он один – даже многие физики – основатели квантовой механики так и не приняли многих ее абсурдных с точки зрения обыденной логики следствий.) Эйнштейн верил, что на самом деле отдельным частицам все-таки присуще определенное состояние, просто нам не хватает знаний его вычислить. Он думал, что после взаимодействия каждая из наших частиц А и В обладает своим собственным спином, который нам неизвестен исключительно из-за того, что мы пользуемся для его вычисления неполной физической теорией, коей и является квантовая механика.

Для доказательства своего утверждения Эйнштейн продолжал свой мысленный эксперимент следующими рассуждениями. Итак, провзаимодействовавшие частицы разлетелись в пространстве на сколь угодно большое расстояние. Теперь представим, что все же было принято решение измерить спин одной из этих частиц и он оказался сонаправленным с частицей. Известно, что общее состояние квантовой системы из двух частиц равно сумме ее прошлых состояний. Соответственно, можно утверждать, что спин второй частицы автоматически оказался направлен против ее движения.

С точки зрения Эйнштейна, в этом эксперименте нет никакой проблемы, ведь каждая из частиц сразу после столкновения оказалась в состоянии с определенным спином, после чего они обе разлетелись. Однако с точки зрения квантовой механики здесь есть одна существенная трудность, ведь если не принимать точку зрения Эйнштейна, то получится, что измерения над одной из частиц моментально воздействуют на вторую частицу (которая, напомним, может находиться хоть на другом конце галактики), придавая ей строго определенный спин. Ни одна физическая теория не предполагает такого взаимодействия с бесконечной скоростью распространения, более того, благодаря тому же Эйнштейну известно, что быстрее света во Вселенной вообще не может распространяться ничего.

Решить эту проблему в свое время взялся уже упомянутый нами Нильс Бор. Он ответил на претензии Эйнштейна довольно радикально, отказавшись от принципа локальности в квантовой механике. (Стоит заметить, что научный спор Эйнштейна и Бора никак не влиял на их личные отношения – на протяжении всей жизни они оставались близкими приятелями.)

Нелокальность квантовой механики означает, что на состояние квантового объекта действительно могут влиять другие объекты, находящиеся, строго говоря, вообще где угодно. Как это возможно – вопрос вторичный, главное же – сохранение фундаментальных вероятностных основ квантовой механики, которые запрещают приписывать частице какие-либо параметры в отсутствие наблюдателя.

Спор Эйнштейна и Бора происходил исключительно в умозрительной области – тогда еще было сложно представить, что возможен реальный эксперимент, с помощью которого можно было бы доказать правоту одного из них. Возможность проведения такого эксперимента доказал уже в 1960-х годах американский физик Джон Белл.

Белл сформулировал теорему, в которой вывел особые математические неравенства (впоследствии названные его именем). Особенностью этих неравенств было то, что при приложении к квантовой механике они должны были нарушаться в том случае, если квантовая механика действительно была бы нелокальна. В случае же наличия в ней скрытых параметров, как того хотел Эйнштейн, неравенства Бэлла должны были сохраняться.

Эксперимент, впервые проведенный еще в 1972 году, недвусмысленно показал, что неравенства нарушаются. Это означало, что квантовая механика действительно существенно нелокальна, а "пугающее дальнодействие" Эйнштейна на самом деле существует. Правда, к отрицанию теории относительности и нарушению принципа причинности как к одному из следствий преодоления скорости света это дальнодействие все же не приводит, так как с его помощью нельзя передавать информацию (это – тема для отдельного обстоятельного материала).

Новый эксперимент, проведенный в Голландии (о нем мы говорили в первой части статьи), в очередной раз показал, что неравенства Белла действительно нарушаются в квантовой механике. На этот раз точность эксперимента практически не оставила шансов для существования скрытых параметров в какой-либо форме.

Еще один крупный эксперимент, который может окончательно закрыть данный вопрос, пройдет в Массачусетском технологическом институте в течение ближайших трех лет. Команда физиков будет собирать свет, пришедший к нам от удаленных галактик, а также сигналы от пульсаров – массивных вращающихся нейтронных звезд. Это позволит гарантировать полную независимость измерительных детекторов от источников сигнала, что устранит последние лазейки для теорий со скрытыми параметрами. Несмотря на то что сегодня подавляющее большинство физиков не сомневается в реальности явления квантовой запутанности, окончательное доказательство ее физической реальности все еще будоражит умы научной общественности.