“В 1964 году ирландский физик Джон Стюарт Белл написал статью, которую поначалу

“В 1964 году ирландский физик Джон Стюарт Белл написал статью, которую поначалу никто особо не заметил. Журнал Physics опубликовал её в первом номере - и он тихо полежал на полках несколько лет, пока другие физики не начали понимать, что именно там написано. А написано там было вот что: Эйнштейн, скорее всего, ошибался. Квантовая механика с самого начала нервировала Эйнштейна. Он помог её создать - и всю оставшуюся жизнь с ней спорил. Предмет спора звучал примерно так: квантовая механика утверждает, что частица не имеет определённых свойств до момента измерения. Электрон не имеет конкретного спина - он находится в суперпозиции всех возможных состояний, пока вы на него не посмотрели. В момент измерения суперпозиция «схлопывается» в одно значение. Эйнштейн считал, что это абсурд. Луна существует, даже когда на неё никто не смотрит. Значит, у частицы есть «скрытые параметры» - реальные свойства, которые просто неизвестны нам до измерения, но существуют независимо от наблюдателя. Квантовая механика неполна. Когда-нибудь мы найдём эти скрытые параметры и всё встанет на место. В 1935 году Эйнштейн вместе с Подольским и Розеном опубликовал знаменитый мысленный эксперимент - ЭПР-парадокс. Суть: если взять две запутанные частицы и разлететься в разные стороны вселенной, а потом измерить одну из них, вторая мгновенно «узнаёт» результат и принимает соответствующее состояние. Квантовая механика именно так и говорит.

Эйнштейн называл это «жутким действием на расстоянии» - spooky action at a distance - и полагал, что именно этот абсурд доказывает: теория неполная. Сигнал не может распространяться быстрее света. Значит, частицы заранее «договорились» о своих состояниях. Просто мы не знаем о договорённости ничего - вот и весь фокус. Логика железная. Почти. Белл задал вопрос, который оказался гениальным в своей простоте: а можно ли вообще различить эти два случая? Если у частиц есть скрытые параметры, заданные заранее, - это даст одну статистику измерений. Если квантовая механика права и частицы реально запутаны без всяких скрытых договорённостей - статистика будет другой. Он вывел математическое неравенство. Если нарушение этого неравенства зафиксировано в эксперименте - скрытые параметры исключены. Квантовая запутанность реальна. Это было элегантно. Белл превратил философский спор в математический критерий, который можно проверить в лаборатории. Оставалось только провести эксперимент. Первыми попытались Стюарт Фридман и Джон Клозер в Беркли в 1972 году. Они использовали запутанные фотоны - пары частиц света с коррелированной поляризацией - и измеряли их на расстоянии. Результат: неравенство Белла нарушено. Квантовая механика права. Но эксперимент имел «лазейки» - экспериментальные уязвимости, которые позволяли скептикам говорить: «А вдруг всё-таки есть объяснение попроще?» Детекторы регистрировали не все частицы. Настройки измерительных приборов менялись недостаточно быстро.

Может, фотоны как-то «знали» заранее, что их будут измерять именно так? Скептики работали усердно. Ален Аспе из Парижского университета провёл серию экспериментов, которые закрыли главные лазейки. Самое важное: он менял ориентацию детекторов уже после того, как фотоны вылетели навстречу друг другу. Частицы физически не могли «знать» заранее, в каком направлении их будут измерять. Неравенство Белла снова нарушено. С большим статистическим запасом. Это был серьёзный удар по скрытым параметрам. Но дотошные физики нашли ещё лазейки. Группы Антона Цайлингера в Инсбруке и Иннсбруке в конце 1990-х закрыли ещё одну лазейку - так называемую «лазейку локальности». Они разнесли детекторы на достаточно большое расстояние, чтобы даже световой сигнал не успел пройти от одного к другому за время измерения. Нарушение неравенства Белла сохранилось. Лазейки закрывались одна за другой, но каждый раз находилась ещё одна. Физическое сообщество напоминало детективную историю, где подозреваемые заканчиваются, а преступление всё равно совершено. В 2015 году вышли три независимых эксперимента, которые вместе закрыли все основные лазейки одновременно. Группа Рональда Хансона в Делфте разнесла детекторы на 1,3 километра и одновременно закрыла и лазейку локальности, и лазейку детектирования - в первый раз в одном эксперименте сразу. Группа в NIST (США) и группа в Вене провели аналогичные эксперименты с другой технической реализацией. Все три получили одно и то же: неравенство Белла нарушено.

Достоверность - за пределами любых разумных статистических сомнений. В 2022 году Ален Аспе, Джон Клозер и Антон Цайлингер получили Нобелевскую премию по физике именно за эти эксперименты. Комитет сформулировал так: «за эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушений неравенств Белла и пионерские работы в области квантовой информации». Спор с Эйнштейном закрыт. Он проиграл. Что именно доказано. Здесь важно быть точным, потому что популярные пересказы часто залезают в дебри, откуда потом сложно выбраться. Доказано следующее: у квантово-запутанных частиц нет заранее определённых локальных скрытых параметров. Иначе говоря - их измеримые свойства не были определены до измерения и не могут объясняться никакой локальной договорённостью, установленной в момент создания пары. Корреляции между результатами измерений на разных частицах сильнее, чем может обеспечить любая локальная реалистическая теория. Мир нелокален в следующем смысле: две запутанные частицы, разнесённые в пространстве, продолжают быть единой системой. Измерение одной мгновенно сказывается на состоянии другой - вне зависимости от расстояния между ними. Расстояние в данном случае, судя по всему, просто нерелевантная характеристика. При этом - и это важно - передачи информации со сверхсветовой скоростью не происходит. Нельзя воспользоваться квантовой запутанностью, чтобы отправить сигнал быстрее света.

Результаты измерений с каждой стороны выглядят случайными; корреляция между ними обнаруживается только когда вы потом сравниваете данные по обычным каналам связи. Это примиряет квантовую нелокальность со специальной теорией относительности - но делает картину мира ещё более странной. Чтобы понять, насколько это странно, полезно вернуться к тому, что мы называем «здравым смыслом» в физике. Здравый смысл говорит: каждый объект находится в определённом месте, имеет определённые свойства, и влиять на него можно только через локальные взаимодействия - то есть через что-то, что физически добралось до него из соседнего места. Это называется локальным реализмом. Он работает прекрасно для всего, с чем мы сталкиваемся в повседневной жизни. Эксперименты Белла показали: на квантовом уровне локальный реализм ложен. Выбирать нужно что-то одно: либо отказаться от локальности (частицы могут мгновенно влиять друг на друга через любое расстояние), либо от реализма (у частиц нет определённых свойств до измерения), либо от обоих. Большинство физиков выбирают вариант «оба» - и живут с этим. Квантовая механика работает с фантастической точностью; она описывает реальность лучше любой другой теории в истории науки. Просто реальность, которую она описывает, выглядит не так, как мы привыкли думать.