У 1930-х Альберту Ейнштейну не давав спокою один з феноменів квантової теорії. Заплутаність — така його назва — сполучає докупи елементарні частинки так, що вимірювання параметрів однієї з них автоматично налаштовує таке саме значення цих параметрів в іншої, хай навіть вона у той момент перебуває по інший бік галактики. Ця властивість звучала як вирок теорії відносності, адже з неї випливає, що інформація рухається швидше, ніж світло, а це прямо суперечить теорії. А. Ейнштейн тоді посміявся над цієї ідеєю, назвавши її «моторошною дією на відстані» (spooky action at a distance). Але через 80 років фізики, мабуть, вже остаточно довели, що ця «моторошна дія» якраз керує поведінкою Всесвіту.
Щоб врятувати теорію відносності, А. Ейнштейн тоді припустив дію т. зв. «прихованих змінних», які відповідають за єдність інформаційних станів частинок, не порушуючи універсальний ліміт на швидкість світла. Однак лише у 1964 р. фізикам вдалося приборкати цю складну і невловиму ідею й подати її мовою рівнянь. Британський фізик Джон Белл тоді досліджував, який максимальний ефект можуть мати приховані змінні у конкретному тесті. «Нерівність Белла» показує, що незалежно від наявності чи відсутності у квантовій теорії певних прихованих параметрів, які впливають на будь-яку фізичну характеристику квантової частинки, можна виконати експеримент, статистичні результати якого або підтвердять, або спростують існування таких параметрів у квантовій теорії.
А втім, певна кількість лазівок, які давали б змогу виявити або спростувати такі параметри, таки залишалася. Однією з них була лазівка детектування. Щоб зафіксувати один фотон, потрібні дуже прецезійні інструменти. При тому в кожному експерименті безліч фотонів розлітаються вусібіч. Якщо жоден експеримент не в змозі зафіксувати усі фотони, то існує можливість, що приховану інформацію несуть втрачені фотони. Іншою була комунікаційна лазівка. Якщо вимірювання робити дуже близько від однієї частинки до іншої, то між ними може проходити певний невловимий комунікативний сиґнал.
Низкою дослідів ці лазівки було закрито поодинці. Зокрема, здійснено експеримент, що детектував частинки, які набагато легше зафіксувати, ніж фотони. В іншому експерименті параметри частинок вимірювали на такій відстані, що жоден сиґнал, повільніший ніж світло, не міг пройти між ними за час, потрібний, щоб створити якийсь ефект. Однак досі не вдавалося виконати експеримент, який би закрив обидві лазівки одночасно, — аж до минулого тижня. Кілька днів тому фізик Рональд Гансон з Делфтського технічного університету та його колеґи опублікували в Nature статтю, у якій описали такий дослід. Два електрони роз'єднані більш як на кілометр. Кожен з них випромінює фотон, що рухається проводом до третьої лабораторії. Як наслідок, вчені отримали частинки, чиї параметри порівняно легко виміряти (електрони), що розділені відстанню, яка запобігає будь-якому мінливому сиґналу прихованих змінних.
Через 18 днів команда встановила, наскільки параметри електронів корелювали одне з одним. Ці параметри виявилися набагато подібнішими, ніж це міг би дозволити випадок. А звідси випливає, що квантова механіка все-таки є саме такою «моторошною», як цього побоювався Ейнштейн.
Хоча одна лазівка все-таки залишається. Можливо, кожна подія, яка коли-небудь настане, починаючи від вибору експериментаторами засобів вимірювання — і до статті, яку ви прочитаєте наступною, була предетермінована ще під час народження Всесвіту, й усі експерименти також є предетерміновані. Але це вже питання до метафізиків, а не до фізиків.
The Ecomonist, 23/10/2015
Зреферував Євген Ланюк
23.10.2015