Ткань космоса: Пространство, время и текстура реальности - Брайан Грин

Вам может показаться странным, что предположение о локальности Вселенной ведёт к более высокой корреляции спина (больше 50%), чем в традиционном подходе квантовой механики, допускающем дальнодействие посредством мгновенного коллапса волны вероятности (ровно 50%). Вы могли бы подумать, что дальнодействующее запутывание должно приводить к большей корреляции. Фактически, так оно и есть. Подумайте вот над чем: с результатом лишь 50% для корреляции по всем измерениям квантовая механика гарантирует 100%-ю корреляцию результатов в случае одинаковой направленности осей детекторов. А в локальной Вселенной Эйнштейна–Подольского–Розена, чтобы гарантировать 100%-е согласие показаний для однонаправленных осей детекторов, требуется 55%-я корреляция по всем измерениям. Значит, грубо говоря, в локальной Вселенной 50%-я корреляция по всем измерениям дала бы менее чем 100%-ю корреляцию для одинаково направленных осей, т. е. корреляция получается меньшей, чем в нелокальной квантовой Вселенной.

{87}

Вы могли бы подумать, что мгновенный коллапс волны вероятности с самого начала нарушает предел скорости, устанавливаемый светом, и тем самым вызывает конфликт со специальной теорией относительности. И если волны вероятности были бы действительно подобны волнам на поверхности воды, то конфликт был бы обеспечен. Тот факт, что волна вероятности внезапно падает до нуля на бескрайнем пространстве, был бы гораздо более шокирующим, чем если бы вся вода Мирового океана вдруг бы мгновенно застыла и перестала двигаться. Но, как утверждают сторонники квантовой механики, волны вероятности не подобны волнам на поверхности воды. Хотя волна вероятности описывает материю, но сама по себе она не материальна. Световой же барьер относится только к материальным объектам, чьё движение можно непосредственно видеть, чувствовать, обнаруживать. Если волна вероятности электрона упала до нуля в галактике Андромеды, то это просто означает, что андромедянский физик наверняка не сможет обнаружить у себя этот электрон. Никакое наблюдение в галактике Андромеды не обнаружит внезапного изменения волны вероятности, связанного с тем, что электрон уже обнаружен в Нью-Йорке. Нет никакого конфликта со специальной теорией относительности, так как сам электрон не перемещался из одного места в другое быстрее света. И, как можно видеть, происходит лишь обнаружение электрона в Нью-Йорке, ничего более. Скорость электрона даже не упоминалась в дискуссии. Таким образом, хотя схема мгновенного коллапса вероятности несёт с собой загадки и проблемы (они подробнее обсуждаются в главе 7), но она не обязательно подразумевает конфликт со специальной теорией относительности.

{88}

Некоторые из этих предложений обсуждаются в книге: Maudlin T. Quantum Non-locality and Relativity.

[89]

Отражение фотонов от зеркал, преломление призмами и другими элементами оптики не препятствует наблюдению запутанности фотонов, что часто и используется в экспериментах. Важным является то, чтобы фотон, провзаимодействовав с элементом оборудования, не оставил там никаких «следов»: возбуждённых атомов, перевёрнутых спинов электронов и т. д. (Прим. ред.)

[90]

Поттер Стюарт — член Верховного суда США. Известен своим «определением», что такое жёсткая порнография: «Я знаю это, когда вижу это». (Прим. ред.)

{91}

Для, читателя, склонного к математике, укажем, что из уравнения

которое обсуждалось в примечании 9 к главе 3, мы приходим к тому, что список настоящего для Чуви в данный момент будет содержать события, которые наблюдатели на Земле будут полагать прошедшими на (υ/c2)xЗемли ранее, где xЗемли есть расстояние от Чуви до Земли. Здесь мы предполагали, что Чуви движется прочь от Земли. Для движения в направлении Земли υ имеет противоположный знак, так что связанные с Землёй наблюдатели будут полагать, что такие события произойдут на (υ/c2)xЗемли позднее. Выбирая υ = 18 км/ч и xЗемли = 1010 световых лет, находим, что (υ/c2)xЗемли составит около 150 лет.

[92]

Джон Уилкс Бут (John Wilkes Booth) убил президента Линкольна в театре Форда в 1865 г. (Прим. ред.)

{93}

Это число — и аналогичное число, приведённое несколькими абзацами ниже при описании движения Чуви в направлении Земли, — было правильным на момент публикации книги. Но поскольку время здесь на Земле течёт, эти числа будут становиться несколько неточными.

{94}

Склонный к математике читатель должен заметить, что метафора сечения пространственно-временно́й буханки под разными углами представляет собой обычную концепцию пространственно-временных диаграмм, изучаемых в курсе специальной теории относительности. На пространственно-временных диаграммах всё трёхмерное пространство в данный момент времени с точки зрения наблюдателя, который считается стационарным, обозначается горизонтальной линией (или, на более продвинутых диаграммах, горизонтальной плоскостью), тогда как время обозначается вертикальной осью. (На нашем рисунке каждое сечение буханки — плоскость — представляет всё пространство в один момент времени, тогда как ось, идущая через середину буханки, от корки до корки, есть ось времени.) Пространственно-временная диаграмма обеспечивает наглядный способ представления точек, из которых составлен ваш слой настоящего и слой настоящего для Чуви.

Тонкие сплошные линии совпадают с временны́ми слоями (слоями настоящего) для наблюдателей, покоящихся по отношению к Земле (для простоты мы представляем, что Земля не вращается и не подвержена никаким ускорениям, поскольку это ненужное усложнение картины), а тонкие пунктирные линии совпадают с временны́ми слоями наблюдателей, двигающихся прочь от Земли, скажем, со скоростью 16,7 км/ч. Когда Чуви покоится относительно Земли, горизонтальные линии представляют его слои настоящего (и поскольку вы всё время покоитесь на Земле, эти тонкие сплошные линии всегда представляют ваши слои настоящего), а самая тёмная сплошная линия показывает слой настоящего, содержащий вас (левая тёмная точка) на Земле XXI в., и Чуви (правая тёмная точка), когда вы оба ещё сидите и читаете. Когда Чуви идёт в направлении от Земли, его слои настоящего представляются пунктирными линиями, а самая тёмная пунктирная линия представляет слой настоящего, содержащий самого Чуви (когда тот только что встал и отправился погулять). Заметим, что один из последующих пунктирных временны́х слоёв будет содержать гуляющего Чуви (если он всё ещё гуляет!) и вас в двадцать первом столетии, сидящего и читающего. Поэтому ваш единственный момент времени появится в двух списках настоящего у Чуви — в одном до того, как он отправился на прогулку, и в одном — после. Это демонстрирует ещё один способ, каким простое интуитивное представление о сейчас — при рассмотрении применительно к большим расстояниям — трансформируется специальной теорией относительности в концепцию с совершенно необычными свойствами. Далее, эти списки настоящего не имеют отношения к причинности: стандартная причинность (см. примечание 44) остаётся полностью в силе. Список настоящего у Чуви резко изменяется (делает скачок) из-за того, что он сам перепрыгивает из одной системы отсчёта в другую. Но любой наблюдатель (используя любой хорошо определённый способ описания точек пространства-времени координатами) согласится с любым другим наблюдателем в отношении того, какие события на что могут влиять.

[95]

Отметим любую точку в блоке пространства-времени. Отрежем ломтик, который включает эту точку и пересекает наш текущий ломтик настоящего под углом менее 45°. Этот ломтик будет представлять ломтик настоящего — реальность — удалённого наблюдателя, который был сначала в покое относительно нас, как Чуви, а теперь двигается относительно нас со скоростью, меньшей скорости света. По построению этот ломтик включает (произвольную) точку в буханке, которую мы отметили.{325}

{96}

Albert Einstein and Michele Besso: Correspondence 1903–1955. P. Spezialy, ed. Paris: Hermann, 1972.

{97}

Данное обсуждение призвано придать качественный смысл тому, как переживания прямо сейчас вместе с памятью, которую вы имеете прямо сейчас, формируют основу ваших ощущений жизни, в которой вы имели эту память. Но если, например, ваш мозг и тело были каким-то образом приведены в точно то же состояние, в котором они находятся прямо сейчас, вы должны будете иметь то же самое ощущение прожитой жизни, которое подтверждает ваша память (предполагая, как я это делаю, что основа всех ощущений может быть найдена в физическом состоянии мозга и тела), даже если эти переживания никогда на самом деле не происходили, а были искусственно впечатаны в ваш мозг. Одно упрощение в обсуждении заключается в предположении, что мы можем чувствовать или переживать вещи, которые происходят в определённый момент времени, тогда как, на самом деле, требуется некоторое конечное время для обработки, для того чтобы мозг распознал и интерпретировал воздействие на входе. Хотя это и верно, но это не имеет особого значения для излагаемой мной точки зрения; это интересное, но совершенно не относящееся к делу усложнение, связанное с анализом представлений о времени в прямой связи с человеческими ощущениями. Как мы говорили раньше, различные жизненные примеры помогают делать наше обсуждение более обоснованным и интуитивно ясным, но это требует от нас отделять те аспекты обсуждения, которые более интересны с биологической точки зрения, в противоположность физической.