В 1935 году Эйнштейн вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном написал работу, вошедшую в историю как статья ЭПР. Смысл её укладывается в одну фразу: квантовая механика неполна. Ну конечно она не полна, есть же теорема Гёделя о неполноте.

Они предложили мысленный эксперимент. Есть нестабильная частица, которая распадается на две — A и B — и они разлетаются в противоположные стороны. По законам квантовой механики они «запутаны»: как бы далеко ни разлетелись, измерив A, вы мгновенно определите состояние B.

Эйнштейн сказал: так не бывает.

Почему? Потому что A и B уже далеко друг от друга. Мгновенная передача сигнала между ними невозможна — иначе скорость превысит световую, а с этим теория относительности не согласится. Значит, единственное разумное объяснение: их состояния были определены в момент разлёта. Мы просто не знали, а теперь посмотрели.

Так появилась «теория скрытых переменных». Квантовый мир кажется случайным только потому, что мы ещё не нашли его настоящие правила.

Нильс Бор, признанный отец квантовой механики, выдержал паузу и опубликовал ответ — под тем же названием, что и статья ЭПР.

Смысл ответа был такой: сам вопрос бессмыслен. Спрашивать, в каком состоянии частица находится до измерения, — всё равно что спрашивать, какого цвета число семь...

Джон Белл. Ирландец, работал в ЦЕРНе — том самом, где Большой адронный коллайдер. Занимался конструкцией ускорителей: магниты, вакуумные трубы. Основными проблемами квантовой механики он по должности не занимался.

Но про статью ЭПР думал постоянно. И в 1964 году написал работу — как сам выражался, «частным порядком, после работы». Статью почти никто не прочитал.

А потом эта работа была признана одной из важнейших в физике XX века.

Что сделал Белл? Он превратил философский спор в неравенство, которое можно проверить опытом.

Белл предложил простую схему. Есть пара запутанных частиц, которые летят к двум людям — назовём их Алиса и Боб.

Каждый измеряет частицу в одном из трёх направлений: X, Y или Z. Углы между направлениями — по 120 градусов. У каждого измерения всего два исхода: прошло или не прошло.

Договорённость: если Алиса и Боб выбрали одно и то же направление, результаты обязаны совпасть.

Теперь считаем. Если прав Эйнштейн и состояние частиц задано заранее, то у каждой частицы состояние по трём направлениям уже существует — например: по X прошло, по Y не прошло, по Z прошло. Таких комбинаций всего восемь.

Алиса и Боб выбирают направления случайно, всего 9 комбинаций. Три из них — совпадающие (XX, YY, ZZ), там результаты одинаковы. Остальные шесть — разные направления, и вот тут самое интересное.

Перебирая все восемь состояний, получается, что доля несовпадающих результатов не может превысить 5/9 — это примерно 55,6%. Такова цена «здравого смысла». Это чистая арифметика, никакой физики.

А что говорит квантовая механика? Она говорит, что никакого заранее заданного состояния нет (небытие). Если Алиса измерила по X и получила результат, а Боб измеряет по Y, то вероятность несовпадения — 3/4. Считаем по всем девяти комбинациям: (6/9) × (3/4) = ровно 1/2, то есть 50%.

55,6% против 50%. Разница небольшая, но её можно измерить. Если эксперимент даёт около 50% — прав Бор.

Первым настоящий опыт поставил Джон Клаузер в 1972 году. Результат: неравенство Белла нарушено. То есть Эйнштейн был неправ, но с важной оговоркой: хотя между запутанными частицами как будто есть мгновенная связь, передать через неё информацию нельзя.

А вот что действительно умерло — так это локальный реализм. Нельзя одновременно держаться за две вещи: «мир объективен и существует сам по себе» и «далёкие друг от друга вещи не влияют друг на друга мгновенно».

Зато прелесть только с этим и работает: мы жертвуем локальностью ради целого.

Отказаться от локальности? Значит, между двумя частицами есть связь, мгновенно действующая через любые расстояния. Тогда рушится относительность, а следствие может оказаться раньше причины.

Да, целое и есть причина.