Еще одно важнейшее событие 1858 года – это появление на свет очередного, шестого по счету ребенка в большой семье профессора-правоведа Кильского университета Иоганна Юлиуса Вильгельма фон Планка. При рождении мальчика нарекли звучным и довольно длинным именем Макс Карл Эрнст Людвиг, однако для того, чтобы оставить яркий след в истории, ему вполне хватило и самого короткого варианта – просто Макс Планк (1858-1947).

За свою долгую и плодотворную жизнь Планк успел сделать в науке много чего заметного и полезного, однако мир в первую очередь помнит его как отца-основателя квантовой физики. Открытый ученым минимальный квант действия, или «постоянная Планка», вкупе с соответствующей теорией об излучении-поглощении энергии дискретными порциями, стали важнейшим шагом человечества к постижению атомных и субатомных процессов микромира. Для всей физики XX века работа Планка оказалась столь же важна, как и эйнштейновская теория относительности, давшая принципиально новый взгляд на пространство и время.

В качестве редактора авторитетного журнала Annalen der Physik, Макс Планк был чуть ли не первым из маститых ученых, ознакомившихся в 1905 году с серией статей никому неизвестного в ту пору Альберта Эйнштейна. Сразу поняв важность этих работ, Планк лично способствовал их быстрой публикации в журнале и дальнейшей популяризации в научном сообществе. Особенно интересными и многообещающими Планку представлялись идеи специальной теории относительности (как он отмечал в ту пору,«скорость света для теории относительности – то же самое, что элементарный квант действия для квантовой теории, это абсолютная сердцевина»).

Что же касалось идеи Эйнштейна о корпускулярной природе света и частицах фотонах, переносящих кванты световой энергии, то поначалу она Планку не слишком глянулась. Однако именно этой работе с новой трактовкой фотоэлектрического эффекта было суждено дать существенный толчок в развитии планковской квантовой теории.

*

Занимая пост декана в Берлинском университете, Макс Планк привлек на свой факультет Альберта Эйнштейна в 1914 году, а чуть позже, в 1919, и своего любимого ученика Макса фон Лауэ. Когда с приближением 70-летия Планк уходил в конце 1920-х годов на пенсию, то его должность занял другой виднейший теоретик, основатель волновой механики Эрвин Шредингер. Перечисление столь знаменитых в физике фамилий нобелевских лауреатов понадобилось здесь по той причине, что все эти люди категорически не согласились с так называемой «копенгагенской интерпретацией» квантовой механики.

Созданная, главным образом, усилиями Нильса Бора, Вернера Гейзенберга и Макса Борна, эта трактовка теории для берлинских соратников Планка представлялась столь формалистичной, контр-интуитивной и «нефизической», что согласиться им с ней было никак невозможно. Матричную механику Гейзенберга, например, вычислявшую поведение взаимодействующих частиц путем оперирования с колонками и строками числовых таблиц, Макс Планк называл «отвратительной», вполне резонно полагая, что волновое уравнение Шредингера является куда более адекватным отражением реальных процессов в природе.

Острые дискуссии между оппонентами и сторонниками Бора начались, по сути дела, уже при рождении квантовой механики в середине 1920-х годов. При этом самым упорным и последовательным противником копенгагенской интерпретации стал Альберт Эйнштейн, до конца жизни так и не признавший возобладавшую в физике «копенгагенскую» идею о принципиально вероятностном характере событий и взаимодействий в микромире.

Когда Эйнштейн из-за антисемитизма нацистов был вынужден перебраться в США, там в 1935 году при его непосредственном участии была написана и опубликована самая знаменитая, пожалуй, работа в истории этого великого противостояния. Именно с этой статьи принято отсчитывать историю удивительного «парадокса Эйнштейна-Подольского-Розена» или кратко ЭПР, получившего свое название по именам соавторов и по сию пору остающегося самой большой загадкой квантовой физики.[1]

**

Теоретическая работа, совместно подготовленная Эйнштейном и его коллегами, Борисом Подольским и Натаном Розеном, носила название «Может ли считаться полным квантово-механическое описание физической реальности?» и на примере весьма убедительного мысленного эксперимента демонстрировала, что с описанием реального мира у науки тут возникают очень существенные проблемы. Дабы изложить суть идеи ЭПР более понятно для неспециалистов, обычно прибегают к эквивалентной трактовке, предложенной несколько позже Дэвидом Бомом, другим соратником Эйнштейна.

В варианте Бома эксперимент выглядит примерно следующим образом. Можно подготовить две частицы так, что сначала они образуют единую квантовую систему – «синглет», описываемый одним волновым уравнением. Причем спины частиц в синглете равны по значению и противоположны по направлению. О конкретном направлении спинов ничего сказать нельзя, поскольку оно становится определенным лишь при измерении, но зато определенно известно, что суммарный спин системы всегда равен нулю.

Затем частицы можно аккуратно разделить и разнести в пространстве на сколь угодно большое расстояние, после чего измерить значение спина у одной из частиц. Поскольку до этого никаких измерений не проводилось, то по законам квантовой механики обе частицы продолжают составлять единую систему. А значит, измерение-фиксация спина одной частицы должны вызвать «коллапс волновой функции» и моментальную ориентацию спина другой частицы в направлении, противоположном спину первой. Происходить это должно с абсолютной неизбежностью, мгновенно и независимо от текущего расстояния между частицами, будь они хоть на разных планетах. Эрвин Шредингер дал столь специфическому состоянию частиц собственное название Verschraenkung (англ. entanglement), что на русский обычно переводят как «спутанность» или реже «сцепленность».

Понятно, что столь странный результат с «пугающим взаимодействием на расстоянии», по шутливому выражению Эйнштейна, очень плохо вписывается в научные представления об устройстве физической реальности. Точнее, не вписывается никак, поскольку физика не может предложить даже гипотетических механизмов, которые обеспечивали бы мгновенное взаимодействие квантово сцепленных частиц на любых расстояниях. Более того, этот результат вопиюще противоречит специальной теории относительности, один из базовых постулатов которой – это принципиальная невозможность распространения взаимодействий со скоростью, превышающей скорость света в вакууме…

***

Все это, конечно, крайне озадачивало теоретиков и требовало внятных объяснений. Однако успехи квантовой физики, в целом развивавшейся на основе копенгагенской интерпретации, были столь грандиозными и впечатляющими, что разбираться с загадкой парадокса ЭПР у большинства не было ни времени, ни особого желания. Лишь к 1980 годам уровень развития и точность экспериментальной физики возросли настолько, что проверить предсказания ЭПР стало возможным не только посредством мысленных опытов, но и с помощью реальной аппаратуры.

Впервые это было сделано во Франции в 1982 году, группой французских исследователей во главе с Аленом Аспектом [2]. На протяжении последующих десятилетий эксперименты удалось усовершенствовать настолько, что расстояние между сцепленными частицами, по преимуществу фотонами, было увеличено до многих десятков километров. Как это ни поразительно, но в подавляющем своем большинстве данные опыты убедительно подтвердили – находящиеся в состоянии квантового сцепления частицы действительно мгновенно, со сверхсветовой скоростью взаимодействуют друг с другом при измерении состояния одной из них. Но как именно это происходит, сказать не может никто.

Чтобы противоречие с теорией относительности не выглядело столь очевидным и вызывающим, было придумано множество разных хитроумных объяснений и доводов. Самый, вероятно, главный из них сводится примерно к следующему. Несмотря на теперь уже бесспорную сцепленность частиц, связанных каким-то неведомым науке механизмом, мгновенно передать по этому каналу информативный сигнал нет никакой возможности (на этот счет доказана специальная теорема). А раз информация не передается, то можно считать, что и противоречия никакого с теорией относительности нет.

Считать, спору нет, можно и так. Однако остается ясным, что подобные объяснения лишь пытаются завуалировать очевидную загадку парадокса ЭПР. Но абсолютно никак не способны помочь в попытках понимания сути мгновенных взаимодействий. Или, если переформулировать несколько иначе, сути неразрывного единства всех элементов природы.

[1] A. Einstein, B. Podolsky, N. Rosen. «Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?». Physical Review 41, 777, 15 May 1935
[2] A. Aspect, Dalibard, G. Roger: «Experimental test of Bell’s inequalities using time-varying analyzers». Physical Review Letters 49 #25, 1804 (20 Dec 1982)