Принцип неопределенности, проблема Реальности и случайность истории
Подробнее см.: Основы Мироздания (обзоры современных научных концепций) / под редакцией А.П. Кулаичева —
М.: Научный мир, 2019. — 123 с., ил.

      Отражает ли принцип неопределенности (Гейзенберга) то, что мы можем знать о Реальности или же саму Реальность? Имеют ли объекты Вселенной на самом деле определенное положение и скорость, а квантовая неопределенность лишь говорит нам, что нельзя узнать эти характеристики одновременно? Или она говорит, что частицы действительно не имеют определенного положения и скорости, пока мы их не измерим? Когда никто и ничто не смотрит на Луну, находится ли она на своем месте?
      Альберт Эйнштейн скептически относился к квантовой теории, считая ее неполной, и в 1935 г. он вместе с Борисом Подольским и Натаном Разеном (ЭПР) выступил с доказательством того, что частицы действительно имеют определенную скорость и положение, но мы просто не можем их одновременно измерить. Это перекликалось с объяснением Гейзенберга: поскольку измерительный инструмент в микромире соизмерим с объектом измерения, то точно измеряя скорость мы вносим возмущение, не позволяющее одновременно точно измерить положение и наоборот.
      ЭПР рассмотрели типичный случай порождения двух частиц с одинаковыми характеристиками (такие частицы называются «запутанными», т.е. взаимосвязанными). Тогда можно измерить скорость одной частицы и тем самым узнать скорость другой частицы, никак на нее не влияя, и измерить положение последней, никак не влияя на первую. Тем самым частицы действительно имеют определенное положение и скорость, но мы не можем их измерить одновременно у одной частицы, поэтому неполная квантовая теория и оперирует с вероятностями. Луна остается на своем месте, даже когда никто на нее не смотрит.
      Прошло почти 30 лет, пока американский физик Дэвид Бом не обнаружил, что рассуждения ЭПР приложимы и к спину двух идентично порождаемых (запутанных) частиц, поскольку принцип неопределенности говорит, что невозможно измерить спин частицы более чем по одной из трех осей. Независимо от того, каково было исходное угловое положение спина в пространстве,  измерение по произвольной оси как бы заставляет частицу «собирать» все свое «вращение» и направлять его по (+) или против (-) часовой стрелки вдоль оси измерения.
      Эксперимент Белла. В 1964 г., используя это рассуждение, одним ошеломляющим ударом ирландский физик Джон Белл перевел эту дискуссию о квантовой реальности из разряда философских рассуждений в категорию экспериментально проверяемых. Пусть у двух идентичных частиц мы измеряем спин по случайно выбирае-мой из трех осей 1, 2, 3. Тем самым мы имеем  9 возможных пар-ных комбинаций выбора осей измерения для двух частиц (1,1), (2,2), (3,3), (1,2), (1,3), (2,3), (2,1), (3,1), (3,2). Если частицы, соглас-но ЭПР, имеют определенный спин по трем осям еще до измерения (например, ++-), то мы получим одинаковое значение спина при выборе одинаковых осей (1,1), (2,2), (3,3), а также в двух вариантах их оставшихся пяти (1,2), (2,1), поскольку по этим осям спин одинаков (++). В этом случае вероятность обнаружить одинаковое значение спина у двух идентичных частиц равна 5/9, т.е. более 50% . Если же комбинация спинов одинакова (например, +++), то мы получим совпадение спина в 100% случаев. Тем самым, вероятность равенства спина всегда будет >50%. В этом и состоит открытие (названное «неравенством») Белла.
     Однако развитие экспериментальной техники только в 70-х годах позволило начать подобные эксперименты, которые в начале 80-х во Франции под руководством Алана Аспекта привели к потрясающему результату: одновременно произведенные измерения спина (детекторы были удаленны на 13 метров от источника пар идентичных, запутанных фотонов) не совпали более чем в 50%  случаев (результат был воспроизведен Николосом Гизином в 1997 г. при удалении детекторов от источника на 11 км). Это показывает, что измерения, произведенные в одном месте, мгновенно через пространство влияют на измерения, производимые в другом месте, и второй фотон приобретает то же направление спина по той же оси, что было измерено у его запутанного собрата, поэтому и вероятность Белла уменьшается, в нашем упрощенном примере - до трех комбинаций (1,1), (2,2), (3,3) из 9.
      В частности, это показывает, что ЭПР не правы, а права квантовая механика: у частиц нет скрытых параметров, а есть волна вероятности, которая при измерения положения частицы схлопывается до единицы в конкретной точке и моментально принимает нулевое значение во всех других областях Вселенной (до туманности Андромеды и далее).
      Большинство физиков находят убедительные аргументы тому, что рассмотренные результаты не противоречат специальной теории относительности и принципу причинности (поскольку «схлопывание» волны вероятности и «реакция» запутаного фотона на измерение спина уего собрата происходят мгновенно, а не передаются со скоростью света). Наиболее же радикальные мыслители заявляют, что когда никто и ничто не «смотрит» на Луну, то ее и «нет на месте», и «все связано со всем»: поскольку в результате Большого взрыва Все возникло из Одного, то Все запутано друг с другом на квантовомеханическом уровне и то, что мы делаем в одном месте, мгновенно отражается на всех других местах. Это созвучно представлениям Тантры о прямой связи энергодинамики человека с космодинамикой. Однако с момента Большого взрыва все частицы испытали неимоверное число взаимодействий друг с другом, поэтому их исходное запутывание, вероятно, размылось до неотличимой от нуля степени.

Случайность истории: стирая и формируя прошлое

      Итак, фейнмановское суммирование по путям говорит, что вероятностная волна объединяет все возможные варианты прошлого, которые могли предшествовать данному наблюдению. Рассмотрим эксперимент (рис.1, все нижерассмотренные эксперименты эквивалентны схеме с двумя щелями), в котором световой луч от источника (лазера) расщепляется светодалителем на два, а затем от отражателей эти два луча снова собираются на экране-детекторе, где мы видим типичную интерференционную картину (ИК).
      Теперь пусть излучатель испускает не непрерывный световой луч, а отдельные фотоны (или электроны или любые другие частицы) с большими интервалами. Интерпретация классической физики предполагает, что каждый фотон будет двигаться или по левому или по правому пути, поэтому на детекторе никакой ИК возникнуть не должно, однако она возникает. Тем самым каждый фотон (точнее - волна его вероятности) движется одновременно по обоим путям!
      Чтобы выяснить, как квантовое прошлое зависит от будущего, в 1980 г. Джон Уилер поставил эксперимент с отложенным выбором, поставив перед экраном на одном из возможных путей дополнительный детектор, который позволяет узнать, по какому из двух путей пошел каждый из фотонов. Если этот детектор выключен, то на экране будет обычная ИК, а когда включен – ИК исчезает, вместо нее будут два пятна от двух пучков фотонов. Такое исчезновение происходит даже тогда, когда детектор автоматически включается каждый раз только тогда, когда фотон уже прошел через светоделитель. Но мы же никак не нарушили волны вероятности фотонов почти на всем пути (источник-светоделитель-отражатели)? Однако узнав направление движения только части фотонов у детектора, мы стерли уже случившуюся вероятностную историю на всем предшествующем пути! И такое будет происходить при любой длине пути фотонов, даже от галактики Андромеды до Земли (2,52 млн световых лет).
 

      В 1982 г. Марлен Скалли и Кай Дрюль усложнили эксперимент по схеме квантовый ластик (рис.2.) После светоделителя были поставлены два устройства-маркера, которые ориентировли спин фотонов разным образом в зависимости от выбранного ими пути. А перед экраном были поставлены два устройства (ластики), которые стирали эти метки, ориентируя спин одинаковым образом. Если ластики были включены, ИК имела обычный вид, а если ластики были включены, то ИК исчезала. Важно, что здесь мы не детектировали, по какому пути пошел каждый фотон, а только их ставили на них метки.
      Затем схема была модифицирована (рис.3): на одном из двух путей был поставлен даун-конвертер, который из пролетающего фотона формировал два, один из них (сигнальный) продолжал свое движение, а второй (холостой) направлялся в детектор, позволяющий определить, по какому из пути пошел каждый из сигнальных фотонов к экрану. ИК здесь также не возникала, хотя мы никак не маркировали и не детектировали сами сигнальные фотоны.
     Следующее усложнение схемы (рис.4, частичное стирание информации о выбранном пути) состояло в добавлении еще одного даун-конвертера на втором пути, при этом каждый из референтных фотонов попадал на светоделитель, только один из выходов которого приводил на детекторы 1 или 2, со второго выхода фотоны не детектировались. Тем самым в образовании ИК должны участвовать только те сигнальные фотоны, холостые дубли которых не детектировались, а фотоны, холостые дубли которых детектировались, добавляют к такой ИК два пятна.
 

      Такое должно происходить даже когда детекторы 1, 2 со светоделителями будут удалены на значительное расстояние, например, на космическую станцию в 10 световых годах от Земли. Мы проводим эксперимент на Земле сейчас, а информацию о зарегистрированных холостых фотонах получаем с космической станции через 20 лет.
      Но здесь возникает один вопрос, который Брайн Грин в “Ткани космоса” не рассматривает. Предположим, что через 9 лет на космической станции бросают монетку и если выпадает орел, то светоделители убирают и вместо них ставят детекторы, тогда 9 годами ранее мы должны были бы видеть на экране только два пятна, а не ИК с двумя пятнами. Так что же все-таки мы будем видеть на экране сегодня, не ведая, какой стороной выпадет монетка через 9 лет на космической станции: ИК на фоне двух пятен или только два пятна?
      Здесь наша Реальность имеет две равноправные альтернативы своей реализации, что очередной раз приводит нас к концепции Мультивселенной: в момент начала эксперимента Мироздание расщепляется на две параллельные копии с противо-положенными результатами бросания монеты.