Квантовая механика несовместима с привычным представлением о реальности, согласно которому предметы обладают определёнными свойствами независимо от наблюдения. К такому выводу физики пришли после цепочки из трёх идей и теорем — ЭПР, Белла и PBR, последняя из которых окончательно ограничила попытки спасти «эйнштейновский» взгляд на мир.
Эйнштейн против квантовой неопределённости
Для Альберта Эйнштейна реальность состояла из объективных фактов: у шара есть цвет, положение и скорость, даже если никто в данный момент их не измеряет. Квантовая механика описывает не такие факты, а набор возможностей. Например, волновая функция может предсказывать 77-процентную вероятность обнаружить шар красным и 23-процентную — зелёным.
Эйнштейн вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном предложил мысленный эксперимент, известный как ЭПР. Учёные утверждали: если свойство одной частицы можно определить по измерению другой, то оно должно существовать и до измерения. Значит, волновая функция не описывает буквальное состояние частицы, а лишь неполное знание о нём.
В основе рассуждения лежали два предположения. Первое — частица обладает объективным состоянием. Второе — это состояние находится внутри самой частицы и не может измениться без взаимодействия с ней. Второе предположение называют локальностью.
Белл исключает локальную реальность
В 1964 году Джон Стюарт Белл разработал мысленный эксперимент, который позволял проверить эти идеи. Он показал: если частицы обладают заранее заданными свойствами и не могут мгновенно влиять друг на друга на расстоянии, результаты измерений должны совпадать не слишком часто. Квантовая механика предсказывала более сильные корреляции.
Эксперименты, проведённые в 1980-х годах, подтвердили квантовый прогноз. Стало ясно, что мир не может одновременно быть локальным и обладать реальностью в эйнштейновском смысле. Одни интерпретации сохраняют объективную реальность, но допускают нелокальность; другие отказываются считать волновую функцию отражением какого-либо независимого физического состояния.
Теорема PBR
Некоторые физики надеялись найти компромисс: считать волновую функцию не реальным объектом, а описанием неполного знания о настоящих свойствах частицы. В 2004 году Роберт Спеккенс показал, что модели такого типа способны воспроизвести ряд квантовых явлений, включая телепортацию квантовых состояний и запрет на их копирование.
Мэтью Пьюзи, тогда аспирант Имперского колледжа Лондона, вместе с Джонатаном Барреттом и Терри Рудольфом попытался развить этот подход. В итоге он решил доказать, что такая программа невозможна. Результат, опубликованный в 2012 году, получил название теоремы PBR.
PBR показывает, что при естественных предположениях волновую функцию нельзя последовательно трактовать лишь как информацию о более глубокой, объективной реальности. Поэтому квантовая механика требует отказаться как минимум от части привычных представлений о мире. Какие именно элементы — существование свойств до измерения, локальность или сама идея единой объективной реальности — остаётся предметом интерпретаций квантовой теории.
