Астрофизика, кванты и теория относительности - Каррелли А.
Скачать (прямая ссылка):
На первый взгляд нет ничего поразительного в наличии корреляции поляризаций двух фотонов. Можно спросить: какая принципиальная разница имеется здесь по сравнению со старой игрой, в которой монета распиливается пополам? Две половинки вкладываются в отдельные конверты, которые запечатываются и отправляются наблюдателям, находящимся далеко слева и справа. Если наблюдатель справа откроет свой конверт
') Очевидно, автор имеет в виду атом позитрония. — Прим. ред.
552
Дж. Уилер
Угол
Рис. 6. В отличие от разрезания монеты, помещения ее двух половинок в конверты, заклеивания и посылки их двум удаленным наблюдателям (верхняя часть рисунка) эксперимент Эйнштейна — Подольского — Розена в варианте Бома (средняя часть рисунка) допускает двукратно бесконечное число способов выбора для поляризации быть наблюдаемой для правого фотона е+е--ан-нигиляции с соответствующими выводами о поляризации, которая будет обнаружена для левого фотона. Если поляризации были определены в процессе излучения («скрытые переменные»), совпадения между двумя фотонами в зависимости от относительной ориентации двух поляризаций (штриховая кривая на нижнем рисунке) будут соответствовать только полбвине от тех совпадений, которые предсказываются квантовой механикой и наблюдаются (сплошная кривая).
и обнаружит там «орла», то он будет знать, что другой наблюдатель вдали от него найдет «решку», когда откроет свой конверт. Здесь нет парадокса. При использовании конвертов нет возможности послать сигнал со скоростью выше скорости света.
При е+е--аннигиляции возникает новая особенность: поляризация фотона является более сложной величиной, чем разница между двумя сторонами монеты. Согласно стоксовской параметризации поляризации (см., например, [6]), каждый из многих альтернативных способов задания чистой поляризации может быть приведен во взаимно-однозначное соответствие с точ-
//. Квант и Вселенная
553
кой на поверхности единичной сферы. Наблюдатель справа может задержать до самой последней пикосекунды перед приходом своего фотона решение вопроса о том, какой тип поляризации он будет определять, что символически показано точкой В на правой сфере. Разумеется, наблюдатель не может знать, будет ли приходящий фотон обладать поляризацией В или поляризацией анти-В, но при любом выборе он будет уверен, что проведение соответствующего эксперимента с другим фотоном однозначно даст соответствующую поляризацию.
Что следует сказать о поляризациях двух фотонов на всем пути их долгого путешествия от места ^“-аннигиляции до соответствующих точек их приема? Ничего, пока не закончен эксперимент. Никакое элементарное явление нельзя считать явлением, пока оно не наблюдается.
Вместо того чтобы принять этот «квантовый урок», можно попытаться оспаривать его. Почему бы не приписать амплитуду вероятности состоянию двух фотонов, например [a (I)P (2) —
— а (2) P (1)]/ У2? Почему не пойти дальше и не рассмотреть процесс измерения в лоренцевской системе, в которой правый фотон первым достигает своего детектора-анализатора? He окажется ли, что правый фотон будет зарегистрирован как имеющий, например, поляризацию а(1)? He следует ли отсюда, что левый фотон, еще находящийся в пути от места аннигиляции к левому детектору-анализатору, будет описан как имеющий на середине своего пути соответствующую поляризацию P (2)?
He подразумевает ли это изменение функции состояния существование действия, распространяющегося справа налево со скоростью, превышающей скорость света? Если так, то посмотрим на весь этот процесс в лоренцевской системе, в которой левый фотон первым достигает левого детектора-анализатора. С помощью тех же рассуждений не следует ли тогда сделать вывод о наличии действия, распространяющегося слева направо со скоростью, превышающей скорость света? Что за путаница! Какое предостережение лротив отождествления этих бумажно-карандашных подгонок, этих искусственных сверхсветовых эффектов с чем-нибудь реальным! Это указывает на то, что волновая функция сама по себе не реальна, но является чисто формальным средством и в пределах современного неполного объединения квантовой теории и теории относительности — не очень удачным средством для вычисления вероятности реальных совпадений. Реальность ситуации проявляет себя лишь после того, как сработают счетчики. Никакое элементарное явление нельзя считать явлением, пока оно не наблюдалось.
Продолжим рассмотрение этого «квантового урока». Докажем, что поляризациям обоих фотонов на их пути к детекторам
Б54
Дж. Уилер
должны быть приписаны реальные значения независимо от установки обоих этих анализаторов. Предположим, что вероятность срабатывания первого детектора равна
cos2 (угла между «истинным направлением» поляризации фотона 1 и установкой анализатора 1),
а вероятность срабатыванйя второго равна
cos2 (угла между «истинным направлением» поляризации фотона 2 и установкой анализатора 2^
Убедимся, что вероятность совпадения есть произведение этих двух выражений, усредненных по случайным направлениям поляризации одного из этих двух фотонов,— поляризация второго с необходимостью ортогональна первой. Результат представляется штриховой линией для числа совпадений в функции относительной установки анализаторов слева и справа. Для разности между случаями наименее благоприятной и наиболее благоприятной установки получаем только половину того, что предсказывается квантовой механикой, и только половину того, что наблюдается (поляризация фотонов, образованных в е+е-« аннигиляции: теория [31, 33, 37], наблюдения [3, 13, 19, 21, 25, 26, 28, 36, 39, 40]; поляризация фотонов, излучаемых атомами при двухступенчатом переходе, [14, 24, 27]; эти результаты находятся в противоречии с квантовыми предсказаниями, но не подтверждены в [8, 15]). Таким образом, квантовая механика «сама себя подвергала угрозе разрушения» в многочисленных решающих проверках и выстояла во всех этих испы* таниях. Центральным положением этой квантовой механики является то, что она отказывает фотонам в какой-либо «реальной» поляризации только на основании того, что они находятся «в пути», в отсутствие какого-либо действительного акта наблюдения. Другими словами, элементарное явление есть явление, только когда оно наблюдаемо.
