Свобода воли и квантовая физика — тема, которая давно возбуждает воображение ученых и философов. Особый интерес вызывают явления, связанные с квантовой нелокальностью, способные бросить вызов привычным взглядам на причинность и временные связи. Эти явления впервые вызвали недовольство одного из величайших умов мира — Альберта Эйнштейна, который был убежден, что реальные физические процессы не могут распространяться быстрее света. Однако открытия в области квантовой механики, и в частности эффект нелокальности, который подтверждают экспериментальные данные, продолжают ставить под сомнение эти представления, а также предполагают непростые вопросы о свободе выбора и предопределенности событий. Недавно проведенные исследования, подготовленные группой ученых из университетов Кампинаса (Бразилия), Гонконга и Севильи (Испания), направлены на дальнейшее понимание природы квантовой нелокальности и ее последствий для концепции свободы воли.
Авторы статьи, опубликованной в Nature Communications, предлагают новый экспериментальный подход, который сможет помочь определить, какие из базовых предположений, стоящих за теориями с локальными скрытыми переменными, справедливы, а какие нет. Квантовая нелокальность относится к явлению, при котором две или более квантовые частицы оказываются связанными таким образом, что изменение состояния одной частицы мгновенно отражается на состоянии другой, даже если они находятся на большом расстоянии друг от друга. Это открытие противоречит классическому представлению о локальности, суть которого заключается в том, что объекты могут влиять друг на друга только через непосредственный контакт или посредством передачи сигналов, не превосходящих скорость света. В 2022 году за работы по экспериментальному подтверждению нелокальности Альэн Аспе, Джон Клаузер и Антон Цайлингер получили Нобелевскую премию по физике. Их исследования показали, что существующие теории со скрытыми переменными, предполагающие, что наблюдатели действительно обладают свободной волей в выборе измерений, и нет никакой сверхсветовой коммуникации, не способны объяснить наблюдаемые корреляции.
Тем не менее, сам механизм, лежащий в основе этих явлений, до сих пор остается загадкой. Существуют три основные гипотезы, пытающиеся описать природу квантовой нелокальности. Первая из них связана с идеей о том, что свободная воля — лишь иллюзия, и все измерения заранее определены скрытыми переменными. Вторая предполагает существование сверхсветовых сигналов, позволяющих мгновенно передавать информацию между частицами. Третья же отрицает наличие скрытых переменных вовсе, принимая квантовую механику такой, какая она есть, со всеми ее парадоксами.
Важным достижением новой работы становится выявление того, что если хоть одно из предположений о локальных скрытых переменных не соответствует действительности, то оно должно быть отвергнуто полностью. Это означает, что модели, частично ограничивающие свободу выбора исследователя, допускающие частичные ретрокаузы (обратные причинные связи) или частичные мгновенные взаимодействия на расстоянии, исключены. Такой строгий подход позволяет сузить рамки дискуссий и направляет усилия ученых на более конкретные экспериментальные проверки. Эти новые взгляды возвращают к жизни классические философские дебаты о свободе воли, которые веками волновали человечество. С точки зрения философии и космологии, обсуждается идея супредетерминизма — концепции, согласно которой все события во Вселенной были предопределены с момента ее зарождения.
Жизнь и сознание человека подчинены строгим законам природы, и свободная воля может оказаться лишь иллюзией, вызванной нашим восприятием. С научной же точки зрения новые идеи и эксперименты не только продвигают понимание фундаментальных принципов квантовой физики, но и влияют на практические технологии. В первую очередь это касается области квантовой криптографии, которая обещает обеспечить принципиально новую степень защиты данных. Однако в современных системах предполагается, что злоумышленники не могут контролировать случайные генераторы, определяющие выбор измерений. Если же допустить, что эти генераторы могут быть частично скомпрометированы, безопасность окажется под угрозой.
Исследования ученых показывают, что даже в таких случаях можно восстановить высокий уровень защиты, если вмешательство ограничено лишь частично. Кроме того, совершенствование понимания структуры и механизмов квантовой нелокальности способствует развитию квантовых вычислений. Как отмечают исследователи, уменьшение нежелательных влияний между различными частями квантовых компьютеров поможет увеличить их надежность и эффективность. Появляется возможность создавать новые архитектуры и протоколы, позволяющие лучше контролировать процессы обработки информации на квантовом уровне. Тем не менее, несмотря на прогресс в этих областях, вопросы о свободе воли, причинности и природе реальности остаются открытыми.
Эйнштейн, который был свидетелем рождения квантовой механики и активно выступал против ее неинтуитивных аспектов, возможно, был не просто приверженцем классических взглядов, но и глубоко переживал философские последствия этих открытий. Его сомнения продолжают жить в научном сообществе, оставаясь мощным стимулом для новых исследований и экспериментов. Обсуждение возможностей экспериментальной проверки природы квантовой нелокальности и свободы воли подчеркивает важность отделения личных взглядов от научного анализа. Как отметил один из авторов исследований, Адэн Кабелло, вопрос свободы воли нельзя рассматривать только как философскую проблему или предмет споров. Наука требует проверки гипотез через эксперимент, а не субъективных оценок.
В лабораторных условиях возможны тесты, которые помогут или опровергнут некоторые из представленных гипотез, тем самым приближая понимание фундаментальных законов природы. Таким образом, новые эксперименты по исследованию квантовой нелокальности ставят перед человечеством не только технические, но и глубокие философские вызовы. От ответов на них зависит наше положение в понимании Вселенной, нашей роли в ней и природы самого сознания. В то же время открытия в этой сфере сулят реальные прорывы в технологиях будущего, среди которых квантовые компьютеры и сверхзащищенные системы связи. В совокупности все эти аспекты делают исследования тестирования свободы воли и квантовых свойств одними из самых захватывающих и перспективных направлений современной науки.
Погружение в неизведанные области квантовой механики напоминает о том, что несмотря на века изучения природы, нас ждет еще множество открытий, которые могут коренным образом изменить представления о времени, пространстве и свободе выбора. Именно научное стремление к познанию скрытых слоев реальности способно дать новые ответы и раскрыть тайны, которые даже великий Эйнштейн не мог полностью разгадать.
