Телепортация в квантовом мире

В общепринятых описаниях научной фантастики телепортер (или транспортёр — на сленге «Звёздного Пути») сканирует объект и определяет его строение, а затем посылает эту информацию в удалённое место, где и воссоздаётся этот объект. В одних научно-фантастических произведениях сам объект «дематериализуется» и его атомы и молекулы посылаются вместе с информацией для последующей сборки, в других же произведениях создаётся точная копия объекта из атомов и молекул, находящихся в «приёмнике» телепортера. Научный подход к телепортации, развитый за последнее десятилетие, ближе по духу ко второму варианту, что сразу же влечёт два существенных вопроса. Первый вопрос представляет собой стандартную, но трудную философскую головоломку: когда, если вообще когда-либо, точная копия должна идентифицироваться с оригиналом и рассматриваться как оригинал? Второй вопрос заключается в том, возможно ли, даже в принципе, полностью определить строение и состав объекта так, чтобы затем можно было создать «шаблон», по которому можно было бы точно восстановить объект?

Во Вселенной, подчиняющейся законам классической физики, ответ на второй вопрос был бы положительным. Параметры каждой частицы, составляющей объект (её тип, положение, скорость и т. д.), в принципе можно абсолютно точно измерить, а затем передать эту информацию в удалённое место, чтобы воссоздать по ней сам объект. Сделать подобное для объекта, состоящего больше чем из горстки элементарных частиц, видится неимоверно сложной задачей, но в классической Вселенной эта задача в принципе разрешима — всё упирается только в сложность.

Во Вселенной, подчиняющейся законам квантовой физики, — нашей Вселенной — ситуация гораздо более тонкая. Мы знаем, что акт измерения вынуждает ряд параметров объекта выплыть из «квантового тумана» и принять определённые значения. Например, когда мы наблюдаем частицу, то измеренные нами параметры не отражают неопределённую квантовую смесь атрибутов, которую она имела до нашего наблюдения.^{194} Таким образом, если мы хотим скопировать объект, мы попадаем в порочный квантовый круг. Чтобы скопировать, мы должны наблюдать, чтобы знать, что копировать. Но сам акт наблюдения вносит изменения, так что если мы копируем то, что видим, то мы скопируем не то, что было до нашего наблюдения. Отсюда можно прийти к заключению, что телепортация в квантовом мире невозможна, но не просто из-за практических ограничений, вытекающих из сложности одновременного измерения всех параметров гигантского количества объектов, а в силу фундаментальных ограничений, отражающихся в квантовой физике. Тем не менее, как мы увидим в следующем разделе, в начале 1990-х гг. международная группа физиков нашла искусный способ обойти это препятствие.

Что касается первого вопроса по поводу взаимосвязи между копией и оригиналом, квантовая физика даёт точный и ободряющий ответ. Согласно квантовой механике все электроны во Вселенной идентичны друг другу в том смысле, что все они обладают одной и той же массой, одним и тем же электрическим зарядом, одними и теми же характеристиками слабого и сильного взаимодействия и одним и тем же полным спином. Более того, согласно основательно проверенному утверждению квантовой механики только что приведённый перечень исчерпывает все характеристики электрона; электроны идентичны по отношению к этим характеристикам, а других существенных характеристик просто нет. В том же смысле идентичны все u-кварки, идентичны все d-кварки, идентичны все фотоны и т. д. — данное утверждение справедливо для всех типов частиц. Как было установлено ещё много десятилетий тому назад, частицы также можно рассматривать как наименьшие «пакеты» поля (например, фотоны — наименьшие пакеты электромагнитного поля), и квантовая физика показывает, что такие мельчайшие составляющие одного и того же поля всегда идентичны. (Или, согласно представлению теории струн, частицы одного типа имеют идентичные характеристики из-за того, что являются идентичными вибрациями струны всего одного типа.)

Частицы одного типа могут отличаться лишь вероятностями их обнаружения в том или ином месте, вероятностями ориентации спина в том или ином направлении и вероятностями обладания конкретными скоростями и энергиями. Или, как лаконично говорят физики, частицы могут находиться в различных квантовых состояниях. Но если две частицы одного типа находятся в одном и том же квантовом состоянии (за исключением, возможно, того, что у одной частицы выше вероятность быть здесь, а у другой — там), то законы квантовой механики гарантируют, что частицы неразличимы, причём не только практически, но и в принципе. Они — совершенные близнецы. Если бы кто-то поменял частицы местами (точнее, поменял их вероятности быть в том или ином месте), то никто бы не смог определить, что частицы переставлены.

Таким образом, если кто-то вводит частицу, находящуюся в отдалённом месте,[93] точно в то же квантовое состояние, какое имеет частица того же типа, находящаяся здесь, то отдалённая частица будет неотличима от своего оригинала, и этот процесс можно по праву назвать квантовой телепортацией. Конечно, если бы этот процесс никак не затронул оригинальную частицу, то вы могли бы назвать его квантовым клонированием или, возможно, квантовым копированием на расстоянии. Но, как мы увидим, при научной реализации этих идей затрагивается оригинальная частица — её квантовое состояние неизбежно меняется в ходе процесса телепортации, — так что мы не столкнёмся с таксономической дилеммой.

Более насущен вопрос (внимательно рассматривавшийся философами в той или иной форме), верно ли для агломерата частиц то, что верно для одной частицы? Если бы вы сподобились телепортировать из одного места в другое каждую частицу, составляющую ваш «ДеЛориан»[94], гарантируя, что квантовое состояние каждой частицы, включая её взаимосвязи со всеми другими частицами, воспроизведено со 100%-й точностью, то означало бы это, что вам удалось телепортировать свой автомобиль? Хотя у нас нет никаких эмпирических данных, но теоретические соображения определённо говорят в пользу возможности телепортации автомобиля. Атомное и молекулярное строение определяет всё восприятие автомобиля: как он выглядит, как звучит, как пахнет и даже какой он на вкус, так что скопированный автомобиль должен быть полностью идентичен оригинальному «ДеЛориану» — со всеми своими неровностями, царапинами, скрипучей левой дверью, запахом, оставленным вашей собакой, и прочим. Он должен брать резкий поворот и реагировать на нажатие педали газа точно так же, как оригинал. Нас не заботит, действительно ли перед нами оригинал или его идеальная копия. Если бы вы попросили Объединённые квантовые транспортные линии[95] доставить по морю ваш автомобиль из Нью-Йорка в Лондон, а компания, без вашего ведома, телепортировала бы ваш автомобиль указанным выше образом, то вы никогда не нашли бы разницы — даже в принципе.

Но что если транспортная компания проделала бы то же самое с вашим котом? Или, питая отвращение к пище, предлагаемой на борту самолёта, вы решились бы на собственную телепортацию? Будет ли кот или человек, вышедший с другого конца телепортера, тем же самым, кто вошёл в телепортер? Лично я так и думаю. Опять же, поскольку у нас нет соответствующих данных, в лучшем случае мы можем лишь рассуждать. По моему мнению, живое существо, атомы и молекулы которого находятся точно в том же квантовом состоянии, что и мои, есть я. Даже если бы «оригинал» меня остался бы после «копирования», я (мы) без колебания бы сказал, что и «копия», и «оригинал» — это я сам. Ни один из «нас» не будет иметь приоритета над другим. Мысли, память, эмоции и суждения имеют физическое основание в атомных и молекулярных характеристиках человеческого тела; идентичное квантовое состояние элементарных составляющих должно влечь за собой идентичное сознательное существо. С течением времени мы стали бы различаться из-за различного опыта, но я действительно верю, что с момента «копирования» будет «два меня», а не то, что «оригинал» — каким-либо образом «настоящий я», а «копия» в чём-то поддельна.

В действительности я хочу даже несколько ослабить требования. Наше физическое строение всё время постоянно меняется — иногда чуть-чуть, иногда значительно, — но каждый из нас остаётся одной и той же личностью. От мороженого Haagen-Dazs[96], наводняющего кровоток жиром и сахаром, до магнитно-резонансного томографа, поворачивающего спиновые оси ядер различных атомов мозга, до сердечных трансплантантов и липосакции, до триллионов атомов, заменяющихся каждую миллионную долю секунды в человеческом теле, мы подвержены постоянным изменениям, и всё же наша личная идентичность остаётся неизменной. Так что даже если телепортировавшееся существо не абсолютно точно будет воспроизводить моё физическое состояние, оно ещё может оставаться полностью неотличимым от меня. В меру моего понимания, оно могло бы быть мной.

Конечно, если вы верите в то, что жизнь, и в особенности сознательная жизнь, включает в себя ещё какую-то сущность помимо физической организации, то ваши критерии успешной телепортации будут строже моих. Эта мудрёная проблема — до какой степени наша идентификация как личности привязана к нашему физическому существу? — обсуждалась годами, но так и не было найдено ответа, который удовлетворил бы всех и каждого. Хотя лично я верю, что вся идентификация зависит только от физического, но другие не согласятся со мной, и никто не сможет привести убедительных доказательств правоты своей точки зрения.

Но безотносительно к вашей точке зрения на гипотетическую проблему телепортации живого существа учёные уже установили, что благодаря чудесам квантовой механики отдельные частицы могут быть телепортированы — и были телепортированы. Давайте посмотрим, как.