Нелокальность. Феномен, меняющий представление о пространстве и времени, и его значение для черных дыр, Большого взрыва и теорий всего

Посвящается Талии и Элиане

SPOOKY ACTION 
AT A DISTANCE

The Phenomenon That Reimagines Space 

and Time — and What It Means for Black Holes, 

the Big Bang, and Theories of Everything

GEORGE MUSSER

Scientific American / Farrar, Straus and Giroux

New York

Москва
2018

Перевод с английского

НЕЛОКАЛЬНОСТЬ

Феномен, меняющий представление о пространстве 

и времени, и его значение для черных дыр, 

Большого взрыва и теорий всего

ДЖОРДЖ МАССЕР

© George Musser, 2015
© Издание на русском языке, перевод, оформление. 
ООО «Альпина нон-фикшн», 2018
ISBN 978-5-91671-810-2 (рус.)
ISBN 978-0-374-29851-7 (англ.)

УДК 530.1
ББК 22.313
 
М32

Переводчики Вячеслав Ионов, Мария Томс
Редактор Вячеслав Ионов
Научный редактор Дмитрий Горбунов, доктор физ.-мат. наук

Массер Д.
Нелокальность: Феномен, меняющий представление о пространстве 
и времени, и его значение для черных дыр, Большого взрыва и теорий всего / 
Джордж Массер ; Пер. с англ. — М.: Альпина нон-фикшн, 2018. — 360 с.

ISBN 978-5-91671-810-2

Эта книга посвящена истории феномена нелокальности в физике. Она 
представляет собой захватывающий обзор фактов, указывающих на то, что 
пространство-время является производным свойством Вселенной, а не ее 
фундаментальным элементом. Автор показывает, что нелокальность может 
быть матерью всех загадок и головоломок, с которыми сталкиваются физики 
в наши дни, — это не только странное поведение квантовых частиц, но и 
судьба черных дыр, происхождение космоса и присущее природе единство. 
Книга написана понятным языком без сложных математических выкладок 
и адресована тем, кто интересуется современными теориями, призванными 
объяснить сущность наиболее базовых элементов Вселенной и ее структуры.

УДК 530.1
ББК 22.313

М32

Все права защищены. Никакая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме 
и какими бы то ни было средствами, включая размещение в сети интернет и в корпоративных сетях, а также 
запись в память ЭВМ для частного или публичного использования, без письменного разрешения владельца авторских 
прав. По вопросу организации доступа к электронной библиотеке издательства обращайтесь 
по адресу mylib@alpina.ru.

Эта книга издана в рамках программы «Книжные проекты Дмитрия Зимина» и продолжает 
серию «Библиотека «Династия». Дмитрий Борисович Зимин — основатель 
компании «Вымпелком» (Beeline), фонда некоммерческих программ «Династия» 
и фонда «Московское время».
Программа «Книжные проекты Дмитрия Зимина» объединяет три проекта, хорошо 
знакомые читательской аудитории: издание научно-популярных переводных книг 
«Библиотека «Династия», издательское направление фонда «Московское время» 
и премию в области русскоязычной научно-популярной литературы «Просветитель».
Подробную информацию о «Книжных проектах Дмитрия Зимина» вы найдете на 
сайте ziminbookprojects.ru.

Оглавление

Введение: воздушный замок Эйнштейна .................................. 7

1. Многообразие видов нелокальности ............................ 21

2. Истоки нелокальности .................................................. 61

3. Локальность Эйнштейна ............................................. 107

4. Великий спор ............................................................... 135

5. Нелокальность и объединение физики ....................... 175

6. Конец пространства-времени ..................................... 225

Заключение: амплитуэдр ................................................ 269

Примечания .......................................................................... 285

Библиография ....................................................................... 322

Благодарности ...................................................................... 351

Об авторе .............................................................................. 354

Предметно-именной указатель ........................................... 355

Введение: 
воздушный замок Эйнштейна

Впервые я узнал о нелокальности в начале 1990-х, будучи аспи-
рантом, причем не от своего преподавателя квантовой механи-
ки : он не посчитал нужным даже упомянуть о ней. Роясь в мест-
ном книжном магазине, я наткнулся на только что изданную 
книжку «Сознательная вселенная» (The Conscious Universe), 
которая поразила меня заявлением о том, что «ни одно преды-
дущее открытие не бросало больший вызов нашему восприя-
тию повседневной реальности», чем нелокальность. Это явле-
ние походило по вкусу на запретный плод.
В обыденном английском языке locality* — это немного 
вычурное слово для обозначения района, города или другого 
места. Но его первоначальное значение, появившееся в XVII в., 
относится к самому понятию «место». Оно означает, что у все-
го есть место. Вы всегда можете указать на предмет и сказать: 
«Вот он». Если этого сделать нельзя, должно быть, предмет, 
на самом деле не существует. Если преподаватель спросит, где 
ваше домашнее задание и вы ответите, что нигде, то вам при-
дется представить оправдания.

 
* В повседневной речи locality переводится как «местность», но в научном 
контексте используется англицизм «локальность». — Прим. пер.

Мир, в котором мы живем, наделен всеми признаками 
локальности. У нас сильно развито чувство места и чувство 
связи между местами. Мы ощущаем боль разлуки с теми, кого 
любим, и беспомощность от того, что находимся слишком дале-
ко от чего-то, на что хотим повлиять. Вместе с тем квантовая 
механика и другие разделы физики наводят на мысль о том, 
что на более глубоком уровне может не быть места и рассто-
яния. Физические эксперименты позволяют связывать судь-
бы двух частиц таким образом, что они ведут себя, как пара 
волшебных монет: сколько бы вы их ни подбрасывали, на них 
всегда выпадает что-то одинаковое — орел или решка. Их пове-
дение согласовано несмотря на то, что в пространстве они 
не связаны никакими силами. Эти частицы могут разлететь-
ся по разным концам Вселенной и все же вести себя в унисон. 
Такие частицы нарушают принцип локальности . Пространство 
им не помеха.
Очевидно, природа нашла особое и тонкое равновесие: 
в большинстве случаев она подчиняется локальности, как это 
и должно быть, раз мы существуем, но все же намекает на то, 
что она нелокальна в своих глубинных основах. Именно дан-
ное противоречие я буду исследовать в этой книге. Для тех, 
кто ее изучает, нелокальность — мать всех физических зага-
док, причастная к широкому спектру головоломок, с которы-
ми сталкиваются физики в наши дни: это не только странное 
поведение квантовых частиц, но и судьба черных дыр , проис-
хождение космоса и присущее природе единство.
Для Альберта Эйнштейна локальность была одним из аспек-
тов более широкого философского вопроса: почему мы, люди, 
вообще можем заниматься наукой? Почему мир таков, что мы 
можем понять его устройство? В знаменитом эссе 1936 г. Эйн-
штейн написал, что самое непостижимое в этом мире — это 
его постижимость. На первый взгляд такое утверждение само 
по себе кажется непостижимым. Вселенная не то что бы очень 
логична. Она сумасбродна и капризна, полна путаницы и про-
извола, несправедливости и несчастий. Многое из происходя-

: 
щего не поддается логике (особенно если дело касается роман-
тических отношений или вождения). И все же на фоне этих 
необъяснимых событий с обнадеживающей регулярностью 
проступают законы этого мира. Солнце встает на востоке. 
Предметы падают, если их уронить. После дождя появляется 
радуга. Люди идут в физику в уверенности, что это не просто 
приятные исключения из анархии жизни, а проблески лежащего 
в основе порядка.
Эйнштейн полагал, что физики на самом деле не имеют 
права ожидать этого. Мир не обязан быть упорядоченным. Он 
не должен подчиняться законам; при других обстоятельствах 
он бы мог быть совершенно беспорядочным. Когда друг Эйнштейна 
спросил в письме, что он имеет в виду, говоря о постижимости, 
тот ответил: «A priori следует ожидать, что мир хаотичен 
и не может быть понят умом каким-либо образом».
Хотя Эйнштейн и говорил, что постижимость — чудо, которое 
мы никогда не поймем, это не помешало ему попытаться 
его понять. Всю свою профессиональную жизнь он посвятил 
формулированию того, что же именно во Вселенной делает 
ее постижимой, и его размышления задали курс современной 
физике. Например, он понял, что внутренние механизмы 
природы обладают высокой степенью симметрии , т. е. выглядят 
одинаково, если посмотреть на мир с другой точки зре-
ния. Симметрия привносит порядок в сбивающее с толку раз-
нообразие частиц, открытых физиками; целые группы частиц 
одного вида являются, в каком-то смысле, зеркальными отра-
жениями друг друга. Но среди свойств мира, дающих нам 
надежду понять его, Эйнштейн не раз возвращался к локаль-
ности как к самому важному из них.
Локальность — это тонкое понятие, которое может озна-
чать разное для разных людей. Для Эйнштейна она имела два 
аспекта. Первый аспект он называл «отделимостью», подра-
зумевая, что можно отделить любые два предмета или части 
одного предмета друг от друга и рассматривать их по отдельно-
сти, по крайней мере в принципе. Можно взять стулья из сто-

лового гарнитура и поставить их в разных углах комнаты. 
Они не прекратят свое существование и не потеряют никаких 
качеств, таких как размер, стиль, удобство. Свойства набора 
в целом определяются свойствами составляющих его стульев; 
если на каждом стуле умещается один человек, то четыре сту-
ла позволят сесть четверым. Целое является суммой его состав-
ляющих. Второй аспект, который отметил Эйнштейн, изве-
стен как «локальное действие»: он гласит, что объекты взаимо-
действуют только при столкновении друг с другом или через 
чье-то посредство, позволяющее преодолеть пространство 
между ними. На расстоянии мы не можем повлиять на другого 
человека, для этого нужно приблизиться к нему, дотронуться, 
заговорить, похлопать по плечу, т. е. войти в прямой контакт 
или отправить кого-то или что-то для выполнения этой задачи. 
Современные технологии не нарушают этого принципа — они 
просто задействуют новых посредников. Телефон преобразу-
ет звуковые волны в электрические сигналы или радиоволны, 
которые распространяются по проводам или в эфире и преоб-
разуются обратно в звуковые волны на другом конце. На каж-
дом этапе этого пути что-то должно напрямую контактировать 
с чем-то еще. Если в проводе есть хотя бы крошечный разрыв, 
сообщение распространится так же далеко, как крик на Луне, 
лишенной атмосферы. Проще говоря, отделимость определяет 
сущность объектов, а локальное воздействие — их поведение.
Эйнштейн  обозначил эти принципы в своей теории отно-
сительности . Так, теория относительности гласит, что ни один 
материальный объект не может двигаться быстрее света. 
Без такого ограничения скорости объекты могли бы двигаться 
бесконечно быстро и расстояние потеряло бы свой смысл. Все 
силы природы должны преодолевать пространство, а не пере-
прыгивать его, как раньше считали физики. Таким образом, 
теория относительности дает нам меру отдаленности отдель-
ных объектов и обеспечивает их отличимость друг от друга.
В зависимости от образа мышления теория относительно-
сти  и другие законы физики воспринимаются либо как убеди-

: 
тельный внутренний порядок Вселенной, либо как занудный 
набор правил вроде тех, что насаждают авторитарные родите-
ли, пытающиеся лишить вас всех радостей в жизни. Как заме-
чательно было бы взмахнуть руками и полететь, но, извините, 
это невозможно. Мы могли бы решить мировые проблемы, соз-
давая энергию, увы, физика не позволяет и этого — нам дозво-
лено лишь преобразовывать энергию из одного вида в другой. 
И вот теперь появляется локальность, еще один драконовский 
закон, разрушающий наши мечты о сверхсветовых космиче-
ских кораблях и экстрасенсорных способностях. Локальность 
убивает свойственную болельщикам надежду на то, что, скре-
стив пальцы или проревев какой-нибудь мудрый коммента-
рий из своего кресла, они могут поддержать свою любимую 
команду на поле. К сожалению, если ваша любимая команда 
проигрывает, а вы серьезно хотите поддержать ее, вам придет-
ся встать и добраться до стадиона.
И все же локальность нужна для нашего собственного блага. 
На ней держится наше самоощущение, уверенность в том, 
что наши мысли и чувства принадлежат нам самим. При всем 
уважении к Джону Донну* каждый человек — действительно 
остров, сам по себе. Мы изолированы друг от друга морями 
пространства, и мы должны быть благодарны за это. Если бы 
не локальность, мир обладал бы магическими свойства-
ми, причем не в хорошем, диснеевском смысле. Болельщи-
кам, желающим иметь возможность влиять на игру, не выхо-
дя из дома, пришлось бы осмотрительно относиться к своим 
желаниям, поскольку болельщики соперников, надо думать, 
тоже имели бы такую возможность. Миллионы домоседов 
по всей стране пытались бы обеспечить своим кумирам пре-
имущество, лишая игру смысла: она превратилась бы в проти-
воборство воли болельщиков, а не талантов на поле. Не толь-
ко спортивные состязания, но и весь мир стал бы враждебным 

 
* Джон Донн (1572–1631) — английский поэт, воспевавший нераздельность 
и единство влюбленных. — Прим. ред.