В физикепринцип локальности/близкодействия утверждает, что на объект влияет только его непосредственное окружение[1]. Для того, чтобы действие в одной точке оказало влияние на другую точку, что-то в пространстве между этими точками должно опосредовать действие — например, волна или частица пройдя через пространство между двумя точками окажет влияние.
Специальная теория относительности ограничивает скоростью света все такие влияния. Следовательно, принцип локальности подразумевает, что событие в одной точке не может вызвать одновременный результат в другой точке.
В XVII веке закон всемирного тяготения Ньютона сформулирован в терминах «действия на расстоянии», что нарушило принцип локальности. В теории Ньютона гравитационное взаимодействие распространяется мгновенно, сила тяготения зависит только от взаимного расположения тел в данный момент времени. Ньютон понимал это, ему это не нравилось. Он писал своему другу Ричарду Бентли[2]:
Невозможно представить, чтобы неодушевлённая грубая материя без посредства чего-либо ещё нематериального могла бы действовать и оказывать влияние на другую материю без взаимного соприкосновения с ней, как это должно было быть, если тяготение в смысле Эпикура сущностно и присуще ей /материи/. Это — одна из причин, по которой я не хотел бы, чтобы Вы приписывали мне /идею/ врождённого тяготения. То, что тяготение должно быть врождённым, внутренне присущим материи и сущностным для неё, дабы одно тело могло воздействовать на другое на расстоянии через пустоту, без посредства какого-либо агента, посредством и при участии которого действие и сила /тел/ могли бы передаваться от одного /тела/ к другому, представляется мне столь вопиющей нелепостью, что, по моему убеждению, ни один человек, способный со знанием дела судить о философских материях, не впадает в неё. Тяготение должно вызываться неким агентом, постоянно действующим по определённым законам; материален ли этот агент или нематериален, я предоставляю судить читателям.
Закон Кулона электрических сил первоначально также подразумевал мгновенное действие на расстоянии, но позже был заменён уравнениями Максвелла, которые подчиняются локальности.
Альберт Эйнштейн предполагал, что принцип локальности/близкодействия был необходим и что не могло быть его нарушений. Он отмечал[3]:
Следующая идея характеризует относительную независимость пространственно разнесённых/удалённых объектов A и B: внешнее воздействие на A прямо не отражается на B; это известно как Принцип Локальности/Близкодействия, который сообразно используется только в теории поля. Если совершенно отвергнуть эту аксиому, тогда идея существования квазизамкнутых систем, и следовательно тем самым постулирование законов, которые могут быть проверены эмпирически в общепринятом смысле, стала бы невозможной.
Эйнштейн ощущал, что, по его мнению, было что-то фундаментально неверное в квантовой механике из-за её предсказаний нарушения локальности. В знаменитой работе он со своими соавторами описал парадокс, суть которого в допущении теоретической возможности через косвенные измерения обойти фундаментальный для квантовой механики принцип неопределённости, который таким образом перестаёт быть абсолютным и лишь свидетельствует о неполноте наших представлений о квантовой механике, а физика всей Вселенной потенциально может быть математически описана.
Локальный реализм — это комбинация принципа локальности с «реалистичным» предположением, что все объекты обладают «объективно существующими» значениями своих параметров и характеристик для любых возможных измерений, могущих быть произведёнными над этими объектами, перед тем как эти измерения производятся. Эйнштейн, будучи, сторонником локального реализма, любил в связи с этим говорить, что Луна не исчезает с неба, даже если её никто не наблюдает.
Реализм
Реализм в том смысле, в котором его используют физики, не прямо идентичен значению слова реализм в метафизике[4].
Последнее — это своего рода утверждение, что существует в некотором смысле мир независимый от сознания. Даже если результаты какого-либо возможного измерения не существуют до проведения измерения, это не означает, что они создаются наблюдателем (как в интерпретации квантовой механики под названием «сознание вызывает коллапс[англ.]»). Более того, независимое от сознания свойство может и не быть значением какой-либо физической переменной/параметра, к примеру, положение или импульс. Свойство может быть диспозиционным[англ.] — то есть имеющим тенденцию, то есть оно может быть тенденцией, в том смысле что стеклянные объекты имеют тенденцию разбиваться, или расположены/имеют склонность разбиваться, даже если они не разбиваются в реальности/на самом деле. Сходным образом, независимые от сознания свойства квантовых систем могли бы состоять из тенденции отвечать на определённого рода измерения определённого рода значениями с некоторой вероятностью[5]. Такая онтология была бы метафизически реалистична и не будучи реалистичной в смысле, который физики вкладывают в словосочетания «локальный реализм» (которые требует, чтобы чёткое и единственное определённое значение измеряемой величины получалось бы с определённостью и достоверностью).
Локальный реализм является существенной чертой классической механики, общей теории относительности и теории Максвелла, но квантовая механика по большому счету отвергает этот принцип из-за присутствия квантовой запутанности безотносительно к расстоянию, наиболее чётко продемонстрированной ЭПР-парадоксом и количественно формализованной неравенствами Белла.[6] Любая теория, к примеру квантовая механика, которая нарушает неравенства Белла, должна отвергнуть или локальный реализм, иликонтрфактическую определённость[англ.]. (Некоторые физики в ходе диспутов указывают, что эксперименты продемонстрировали нарушения неравенств Белла, на основании того, что подкласс неоднородных неравенств Белла не был протестирован/проверен или соображения такого порядка: экспериментальные ограничения[англ.]). Различные интерпретации квантовой механики отвергают различные части локального реализма и/или контрфактическую определённость.
Философский, исторический и психологический взгляд
Существует мнение, что в отсутствие локальности мир обладал бы магическими свойствами, «причём не в хорошем смысле»[7].
Нарушения принципа локальности часто встречаются в фантастике и фэнтези.
В формулировках современной теоретической физики (например, квантовой теории поля) принцип локальности понимается как непреложная аксиома.
Джордж Массер. Нелокальность. Феномен, меняющий представление о пространстве и времени, и его значение для черных дыр, Большого взрыва и теорий всего = Musser George. Spooky action at a distance. — Альпина Нон-фикшн, 2018. — ISBN 978-5-91671-810-2.
Николя Жизан. Квантовая случайность. Нелокальность, телепортация и другие квантовые чудеса. Пер. с англ. М.: Альпина нон-фикшн, 2016. ISBN 978-5-9614-2389-1