Защо все повече физици започват да смятат пространството и времето за „илюзия“?
Концепцията, известна като „квантово заплитане“, предполага, че тъканта на Вселената е по-взаимосвързана, отколкото си мислим. И също така показва, че имаме грешна представа за реалността.
Миналия декември Нобеловата награда за физика беше присъдена за експерименталното потвърждение на квантовия феномен, известен вече повече от 80 години, а именно квантовото заплитане. Както беше предложено през 1935 г. от Алберт Айнщайн и неговите сътрудници, квантовите обекти могат да бъдат мистериозно свързани дори когато са разделени на големи разстояния. Но колкото и странно да изглежда това явление, защо толкова стара идея все още си заслужава най-престижната награда в областта на физиката?
По стечение на обстоятелствата, само седмици преди новите Нобелови лауреати да бъдат наградени в Стокхолм, друга група изтъкнати учени от Харвард, Масачузетския технологичен институт, Калифорнийския технологичен институт, Лабораторията Ферми и Google обявиха, че са възпроизвели процес на квантовия компютър на Google, който може да се тълкува като червеева дупка (известна още като пространствено-времеви коридор или червоядина ). Червеевите дупки са тунели във Вселената, които могат да работят като пряк път през пространството и времето и са обожавани от феновете на научната фантастика, и въпреки че тунелът, внедрен в този скорошен експеримент, съществува само в 2D игрова Вселена, той може да се окаже пробив към бъдещите изследвания в „новата“ физика.
Но защо заплитането е свързано с пространството и времето? И как може то да е важно за бъдещите пробиви във физиката? Правилното разбиране на заплитането предполага, че Вселената е „монистична“, както я наричат философите, тоест че на най-фундаментално ниво всичко във Вселената е част от едно цяло. Определящото свойство на квантовата механика е, че лежащата в нейната основа реалност се описва от вълнова гледна точка, а една монистична вселена изисква универсална функция. Още преди няколко десетилетия изследователи като Хю Еверет и Дитер Зех показаха как нашата ежедневна реалност може да възникне от такова универсално квантово-механично описание. Но едва сега изследователи като Ленард Съскинд или Шон Карол разработиха идеята за това как тази скрита квантова реалност може да обясни не само материята, но и структурата на пространството и времето.
Заплитането е много повече от още един странен квантов феномен. Това е действащият принцип, лежащ в основата на това защо квантовата механика обединява света в едно единно цяло и защо възприемаме това фундаментално единство като множество отделни обекти. В същото време заплитането е причината да изглежда, че живеем в класическа реалност. То в буквалния смисъл е като лепило и създател на светове. Заплитането се отнася до обекти, които имат два или повече компонента и описва какво се случва, когато квантовият принцип „всичко, което може да се случи, действително се случва“ се приложи към такива съставни обекти. Съответно, заплетеното състояние е суперпозиция на всички възможни комбинации, в които могат да бъдат тези компоненти в един съставен обект, за да се получи един и същи общ резултат. И отново вълновата природа на квантовото царство може да помогне да се илюстрира как всъщност работи заплитането.
Представете си идеално спокойно, гладко море в безветрен ден. Сега се запитайте как можете да получите такова плоско състояние чрез наслагване на два отделни вълнови модела? Едната възможност е, че наслагването на две идеално плоски повърхности отново води до напълно плосък резултат. Но има и друга възможност да се получи равна повърхност, ако два идентични вълнови модела се насложат един върху друг, изместени с половин честотен цикъл на колебание, така че гребените на вълните на единия модел да унищожават падините на другия и обратно. Ако просто наблюдавахме „стъкления“ океан като резултат от сливането на две вълни, нямаше да имаме начин да разберем природата на отделните вълни. Това, което звучи напълно разбираемо, когато говорим за вълни, има най-странни последици, когато се приложи към конкуриращи се реалности. Ако една съседка ви каже, че има две котки, една жива и една мъртва, това би означавало, че или първата, или втората котка е мъртва, а останалата съответно е жива . Това би бил странен и неприятен начин за описание на домашните любимци и вие по всяка вероятност нямаше да знаете коя от тях е късметлийката, но щяхте да разберете какво цели съседката. Но не така в е квантовия свят. В квантовата механика същото твърдение предполага, че двете котки са слети в суперпозиция от различни случаи, включително ситуация, когато първата котка е жива, а втората е мъртва, когато първата котка е мъртва, а втората е жива. Също така са възможни варианти, когато и двете котки да са наполовина живи и наполовина мъртви, или когато първата котка е една трета жива, а втората допълва липсващите две трети от живота. В квантовата двойка от котки съдбите и състоянията на отделните животни са напълно разтворени в състоянието на цялото. Точно същото е и в квантовата вселена – няма отделни обекти. Всичко съществуващо се слива в „Едно цяло”.
Квантовото заплитане отваря пред нас огромна и изцяло нова територия за изследвания. То определя новия фундамент на науката и преобръща търсенето на теория за всичкото с главата надолу – трябва да се изгради квантова космология, а не физика на частиците или теория на струните. Но колко реалистично е за физиците да приложат такъв подход? Изненадващо, това не е просто реално – те вече го правят. Изследователите, намиращи се в челните редици на квантовата гравитация започнаха да преосмислят пространство-времето като следствие от заплитането. Все повече учени базират своите изследвания на неделимостта на Вселената. Можем да се надяваме, че следвайки този подход, те най-накрая ще могат да разберат какво всъщност представляват пространството и времето, лежащи дълбоко в основата на космологията.
Независимо дали пространството е съшито с помощта на заплитането, описва ли физиката абстрактните обекти извън пространството и времето, или чрез пространството на възможностите, представено от универсалната вълнова функция на Еверет, или всичко във Вселената е свързано в един единствен квантов обект, всички от тези идеи имат отчетлив монистичен привкус. В момента е трудно да се прецени коя от тези идеи ще определи бъдещето на физиката и кои от тях в крайна сметка ще изчезнат. Интересното е, че подобни идеи първоначално често бяха развивани в контекста на теорията на струните, а сега изглежда, че те надраснаха тази теория и тя вече не играе никаква роля в най-новите изследвания. Изглежда сега общата нишка е, че пространството и времето вече не се считат за фундаментални. Съвременната физика не започва от пространството и времето, за да продължи с нещата, поставени в този вече съществуващ фон. Вместо това, самите пространство и време се разглеждат като продукти на по-фундаменталната проективна реалност. Нейтън Сейбърг, водещ теоретик в теорията на струните в Института за перспективни изследвания в Принстън, Ню Джърси, не е сам в своите усещания, когато заявява:
„Почти съм сигурен, че пространството и времето са илюзии. Това са примитивни концепции, които ще бъдат заменени от нещо по-сложно.“
Освен това, в повечето сценарии, които предполагат възникващо пространство-време, заплитането играе основна роля. Както посочва философът на науката Расмус Джаксланд, това в крайна сметка означава, че във Вселената няма повече отделни обекти, тоест всичко е свързано с всичко останало:
„Приемането на заплитането като светообразуващо отношение идва с цената на отказ от делимостта. Но тези, които са готови да предприемат тази стъпка, може да им се наложи да погледнат на заплитането като на фундаментално отношение, чрез което този свят (и може би всички други възможни светове) може да бъде създаден. Така, когато пространството и времето изчезнат, възниква единното То.“
И обратно, от гледна точка на квантовия монизъм подобни главозамайващи последици от квантовата гравитация не са много далеч. Още в общата теория на относителността на Айнщайн пространството вече не е статичен етап; по-скоро то се определя от масата и енергията на материята. Подобно на възгледите на немския философ Готфрид В. Лайбниц, тя описва относителния ред на нещата. Ако сега, според квантовия монизъм, е останало само едно единно цяло, то тогава не остава нищо, което да се подрежда и в крайна сметка вече няма нужда от концепцията за пространство на това най-фундаментално ниво на описание. То е „Едно цяло“, една единствена квантова вселена, която поражда пространството, времето и материята.
Както смело е твърдял Ленард Съскинд в отвореното си писмо до изследователите на квантовата информация: общата теория на относителността не е нищо повече от квантова механика, тоест стогодишна теория, която с огромен успех е прилагана към всякакви неща, но никога не е била напълно разбрана.
Шон Карол посочва:
„Възможно е квантовата гравитация да е било грешка и пространство-времето да се е спотайвало през цялото това време в квантовата механика“. В бъдеще, „вместо да квантуваме гравитацията, може би трябва да се опитаме да гравитираме квантовата механика.“
Или, по-точно, но по-малко впечатляващо, „открийте гравитацията вътре в квантовата механика“, предлага Карол в своя блог.
Всъщност изглежда, че ако на квантовата механика още от самото начало беше погледнато сериозно, ако тя беше разбрана като теория, чието действие се развива не в пространството и времето, а в една по-фундаментална проективна реалност, то тогава много задънени улици в изследването на квантовата гравитация можеше да бъдат избегнати. Ако бяхме приели монистичните изводи на квантовата механика като наследство от три хиляди години философия, възникнала в древността, преследвана през Средновековието, възродена през Ренесанса и покварена през романтизма , ако веднага щом Еверет и Зех ги показаха, а не се придържахме към прагматичната интерпретация на влиятелния квантов пионер Нилс Бор, който сведе квантовата механика до инструмент, то ние щяхме да бъдем далеч по-напред по пътя към демистифицирането на основите на реалността.
