Praėjusį gruodį Nobelio fizikos premija buvo įteikta už daugiau nei 80 metų žinomo kvantinio reiškinio – susipynimo – eksperimentinį patvirtinimą. Kaip 1935 m. sumanė Albertas Einšteinas ir jo bendradarbiai, kvantiniai objektai gali būti paslaptingai susiję, net jei juos skiria dideli atstumai. Tačiau, kad ir kaip keistai skambėtų šis reiškinys, kodėl ši senovės idėja vis dar nusipelno prestižiškiausio fizikos prizo?

Atsitiktinai, likus vos kelioms savaitėms iki naujausių Nobelio premijos laureatų pagerbimo Stokholme, kita žinomų mokslininkų komanda iš Harvardo, MIT, Caltech, Fermilab ir Google pranešė, kad jie atliko procesą Google kvantiniame kompiuteryje, galintį paaiškinti, kad tai yra kirmgrauža. . Kirmgraužos yra tuneliai per visatą, kurie gali veikti kaip trumpasis kelias per erdvę ir laiką ir yra mėgstami mokslinės fantastikos gerbėjų, ir nors tunelis, įgyvendintas šiame naujausiame eksperimente, egzistuoja tik 2D visatos žaidime, tai gali būti proveržis būsimiems tyrimams. fizikos pažangiausiose srityse..

Bet kodėl susipainiojimas susijęs su erdve ir laiku? Ir kuo tai gali būti svarbu būsimiems fizikos proveržiams? Supainiojimo sąvoka, tinkamai suprantama, reiškia, kad visata yra „monometrinė“, kaip ją vadina filosofai, ir kad viskas visatoje fundamentaliame lygmenyje yra vienos vieningos visumos dalis. Apibrėžianti kvantinės mechanikos savybė yra ta, kad jos pagrindinė tikrovė aprašyta bangų terminais, o monadinei visatai reikia globalios funkcijos. Prieš kelis dešimtmečius mokslininkai, tokie kaip Hugh Everett ir Dieter Zeh, parodė, kaip mūsų kasdienio gyvenimo realybė gali atsirasti iš tokio išsamaus kvantinio-mechaninio aprašymo. Tačiau tik dabar mokslininkai, tokie kaip Leonardas Susskindas ar Seanas Carrollas, kuria idėjas, kaip ši paslėpta kvantinė realybė gali paaiškinti ne tik materiją, bet ir pačią erdvės bei laiko struktūrą.

Įsipainiojimas yra daug daugiau nei tik dar vienas keistas kvantinis reiškinys. Tai yra veikimo principas, kodėl kvantinė mechanika sujungia pasaulį į vieną ir kodėl mes patiriame šią esminę vienybę kaip daugybę atskirų dalykų. Tuo pačiu metu atrodo, kad dėl susipainiojimo gyvename klasikinėje realybėje. Tai – tiesiogine to žodžio prasme – pasaulių klijai ir kūrėjas. Įsipainiojimas taikomas objektams, sudarytiems iš dviejų ar daugiau komponentų, ir apibūdina, kas nutinka, kai šiems komponentiniams objektams taikomas kvantinis principas, kad „viskas, kas iš tikrųjų gali nutikti“. Atitinkamai, įsipainiojimo būsena yra visų galimų kombinacijų, kuriose komponento objekto komponentai gali gauti tą patį bendrą rezultatą, superpozicija. Vėlgi, banguotas kvantinio lauko pobūdis gali padėti paaiškinti, kaip iš tikrųjų veikia įsipainiojimas.

Įsivaizduokite visiškai ramią stiklo jūrą audringą dieną. Dabar paklauskite savęs, kaip tokį lygį galima sukurti sudedant du atskirus bangų modelius? Viena iš galimybių yra ta, kad dviejų idealiai plokščių paviršių superpozicija vėl suteikia visiškai plokščią rezultatą. Tačiau dar viena galimybė, kad gali susidaryti plokščias paviršius, yra, jei du identiški bangų modeliai yra uždėti vienas ant kito pusės svyravimų ciklo, kad vieno modelio bangų keteros pašalintų kito bangų duburius ir atvirkščiai. Jei tik stebėtume stiklakūnio perimetrą, nes tai yra dviejų išsipūtimų rezultatas, negalėtume pasakyti atskirų iškilimų modelių. Tai, kas atrodo visiškai įprasta, kai kalbame apie bangas, turi dar keistesnių pasekmių, kai tai taikoma konkuruojančioms realybėms. Jei jūsų kaimynė jums pasakys, kad turi dvi kates, vieną gyvą, o kitą negyvą, tai reiškia, kad pirmoji arba antroji katė negyva, o likusi katė – gyva – tai būtų keistas ir baisus būdas apibūdinti naminius gyvūnus. Galbūt nežinote, kuris iš jų yra laimingasis, bet jūs pateksite į kaimyno dreifą. Ne taip kvantinėje srityje. Kvantinėje mechanikoje tas pats teiginys rodo, kad dvi katės susiliejo į būsenų superpoziciją, įskaitant pirmą katę gyvą, o antrąjį negyvus, o pirmą negyvus, o kitai gyvuojant, bet ir galimybes, kai abi katės yra pusiau. gyvos ir pusiau negyvos, arba kad pirmoji katė yra Trečdalis jų yra gyvos, o antrosios katės sudaro du trečdalius prarastų gyvybių. Kiekybinėje kačių poroje atskirų gyvūnų likimai ir aplinkybės visai išnyksta. Taip pat kvantinėje visatoje nėra atskirų objektų. Viskas, kas egzistuoja, yra sujungta į vieną „vieną“.

Kvantinis susipynimas atskleidžia visiškai naują, didžiulę sritį, kurią reikia ištirti. Tai apibrėžia naują mokslo pagrindą ir apverčia mūsų visko teorijos paieškas ant galvos – remtis kvantine kosmologija, o ne dalelių fizika ar stygų teorija. Tačiau kiek realu, kad fizikai laikosi tokio požiūrio? Keista, bet tai ne tik realu – jie iš tikrųjų tai daro. Kvantinės gravitacijos priešakyje dirbantys tyrėjai pradeda permąstyti erdvėlaikį kaip susipainiojimo pasekmę. Vis daugiau mokslininkų pradėjo savo tyrimus pagrįsti visatos neatskiriamumu. Labai tikimės, kad, vadovaudamiesi šiuo požiūriu, jie pagaliau iš tikrųjų supras erdvę ir laiką, esančią jo pagrindų gelmėse.

Nesvarbu, ar erdvę laiko susipainiojimas, fiziką apibūdina abstraktūs objektai, esantys už erdvės ir laiko, ar galimybių erdvės, atstovaujamos universalios Evereto bangos funkcijos, ar visatoje viskas redukuojama į vieną kvantinį objektą – visos šios idėjos turi savitą bruožą. monizmo skonis. Šiuo metu sunku nuspręsti, kuri iš šių idėjų nulems fizikos ateitį, o kuri galiausiai užges. Įdomu tai, kad nors idėjos iš pradžių buvo sukurtos stygų teorijos kontekste, atrodo, kad jos peraugo stygų teoriją, o naujausiuose tyrimuose stygos nebevaidina. Dabar atrodo, kad bendra gija yra ta, kad erdvė ir laikas nebėra esminiai. Šiuolaikinė fizika neprasideda erdve ir laiku, kad būtų tęsiami dalykai, išdėstyti šiame jau egzistuojančiame fone. Vietoj to, erdvė ir laikas mato save kaip esminės projektoriaus tikrovės produktus. Nathanas Cybergas, Prinstono Išplėstinių studijų instituto stygų teoretikų pradininkas, ne vienas jaučiasi sakydamas: „Esu beveik tikras, kad erdvė ir laikas yra iliuzijos. Tai elementarios sąvokos, kurias ketinama pakeisti kažkas sudėtingesnio“. Be to, daugumoje scenarijų, kuriuose siūlomi atsirandantys erdvės laikai, įsipainiojimas vaidina pagrindinį vaidmenį. Kaip pažymi mokslo filosofas Rasmusas Jakslandas, tai galiausiai reiškia, kad visatoje nebėra atskirų objektų; Kad viskas yra susiję su viskuo kitu: „Norint įsipainioti, kai pasaulis kuria santykius, atsisakoma atsiskyrimo galimybės. Bet galbūt tie, kurie nori žengti šį žingsnį, turėtų ieškoti pagrindinio santykio, kuriuo jis siejasi, susipainioti. formuos šio pasaulio (o gal ir viso kito pasaulio) potencialą).“ Taigi, išnykus erdvei ir laikui, atsiranda vieningas.

Priešingai, kvantinio monizmo požiūriu tokios protu nesuvokiamos kvantinės gravitacijos pasekmės nėra toli. Jau bendrojoje Einšteino reliatyvumo teorijoje erdvė nebėra stacionari fazė. Greičiau tai yra materijos masių ir jos energijos šaltinis. Panašiai kaip vokiečių filosofo Gottfriedo W. Leibnizo požiūris, jis apibūdina santykinę dalykų tvarką. Jeigu dabar, pagal kiekybinį vienetą, liko tik vienas dalykas, nebelieka nei ką tvarkyti, nei sutvarkyti, ir galiausiai šiame pamatiniame aprašymo lygmenyje erdvės sampratos nebereikia. Jis yra „Vienintelis“, vienintelė kvantinė visata, sukurianti erdvę, laiką ir materiją.

„GR = QM“, – atvirame laiške kvantinės informacijos mokslo tyrėjams drąsiai tvirtino Leonardas Susskindas: Bendroji reliatyvumo teorija yra ne kas kita, kaip kvantinė mechanika – šimto metų senumo teorija, kuri buvo sėkmingai pritaikyta įvairiems dalykams, bet niekada. tikrai buvo. Visiškai suprantama. Kaip pažymi Seanas Carrollas, „gravitacija tikriausiai buvo neteisinga kiekybiškai įvertinti, o erdvė-laikas visą laiką slypėjo kvantinėje mechanikoje“. Ateityje „užuot kiekybiškai įvertinę gravitaciją, galbūt turėtume išbandyti kvantinę mechaniką. Arba, tiksliau, bet ne taip įdomiau, „rasti gravitaciją kvantinėje mechanikoje“, savo tinklaraštyje siūlo Carroll. Nuo pat pradžių rimtai kvantinė, jei suprantama kaip teorija. kuri atsiranda ne erdvėje ir laike, o fundamentalesnėje ekrano įtaiso realybėje, būtų buvę galima išvengti daugelio kvantinės gravitacijos tyrinėjimų aklavietės.Jei būtume sutikę su monistinį kvantinės mechanikos poveikį – Trijų tūkst. metų senumo filosofija, apimta senovėje, persekiojama viduramžiais, atgaivinta Renesanso epochoje, sumaišyta romantizme – ankstyvieji Everetas ir Zee būtų linkę į juos kalbėti, o ne laikytis įtakingo kvantų pradininko Nielso Bohro, kuris sutrumpino savo mechaniką, interpretacijos. Kvantuokite į įrankį, mes stengsimės išsiaiškinti pačius tikrovės pagrindus.

Adaptuota iš Viena: kaip senovės idėja saugo fizikos ateitį pateikė Heinrichas Bassas. Autorių teisės © 2023. Galima įsigyti iš „Basic Books“, „Hachette Book Group, Inc.“ atspaudo. Visos teisės saugomos.