Eden najčudnejših vidikov kvantne mehanike je zapletanje, saj dva zapletena delca medsebojno vplivata na velike razdalje, kar na prvi pogled krši temeljni fizikalni princip lokalnosti: kar se zgodi na določeni točki v prostoru, lahko vpliva le na točke v bližini. Kaj pa, če lokalnost - in sam prostor - navsezadnje ni vse tako temeljno? George Masser raziskuje možne posledice tega v svoji novi knjigi Spooky Action at a distance. (Albert Einstein je kvantno zapletanje poimenoval "grozljivo delovanje na daljavo").
Ko je bil filozof Jennan Ismael star deset let, je njen oče, profesor iz Iraškega rodu na univerzi v Calgaryju, na dražbi kupil veliko leseno omaro. Po ropotanju po njej je naletela na stari kaleidoskop in bila navdušena. Nekaj ur je eksperimentirala z njo in ugotovila, kako deluje. "Sestri nisem povedala, da sem ga našla, ker sem se bala, da ga bo vzela," se spominja.
Ko pokukate v kalejdoskop in obrnete cev, večbarvni liki začnejo cveteti, se vrteti in združevati na videz popolnoma nerazložljiv in nepredvidljiv način, kot da bi od daleč drug od drugega imeli odmeven učinek. Toda bolj ko jih občudujete, bolj opazite vzorce v njihovem gibanju. Oblike na nasprotnih koncih vašega vidnega polja se v sozvočju spremenijo, ta simetrija pa vam omogoča, da razumete, kaj se v resnici dogaja: te oblike niso fizični predmeti, temveč slike predmetov - koščki stekla, ki se vrtijo v ogledali.
"Obstaja en košček stekla, ki se v različnih delih prostora pojavlja odveč," pravi Ismael. »Če se osredotočite na celoten obsežen prostor, bi bil fizični opis tridimenzionalnega kaleidoskopa precej preprosta vzročna zgodba. Obstaja kos stekla, odraža se v ogledalih in tako naprej. " Videti v resnici kalejdoskop ni več skrivnost, čeprav še vedno preseneča.
Desetletja pozneje, pripravljajoč se za pogovor o kvantni fiziki, se je Ismael spomnil kaleidoskopa in v žametnem ohišju kupil povsem novo sijočo bakreno cev. Kot je že zasijalo, je postal metafora za nestalnost v fiziki. Morda se delci v poskusih zapletanja ali galaksije v oddaljenih mejah galaksije obnašajo nenavadno, saj so projekcije - v določenem smislu sekundarne kreacije - v popolnoma drugačnem območju predmetov.
"V primeru kaleidoskopa vemo, kaj moramo storiti: videti moramo celoten sistem; moramo videti, kako nastaja podoba vesolja, pravi Ismael. - Kako sestaviti analogijo temu za kvantne učinke? Če želite to narediti, morate videti vesolje, ki ga poznamo - vsakdanji kozmos, v katerem merimo dogodke, ki se nahajajo v različnih delih kozmosa - kot neločljivo strukturo. Morda, ko pogledamo oba dela, vidimo isti dogodek. V različnih delih prostora komuniciramo z istim elementom resničnosti."
Skupaj z drugimi podvomi v domnevo, ki ji je sledil skoraj vsak fizik in filozof vse od Demokrita, da je vesolje najglobja raven fizične resničnosti. Tako kot scenarij za predstavo opisuje dejanja igralcev na odru, vendar je pred odrom, tudi fizikalni zakoni obstoj prostora tradicionalno jemljejo kot samoumeven. Danes vemo, da je vesolje več kot le stvari v vesolju. Pojav nelokalnosti preskakuje prostor; ni mesta, kjer je omejen. Manifestira se na ravni resničnosti globlje od vesolja, kjer koncept razdalje ni več pomemben, kjer se zdi, da so oddaljene stvari v bližini, kot da se ista stvar pojavlja na več kot enem mestu, kot številne slike enega kozarca v kaleidoskopu.
Ko razmišljamo o izrazih na tej ravni, povezave med subatomskimi delci na laboratorijski klopi, znotraj in zunaj črne luknje ter med nasprotnimi deli vesolja ne izgledajo več tako grozljive. Michael Heller, fizik, filozof in teolog Papeške teološke akademije v Krakovu na Poljskem, pravi: "Če se strinjate, da je fizika na temeljni ravni nelokalna, potem je to povsem naravno, saj dva delca, ki sta daleč drug od drugega, stanujeta na ena temeljna ne-lokalna raven. Zanje prostor in čas nista pomembna. " Šele ko poskušate te pojave predstaviti s vesoljske perspektive - kar je odpuščljivo, saj smo navajeni razmišljati na tak način -, zmedejo naše razumevanje.
Promocijski video:
Zamisel o globoki ravni se zdi naravna, ker si nenazadnje fiziki vedno prizadevajo za to. Kadarkoli niso mogli razumeti določenih vidikov našega sveta, so domnevali, da še niso dosegli dna tega. Povečala sta in videla gradnike. Da lahko tekoča voda zavre ali zamrzne, je nekoliko skrivnostno. Toda te preobrazbe so smiselne, če predstavljamo tekoče, plinasto in trdno stanje ne kot elementarne snovi, temveč kot različne oblike ene temeljne snovi.
Aristotel je menil, da so različna stanja vode različna inkarnacija tako imenovane prvobitne materije, atomisti pa so - zaničljivo - mislili, da so atomi preurejeni v bolj toge ali proste strukture. Te gradnike snovi množično pridobivajo lastnosti, ki jih posamično primanjkuje. Prav tako lahko prostor sestavljajo deli, ki sami po sebi niso prostorski. Te dele je mogoče razstaviti in ponovno sestaviti v neprostorne strukture, kot so tiste, ki namigujejo na črne luknje in Veliki prasak.
"Vesolje ne more biti temeljno," pravi teoretik Nima Arkani-Hamed. "Narejena bi morala biti iz nečesa preprostejšega."
To razmišljanje popolnoma obrne fiziko. Negovornost ni več skrivnost; je resničnost in lokalnost postane prava skrivnost. Ko prostora ne moremo več jemati kot samoumevnega, moramo razložiti, kaj je in iz česa nastane, neodvisno ali v procesu združevanja s časom.
Očitno graditi prostor ne bo tako enostavno kot zlivanje molekul v tekočino. Kaj bi lahko bili njegovi gradniki? Običajno rečemo, da morajo biti gradniki manjši od stvari, ki jih sestavljajo. Če sestavite podroben Eifflov stolp iz zobotrebcev, vam ne bo treba razlagati, da so zobotrebci manjši od stolpa.
Kadar pa gre za vesolje, ni nič manj, saj je sama velikost prostorski koncept. Gradbeni bloki ne morejo predhoditi prostoru, če jih mora razložiti. Ne bi smele imeti niti velikosti niti prostora; Biti morajo povsod po vsem svetu in nikjer hkrati, da jih ne bi bilo mogoče pokaditi. Kaj za neko stvar pomeni pomanjkanje položaja? Kje bo? "Ko govorimo o odtočnem vesolju in času, mora izhajati iz nekega okvira, od katerega smo zelo daleč," pravi Arkani-Hamed.
V zahodni filozofiji je kraljestvo zunaj vesolja tradicionalno veljalo za kraljestvo zunaj fizike - kraj božje prisotnosti v krščanski teologiji. V začetku 18. stoletja so "monade" Gottfrieda Leibniza - ki jih je predstavljal kot primitivne elemente vesolja - obstajal, podobno kot Bog, zunaj prostora in časa. Njegova teorija je bila korak k nastajajočemu vesolju in času, vendar je ostal na področju metafizike in je bil svobodno povezan s svetom konkretnih stvari. Če fizikom uspe razložiti nastajajoči prostor, bodo morali razviti svoj koncept odsotnosti prostora.
Einstein je predvideval te težave. "Mogoče … načeloma bi morali opustiti vesoljsko-časovni kontinuum," je zapisal. - Čisto si je mogoče predstavljati, da bo človeška iznajdljivost nekega dne našla metode, ki bodo omogočile to pot. Trenutno pa tak program izgleda kot poskus dihanja v prazen prostor."
John Wheeler, priznani teoretik gravitacije, je predlagal, da je vesoljski čas zgrajen iz "pregeometrije", vendar je priznal, da gre zgolj za "idejo zaradi ideje". Celo Arkani-Hamed deli svoje dvome: "Te težave so zelo zapletene. Nemogoče je razpravljati o njih v jeziku, ki smo ga vajeni."
Arkani-Hamed in njegovi sodelavci morajo nadaljevati z iskanjem načinov, ki jih je opisal Einstein - načinov za opis fizike v odsotnosti prostora, dihanja v vakuumu. Te poskuse razlaga v zgodovini: „Ljudje že več kot 2000 let postavljajo vprašanja o globoki naravi prostora in časa, vendar so bili prezgodnji. Končno smo prišli v obdobje, ko lahko postavite ta vprašanja in upate, da boste dobili nekaj smiselnih odgovorov."
Na osnovi materialov podjetja Gizmodo
Ilya Khel