Миналия декември беше присъдена Нобеловата награда за физика за експерименталното потвърждение на квантов феномен, известен от повече от 80 години: заплитането (entanglement). Както е предвидено от Алберт Айнщайн и неговите сътрудници през 1935 г., квантовите обекти могат да бъдат мистериозно свързани дори ако са разделени от големи разстояния. Но колкото и странно да изглежда явлението, защо толкова стара идея все още си заслужава най-престижната награда по физика?
По стечение на обстоятелствата, само няколко седмици преди новите Нобелови лауреати да бъдат почетени в Стокхолм, различен екип от изтъкнати учени от Харвард, Масачузетския технологичен институт, Калтек, Фермилаб и Google съобщиха, че са изпълнили процес на квантовия компютър на Google, който може да се тълкува като червеева дупка .
Червеевите дупки са тунели през вселената, които могат да работят като пряк път през пространството и времето и са обичани от феновете на научната фантастика, и въпреки че тунелът, реализиран в този скорошен експеримент, съществува само в двуизмерна вселена на играчка, той може да представлява пробив за бъдещите изследвания в челните редици на физиката.
Но защо заплитането е свързано с пространството и времето? И как това може да бъде важно за бъдещите пробиви във физиката? Правилно разбрано, заплитането предполага, че Вселената е „монистична“, както я наричат философите, че на най-фундаменталното ниво всичко във Вселената е част от едно, обединено цяло. Определящо свойство на квантовата механика е, че нейната основна реалност е описана от гледна точка на вълни и една монистична вселена би изисквала универсална функция.
Още преди десетилетия изследователи като Хю Еверет и Дитер Цее показаха как нашата ежедневна реалност може да излезе от такова универсално квантово-механично описание. Но едва сега изследователи като Леонард Съскинд или Шон Карол развиват идеи за това как тази скрита квантова реалност може да обясни не само материята, но и тъканта на пространството и времето.
Система от три звезди или крие планета, или противоречи на законите на физиката. Заплитането е много повече от просто още един странен квантов феномен. Това е действащият принцип зад двете: защо квантовата механика слива света в едно и защо преживяваме това фундаментално единство като много отделни обекти. В същото време заплитането е причината да изглежда, че живеем в класическа реалност. Това е – съвсем буквално – лепилото и създателят на светове. Заплитането се прилага за обекти, състоящи се от два или повече компонента, и описва какво се случва, когато квантовият принцип, че „всичко, което може да се случи, действително се случва“, се приложи към такива съставени обекти. Съответно, заплетеното състояние е наслагването на всички възможни комбинации, в които могат да бъдат компонентите на съставен обект, за да се получи същия общ резултат. Отново вълнообразната природа на квантовата област може да помогне да се илюстрира как всъщност работи заплитането.
Представете си напълно спокойно, гладко като стъкло море в безветрен ден. Сега се запитайте, как може да се създаде такава равнина чрез наслагване на два отделни вълнови модела? Една възможност е, че наслагването на две напълно плоски повърхности отново води до напълно равен резултат. Но друга възможност, която може да създаде плоска повърхност, е ако два идентични вълнови модела, изместени с половин цикъл на трептене, бъдат насложени един върху друг, така че вълновите гребени на единия модел да унищожат вълновите падове на другия и обратно. Ако просто наблюдавахме стъкления океан, разглеждайки го като резултат от две комбинирани вълни, нямаше да има начин да разберем за моделите на отделните вълни. Това, което звучи съвсем обикновено, когато говорим за вълни, има най-странните последици, когато се приложи към конкуриращи се реалности.
Ако вашата съседка ви каже, че има две котки, една жива котка и една мъртва, това би означавало, че или първата котка, или втората е мъртва и че останалата котка съответно е жива – би било странен и болезнен начин за описание на домашните любимци и може да не знаете кой от тях е късметлията, но ще разберете конфуза на съседа. Не е така в квантовия свят. В квантовата механика същото твърдение предполага, че двете котки са обединени в суперпозиция от случаи, включително първата котка да е жива, а втората мъртва и първата котка да е мъртва, докато втората е жива, но също и възможности, при които и двете котки са наполовина живи и наполовина мъртви, или първата котка е една трета жива, докато втората котка добавя липсващите две трети от живота. В квантовата двойка котки съдбите и условията на отделните животни се разтварят изцяло в състоянието на цялото.
По същия начин в квантовата вселена няма отделни обекти. Всичко, което съществува, е обединено в едно „Едно“. Квантовото заплитане ни разкрива огромна и изцяло нова територия за изследване. То дефинира нова основа на науката и преобръща търсенето на теория за всичко с главата надолу – да се гради върху квантовата космология, а не върху физиката на елементарните частици или теорията на струните.
Но колко реалистично е за физиците да следват такъв подход? Изненадващо, това не е просто реалистично – те всъщност вече го правят. Изследователи в челните редици на квантовата гравитация започнаха да преосмислят пространство-времето като следствие от заплитането. Все по-голям брой учени основават своите изследвания върху неразделимостта на Вселената. Големи са надеждите, че следвайки този подход, те най-накрая могат да разберат какво наистина представляват пространството и времето, дълбоко в основата. Независимо дали пространството е съшито чрез преплитане, физиката е описана от абстрактни обекти отвъд пространството и времето или пространството на възможностите, представено от универсалната вълнова функция на Еверет, или всичко във Вселената е проследено до един единствен квантов обект – всички тези идеи споделят монистичен вкус.
В момента е трудно да се прецени кои от тези идеи ще формират бъдещето на физиката и кои в крайна сметка ще изчезнат. Интересното е, че докато първоначално идеите често са били развивани в контекста на теорията на струните, те изглежда са надраснали теорията на струните и струните вече не играят никаква роля в най-новите изследвания. Общата нишка сега изглежда е, че пространството и времето вече не се считат за фундаментални.
Съвременната физика не започва с пространството и времето, за да продължи с нещата, поставени в този съществуващ фон. Вместо това, самите пространство и време се считат за продукти на по-фундаментална реалност.
Нейтън Сейбърг, водещ теоретик на струните в Института за напреднали изследвания в Принстън, не е сам в своето мнение, когато заявява: „Почти съм сигурен, че пространството и времето са илюзии. Това са примитивни представи, които ще бъдат заменени от нещо по-сложно.“ Нещо повече, в повечето сценарии, предлагащи възникващи времена-пространства, заплитането играе основна роля. Както посочва философът Расмус Яксланд, това в крайна сметка означава, че във Вселената вече няма отделни обекти; че всичко е свързано с всичко останало: „Приемането на заплитането като връзка, създаваща света, идва с цената на отказ от разделимост. Но тези, които са готови да предприемат тази стъпка, може би трябва да се вгледат в заплитането на фундаменталната връзка, с която да съставят този свят (и може би всички други възможни).“ Така, когато пространството и времето изчезнат, се появява единно Едно.
Обратно, от гледна точка на квантовия монизъм, такива умопомрачителни последствия от квантовата гравитация не са далеч.В теорията на Айнщайн за общата теория на относителността пространството вече не е статична сцена; по-скоро се генерира от масите и енергията на материята. Подобно на възгледа на немския философ Готфрид В. Лайбниц, той описва относителния ред на нещата. Ако сега, според квантовия монизъм, е останало само едно нещо, не е останало нищо за подреждане или ред и в крайна сметка вече няма нужда от концепцията за пространство на това най-фундаментално ниво на описание.
Това е „Единственото“, една единствена квантова вселена, която поражда пространство, време и материя. „GR=QM“, твърди Ленард Съскинд смело в отворено писмо до изследователи в квантовата информационна наука: общата теория на относителността не е нищо друго освен квантова механика – стогодишна теория, която е прилагана изключително успешно към всякакви неща, но никога не е била реално напълно разбрана. Както Шон Карол посочи, „Може би беше грешка да се квантува гравитацията и пространство-времето се спотайваше в квантовата механика през цялото време.“ За в бъдеще, „вместо да определяме гравитацията, може би трябва да се опитаме да гравитизираме квантовата механика. Или, по-точно, но по-малко емоционално, „намерете гравитацията в квантовата механика“, предлага Карол в своя блог.
Наистина, изглежда, че ако квантовата механика беше взета на сериозно от самото начало, ако тя беше разбрана като теория, която не се случва в пространството и времето, а в рамките на по-фундаментална прожекторна реалност, много от задънените улици в изследването на квантовата гравитация можеха да бъдат избегнати. Ако бяхме одобрили монистичните изводи на квантовата механика – наследството на една трихилядолетна философия, възприета в древността, преследвана през Средновековието, възродена през Ренесанса и подправена в романтизма, вместо да се придържаме към прагматичната интерпретация на влиятелния квантов пионер Нилс Бор, който свеждаше квантовата механика до инструмент, щяхме да бъдем по-нататък по пътя към демистифициране на основите на реалността.
