Нелокальность

Оглавление

Идея существования более глубокого уровня кажется естественной — в конце концов, физики всегда стремились найти именно это. Когда им не удавалось понять какой-нибудь аспект мира, они считали, что нужно копнуть поглубже. Они углублялись и искали строительные блоки. Насколько загадочно, скажем, превращение воды в пар или лед. Тем не менее эти превращения становятся совершенно логичными, если жидкость, пар и твердое вещество являются не элементарными субстанциями, а просто формами одной фундаментальной субстанции. Аристотель считал состояния воды различными воплощениями так называемой первичной материи, а атомисты дальновидно полагали, что это переход атомов в более плотное или свободное состояние. В целом строительные блоки материи приобретают свойства, которых у индивидуальных блоков нет. Молекула воды не является мокрой, а атом углерода — живым, однако их множество, объединенное определенным образом, может приобретать такие качества. Аналогичным образом пространство может складываться из частиц, которые по отдельности не являются трехмерными. Эти частицы могут разъединяться и соединяться в непространственные структуры вроде тех, на которые указывают черные дыры и Большой взрыв. «Пространство-время не обязательно фундаментально, — говорит теоретик Нима Аркани-Хамед. — Оно должно состоять из чего-то более элементарного».

Такое представление полностью переворачивает физику. Нелокальность перестает быть загадочной — это реальное состояние всего, а вот локальность становится загадкой. Если мы больше не можем принимать пространство как данность, то нужно объяснить, как оно возникает — само по себе или в единстве с временем. Понятно, что создание пространства не такой простой процесс, как объединение молекул и образование жидкости. Что могут представлять собой его строительные блоки? Обычно мы исходим из того, что строительные блоки должны быть меньше, чем сущности, состоящие из них. Один мой друг со своей дочерью как-то построили детальную модель Эйфелевой башни из палочек от фруктового мороженого — вряд ли нужно объяснять, что палочки были меньше башни. Когда дело доходит до пространства, характеристика «меньше» пропадает, поскольку размер сам по себе — понятие, связанное с пространством. У строительных блоков не может быть такого аспекта, как пространство, если они должны объяснять его. У них не должно быть ни размера, ни положения, они везде, простираются на всю Вселенную и нигде — в силу того что невозможно указать на место. Что означает для сущностей отсутствие положения? Где они должны находиться? «Когда мы рассуждаем об эмерджентном пространстве-времени, оно должно возникать из некоей базовой структуры, которая очень далека от того, с чем мы знакомы», — говорит Аркани-Хамед.

В западной философии сфера за пределами пространства традиционно считается чем-то выходящим за пределы физики — это епархия Бога в христианской теологии. В начале XVIII в. «монады» Готфрида Лейбница — простейшие элементы Вселенной, по его разумению, — существовали, подобно Богу, вне пространства и времени. Его теория была шагом в сторону эмерджентного пространства-времени, однако оставалась метафизической, имея лишь туманную связь с миром конкретных объектов. Чтобы физики могли объяснить пространство как нечто эмерджентное, им необходимо взять концепцию отсутствия пространства под свое крыло.

Эйнштейн предвидел эти сложности. «Возможно… мы должны также отказаться, в принципе, от пространственно-временного континуума, — писал он. — Не так уж невероятно, что человеческий гений однажды найдет методы, позволяющие идти таким путем. В настоящее время, однако, такая программа похожа на попытку дышать в пустом пространстве». Джон Уилер, признанный теоретик гравитации, выдвигал предположения о том, что пространство-время выстроено из «предгеометрии», но допускал, что это не более чем «идея ради идеи». Даже такой неуемный человек, как Аркани-Хамед, высказывает сомнения: «Эти проблемы очень сложны. Нашего языка не хватает, чтобы говорить о них».

Почему Аркани-Хамед не останавливается, так это потому, что он с коллегами нащупал именно ту разновидность методов, о которой говорил Эйнштейн, — методы описания физики в отсутствие пространства, возможность дышать в вакууме. Аркани-Хамед рассматривает эти достижения в исторической перспективе: «Более 2000 лет люди пытались постичь глубинную природу пространства и времени, но их усилия были преждевременными. Наконец мы дождались эпохи, когда можноставить такие вопросы и надеяться на имеющий смысл ответ».

Клей для реальности

Вместо принятия пространства как данности давайте переосмыслим, что мы на самом деле подразумеваем под ним и как обойтись без него. В соответствии с классическими законами физики, открытыми Ньютоном и изучаемыми сегодня в средней школе, положение и скорость объектов в полной мере характеризуют мир. Эти количественные характеристики, взятые в некоторый момент, отражают, как все происходит, где это происходит и что произойдет в будущем. Мир можно представить как одно из гигантских хитроумных устройств Руба Голдберга, которое построили в заброшенном ангаре и выложили на YouTube: как только все будет на месте, вы приведете ее в движение, и все остальное не заставит себя ждать. Если разместить атомы в форме лягушки и придать им правильную скорость, лягушка оживет — ей не понадобится дополнительный электрический разряд.

Классическая физика говорит, что объекты замедляются, ускоряются или отклоняются от первоначального курса по той причине, что они воздействуют друг на друга с определенной силой, например электрической или гравитационной. Величина силы зависит от относительного положения объектов, в частности от того, как далеко они разнесены. Что происходило или могло произойти между этими объектами в прошлом, не имеет значения. Когда-то они могли столкнуться друг с другом, но после разлета их притяжение или отталкивание было не больше и не меньше, чем притяжение и отталкивание всего остального на таком же расстоянии. Пространство одинаково для всех. Когда вы далеко от любимого человека, физическая связь между вами ничуть не сильнее, чем связь между двумя кусками угля.