Нелокальность

Оглавление

Базовая квантовая система не автоматически обретает такой иерархический порядок. Подобно картине, которая должна иметь определенную композицию, чтобы создавать ощущение глубины, система должна обладать определенной согласованностью, чтобы дать начало пространству. Такая согласованность обеспечивается запутанностью частиц или полей системы. Чтобы породить пространство в том виде, в каком оно нам известно, эти частицы или поля должны быть запутанными по масштабу: каждая частица с соседней частицей, каждая пара частиц с другой парой, каждая группа с другой группой. Другие структуры приводят к появлению других геометрий или систем, которые совершенно нельзя считать пространственными. Если система запутана не полностью, то эмерджентное пространство несвязно, и обитатели вселенной должны быть заперты в одной области и лишены возможности попасть в другие места. «Квантовая запутанность обеспечивает связь пространства-времени в единое целое», — говорит Марк Ван Раамсдонк, теоретик из Университета Британской Колумбии. Когда мы впервые столкнулись с запутанностью, казалось, что она выходит за пределы пространства. Сегодня физики считают, что она может быть тем, что создает пространство.

Нарушения в матрице

Итак, мы рассмотрели несколько путей возникновения пространства из его отсутствия, и все они являются вариантами идеи о том, что запутанная сеть первичных строительных блоков может распрямляться и образовывать упорядоченную кристаллическую решетку. Попробуем теперь применить эти предварительные идеи к проявлениям нелокальности, о которых я говорил в главе 1, включая корреляцию запутанных частиц, крупномасштабную однородность космоса и судьбу материи, которая попадает в черные дыры. Эти явления могут быть нарушениями в матрице: нерегулярностями, которые раскрывают глубинный характер реальности.

Эмерджентная пространственная решетка не идеальна, как все остальное в природе. Она имеет небольшие дефекты вроде пропуска стежков, где остаются болтающиеся нитки. Соседство в сети не обязательно подразумевает соседство в пространстве — один небольшой шажок в сети может быть эквивалентным гигантскому скачку в пространстве. Маркопоулоу и Смолин называют это явление «нарушенной локальностью», а сторонник теории струн Брайан Свингл из Стэнфордского университета использует термин «длинные связи». Эти связи являются фактически крошечными кротовыми норами вроде пространственно-временных туннелей, существование которых допускает общая теория относительности. В научной фантастике вроде «Звездного пути» или фильма «Интерстеллар» кротовые норы изображаются в виде порталов для космических кораблей, однако идея кротовой норы в реальности восходит к попыткам Эйнштейна объяснить природу частиц. Такая связь может объединять запутанные частицы. Если бы две квантовые монеты находились на концах кротовой норы, то не было бы никакой загадки в том, что они падают одной стороной при подбрасывании. «Корреляция является результатом близости в пространстве — близости через кротовую нору», — предполагает Хуан Малдасена.

Несмотря на убедительность, эта идея не лишена потенциальных изъянов. Во-первых, здесь существует опасность появления порочного круга в доказательстве. При создании моделей эмерджентного пространства-времени теоретики исходят из законов квантовой механики, а раз так, то каким образом они собираются использовать эмерджентное пространство-время для объясненияквантовой механики? Во-вторых, кротовые норы кажутся перебором. Все, что входит в кротовую нору, должно выходить на другой стороне. Вместе с тем запутанные частицы не способны передать сигнал, не говоря уже о космическом корабле. Любой туннель между ними должен представлять собой заваленный ствол шахты, который достаточен для обеспечения одинаковых результатов у двух частиц в лабораторных экспериментах, но мал для создания обыкновенного соединительного канала. Сторонники идеи предлагают несколько путей разрешения противоречия. Малдасена утверждает, что гравитация закрывает кротовую нору прежде, чем через нее может пройти сигнал. Свингл говорит, что экспериментаторы, натолкнувшись на огромную трудность проталкивания сигнала через такую узкую связь и потребность в невероятно мощном компьютере для кодирования и декодирования, просто не могут ничего сделать на практике. А Маркопоулоу воображает, что кротовая нора может проводить сигнал, но сам сигнал ни о чем не говорит, поскольку частицы движутся случайным образом, как кот, который, пройдя по клавиатуре, хотя и может послать электронное письмо, но лишенное смысла.

Другие считают, что запутанность требует более радикальных идей. Майкл Хеллер выступает за концепцию, называемую некоммутативной геометрией, с некоторым налетом иронии: фактически цель заключается в отказе от геометрии и в представлении Вселенной в виде большого алгебраического уравнения. Такое уравнение составляется из матриц, вроде матричных моделей, однако интерпретируется по-новому. Матрицы больше не представляют собой ряды чисел, описывающих связи между строительными блоками вроде D0-бран, это индивидуальные сущности, первичные ингредиенты, из которых состоит все остальное.

Точнее говоря, Хеллер и другие сторонники такого подхода принимают взгляд «сверху вниз» на физику, при котором глобальные структуры — те, что охватывают всю Вселенную, — фундаментальны, а локальные геометрические понятия вроде «точек» и «объектов» выводятся из глобальных структур, а не обычный взгляд «снизу вверх», при котором Вселенная строится из огромного количества локализованных сущностей. «Не существует точек, не существует мгновений времени, — говорит Хеллер. — Все глобально. Так что локальность поглощается глобальностью». По аналогии представим, что вместо определения общества как миллионов индивидуумов, которые образуют множество групп, мы определяем его как миллионы групп и идентифицируем каждого индивидуума через членство в группах. (Это не так уж притянуто за уши: философы и социологи вроде Гегеля давно утверждают, что индивидуальная идентичность вытекает в значительной мере из социальной.) Можно представить группы в виде большой диаграммы Венна, и каждая личность будет обозначаться в ней как пересечение определенного набора окружностей. Чтобы такое определение «сверху вниз» работало, группы должны пересекаться правильным образом. В противном случае индивидуумы теряют отчетливую идентичность — может существовать несколько личностей с одним и тем же набором групповых идентичностей, которые невозможно разделить.