Minulý rok v decembri bola udelená Nobelova cena za fyziku za experimentálne potvrdenie viac ako 80 rokov známeho kvantového javu: zapletenie. Ako si predstavil Albert Einstein a jeho spolupracovníci v roku 1935, kvantové objekty môžu byť záhadne spojené, aj keď sú od seba vzdialené veľké vzdialenosti. Ale akokoľvek bizarne tento jav znie, prečo si táto starodávna myšlienka stále zaslúži najprestížnejšiu cenu vo fyzike?

Zhodou okolností len pár týždňov predtým, ako mali byť v Štokholme vyznamenaní nedávni laureáti Nobelovej ceny, iný tím významných vedcov z Harvardu, MIT, Caltechu, Fermilabu a Google oznámil, že spustili proces na kvantovom počítači Google, ktorý by mohol vysvetliť červiu dieru. . Červí diery sú tunely cez vesmír, ktoré môžu fungovať ako skratka v priestore a čase a sú milované fanúšikmi sci-fi, a hoci tunel realizovaný v tomto najnovšom experimente existuje iba v 2D vesmírnej hre, mohol by byť prelomom pre budúci výskum. na vrchole fyziky..

Prečo však zapletenie súvisí s priestorom a časom? A ako by to mohlo byť dôležité pre budúce objavy vo fyzike? Správne chápaný pojem zapletenia znamená, že vesmír je „monometrický“, ako ho nazývajú filozofi, a že všetko vo vesmíre je na základnej úrovni súčasťou jedného jednotného celku. Definujúcou vlastnosťou kvantovej mechaniky je, že jej základná realita je opísaná vlnovými pojmami a monadický vesmír vyžaduje globálnu funkciu. Pred desiatkami rokov výskumníci ako Hugh Everett a Dieter Zeh ukázali, ako by sa z takéhoto komplexného kvantovo-mechanického opisu mohla objaviť realita nášho každodenného života. Ale až teraz výskumníci ako Leonard Susskind alebo Sean Carroll rozvíjajú myšlienky o tom, ako by táto skrytá kvantová realita mohla vysvetliť nielen hmotu, ale aj samotnú štruktúru priestoru a času.

Zapletenie je oveľa viac než len ďalší zvláštny kvantový jav. Je to princíp konania, prečo kvantová mechanika spája svet do jedného a prečo túto základnú jednotu zažívame ako mnoho samostatných vecí. Zapletenie je zároveň dôvod, prečo sa zdá, že žijeme v klasickej realite. Je to – v prenesenom zmysle slova – lepidlo a tvorca svetov. Zapletenie sa vzťahuje na objekty, ktoré sa skladajú z dvoch alebo viacerých komponentov a opisuje, čo sa stane, keď sa na tieto komponentné objekty aplikuje kvantový princíp, že „všetko, čo sa naozaj môže stať“. V súlade s tým je stav zapletenia superpozíciou všetkých možných kombinácií, v ktorých môžu komponenty komponentného objektu produkovať rovnaký celkový výsledok. Opäť je to zvlnená povaha kvantového poľa, ktorá by mohla pomôcť vysvetliť, ako zapletenie v skutočnosti funguje.

Predstavte si dokonale pokojné sklenené more počas búrlivého dňa. Teraz si položte otázku, ako možno vytvoriť takúto úroveň prekrytím dvoch individuálnych vzorcov vĺn? Jednou z možností je, že superpozícia dvoch dokonale rovných plôch opäť vedie k dokonale plochému výsledku. Ale ďalšia možnosť, že môže vzniknúť plochý povrch, je, ak sa dva identické vlnové vzory navrstvia na seba polovičným cyklom oscilácie tak, že vrcholy vĺn jedného vzoru eliminujú vlnové žľaby druhého a naopak. Ak by sme len pozorovali obvod sklovca, keďže je výsledkom dvoch spoločných vydutín, nebolo by možné rozoznať vzory jednotlivých vydutín. To, čo sa zdá byť úplne obyčajné, keď hovoríme o vlnách, má ešte bizarnejšie dôsledky, keď sa aplikuje na konkurenčné reality. Ak vám vaša susedka povie, že má dve mačky, jednu živú a druhú mŕtvu, znamená to, že prvá alebo druhá mačka je mŕtva a zvyšná mačka je nažive – to by bol zvláštny a strašidelný spôsob opisu domácich miláčikov. možno neviete, ktorý z nich je ten šťastný, ale dostanete sa na drift suseda. Inak tomu nie je ani v kvantovej sfére. V kvantovej mechanike to isté tvrdenie naznačuje, že dve mačky sa zlúčili do superpozície stavov, vrátane prvej mačky je nažive a druhej je mŕtva a prvá mačka je mŕtva, kým druhá žije, ale aj možnosti, kde sú obe mačky polovičné. živé a polomŕtve, alebo že prvá mačka je Tretina z nich žije, zatiaľ čo druhé mačky tvoria až dve tretiny strateného života. V kvantitatívnom páre mačiek sa osudy a okolnosti jednotlivých zvierat úplne rozplynú v prípade celku. Podobne v kvantovom vesmíre neexistujú žiadne jednotlivé objekty. Všetko, čo existuje, sa spája do jediného „jedného“.

Kvantové zapletenie odhaľuje úplne novú, obrovskú oblasť na preskúmanie. Definuje nový základ pre vedu a staví naše hľadanie teórie všetkého na hlavu – stavať na kvantovej kozmológii a nie na fyzike častíc alebo teórii strún. Nakoľko je však pre fyzikov realistické prijať takýto prístup? Prekvapivo to nie je len realistické – skutočne to robia. Výskumníci v popredí kvantovej gravitácie začínajú prehodnocovať časopriestor ako dôsledok zapletenia. Čoraz väčší počet vedcov zakladá svoj výskum na neoddeliteľnosti vesmíru. Nádeje sú veľké, že týmto prístupom môžu konečne dospieť k skutočnému pochopeniu priestoru a času v hĺbke jeho základov.

Či už je priestor držaný pohromade zapletením, fyzika je opísaná abstraktnými objektmi mimo priestoru a času alebo priestorom možností reprezentovaným univerzálnou Everettovou vlnovou funkciou, alebo je všetko vo vesmíre zredukované na jediný kvantový objekt – všetky tieto myšlienky majú spoločné charakteristické príchuť monizmu. V súčasnosti je ťažké posúdiť, ktoré z týchto myšlienok budú formovať budúcnosť fyziky a ktoré nakoniec zaniknú. Zaujímavé je, že zatiaľ čo myšlienky boli pôvodne vyvinuté v kontexte teórie strún, zdá sa, že teóriu strún prerástli a struny už v najnovších výskumoch nehrajú žiadnu rolu. Zdá sa, že spoločnou niťou je, že priestor a čas už nie sú podstatné. Súčasná fyzika nezačína priestorom a časom, aby pokračovala vo veciach uvedených v tomto už existujúcom pozadí. Namiesto toho sa priestor a čas považujú za produkty zásadnejšej reality projektora. Nathan Cyberg, priekopník teoretikov strún z Princetonského inštitútu pre pokročilé štúdium, nie je sám so svojimi pocitmi, keď hovorí: „Som si takmer istý, že priestor a čas sú ilúzie. Toto sú základné pojmy, ktoré budú nahradené niečo zložitejšie.“ Navyše vo väčšine scenárov, ktoré navrhujú vznikajúce vesmírne časy, hrá zapletenie primárnu úlohu. Ako zdôrazňuje filozof vedy Rasmus Yaxland, v konečnom dôsledku to znamená, že vo vesmíre už neexistujú žiadne jednotlivé objekty; Že všetko súvisí so všetkým ostatným: „Prijať zapletenie, keď svet vytvára vzťah, stojí za to, že sa vzdáme možnosti odlúčenia. Ale možno tí, ktorí sú ochotní urobiť tento krok, by mali hľadať základný vzťah, pomocou ktorého bude formovať tento svetový (a možno aj celý ďalší svetový) potenciál).“ Keď teda zmizne priestor a čas, objaví sa jednotný.

Naopak, z pohľadu kvantového monizmu nie sú takéto ohromujúce dôsledky kvantovej gravitácie ďaleko. Už v Einsteinovej všeobecnej teórii relativity už priestor nie je stacionárnou fázou. Je to skôr zdroj hmoty hmoty a jej energie. Podobne ako názor nemeckého filozofa Gottfrieda W. Leibniza opisuje relatívny poriadok vecí. Ak teraz, podľa kvantitatívnej jednotky, zostáva len jedna vec, už nie je čo usporiadať alebo usporiadať a nakoniec už na tejto základnej úrovni popisu nie je potrebný koncept priestoru. On je „Jediný“, jediný kvantový vesmír, z ktorého vzniká priestor, čas a hmota.

„GR = QM,“ odvážne tvrdil Leonard Susskind v otvorenom liste výskumníkom v oblasti kvantovej informačnej vedy: Všeobecná relativita nie je nič iné ako kvantová mechanika – sto rokov stará teória, ktorá sa s veľkým úspechom aplikovala na všetky druhy vecí, ale nikdy. naozaj bol. Úplne pochopiteľné. Ako zdôrazňuje Sean Carroll, „pravdepodobne bolo nesprávne kvantifikovať gravitáciu a časopriestor číhal v kvantovej mechanike po celý čas.“ Pre budúcnosť „namiesto kvantifikácie gravitácie by sme možno mali vyskúšať kvantovú mechaniku. Alebo, presnejšie, ale menej vzrušujúce, „nájsť gravitáciu v kvantovej mechanike,“ navrhuje Carroll na svojom blogu. Kvantová vážne od začiatku, ak sa chápe ako teória ktorý sa nevyskytuje v priestore a čase, ale v rámci zásadnejšej reality zobrazovacieho zariadenia, mnohým slepým uličkám pri skúmaní kvantovej gravitácie by sa dalo predísť. Ak by sme prijali monistické efekty kvantovej mechaniky – Dedičstvo troch tisícok- ročná filozofia prijatá v staroveku, prenasledovaná v stredoveku, oživená v renesancii, zapletená do romantizmu – raní Everett a Zee by sa o nich radšej odvolávali, než by sa držali interpretácie vplyvného kvantového priekopníka Nielsa Bohra, ktorý skrátil svoju mechaniku Kvantum do nástroja, budeme na ceste k demystifikácii samotných základov reality.

Prevzaté z Po prvé: ako stará myšlienka drží budúcnosť fyziky od Heinricha Bassa. Copyright © 2023. Dostupné z Basic Books, vydavateľstvo Hachette Book Group, Inc. Všetky práva vyhradené.