Jedan od najčudnijih aspekata kvantne mehanike je zapletenost, jer dvije zapletene čestice utječu jedna na drugu na velikim udaljenostima, što na prvi pogled krši temeljni fizički princip lokaliteta: ono što se dogodi u određenoj točki prostora može utjecati samo na točke u blizini. Ali što ako lokalitet - i sam prostor - ipak nije sve tako temeljno? George Masser istražuje moguće posljedice toga u svojoj novoj knjizi Spooky Action at a distance. (Albert Einstein nazvao je kvantno zapletenost "jezivim djelovanjem na daljinu").
Kad je filozof Jennan Ismael imao deset godina, njen otac, profesor iračkog podrijetla na Sveučilištu u Calgaryju, kupio je na aukciji veliki drveni kabinet. Nakon što je projurila kroz nju, naišla je na stari kaleidoskop i oduševila se. Satima je eksperimentirala s tim i shvatila kako to funkcionira. "Nisam rekla sestri da sam ga pronašla jer sam se bojala da će ga uzeti", sjeća se.
Kad zavirite u kaleidoskop i okrenete cijev, raznobojne figure počinju cvjetati, vrtjeti se i sjediniti se na naizgled potpuno neobjašnjiv i nepredvidiv način, kao da imaju daleki učinak jedni na druge iz daljine. Ali što im se više divite, to više primjećujete obrasce u njihovom kretanju. Oblici na suprotnim krajevima vašeg vidnog polja ujedinjuju se, a ova simetrija omogućuje vam da shvatite što se zapravo događa: ti oblici nisu fizički predmeti, već slike predmeta - komadići stakla koji se okreću unutar zrcalne cijevi.
"Postoji jedan komad stakla koji se pojavljuje suvišno u različitim dijelovima prostora", kaže Ismael. "Ako se usredotočite na sveukupni prostor koji uključuje, fizički opis trodimenzionalnog kaleidoskopa bio bi prilično jednostavna uzročno-povijesna priča. Postoji komad čaše, ogleda se u ogledalima i tako dalje. " Gledano u stvarnosti, kaleidoskop više nije misterija, iako i dalje iznenađuje.
Desetljeća kasnije, pripremajući se za razgovor o kvantnoj fizici, Ismael se sjetio kaleidoskopa i kupio potpuno novu, sjajnu bakrenu cijev u futroli od baršuna. Postao je, kako je i na njoj vidjelo, metafora neslobode u fizici. Možda se čestice u eksperimentima zapletanja ili galaksije u dalekim galaktičkim granicama ponašaju neobično, budući da su projekcije - sekundarne tvorevine, u određenom smislu - postoje u potpuno drugoj regiji objekata.
"U slučaju kaleidoskopa znamo što moramo učiniti: moramo vidjeti cijeli sustav; moramo vidjeti kako nastaje slika prostora, kaže Ismael. - Kako izgraditi analogiju ovome za kvantne efekte? Da biste to učinili, morate vidjeti kozmos koji poznajemo - svakodnevni prostor, u kojem mjerimo događaje koji se nalaze u različitim dijelovima kosmosa - kao nerazrješivu strukturu. Možda kad pogledamo dva dijela, vidimo isti događaj. Mi komuniciramo s istim elementom stvarnosti u različitim dijelovima prostora."
Zajedno s drugima, ona dovodi u pitanje pretpostavku koju slijedi gotovo svaki fizičar i filozof još od Demokrita, da je taj prostor najdublja razina fizičke stvarnosti. Baš kao što scenarij za predstavu opisuje postupke glumaca na pozornici, ali prethodi pozornici, tako i zakoni fizike tradicionalno uzimaju prostor postojanjem. Danas znamo da je svemir više od stvari u svemiru. Fenomen nelokativnosti skače po prostoru; nema mjesta gdje je ono ograničeno. To se manifestira na razini stvarnosti dublje od prostora, gdje pojam udaljenosti više nije bitan, gdje se čini da su udaljene stvari u blizini, kao da se ista stvar pojavljuje na više mjesta, poput brojnih slika jednog komada stakla u kaleidoskopu.
Kad razmišljamo o terminima na ovoj razini, veze između subatomskih čestica na laboratorijskoj klupi, unutar i izvan crne rupe, i između suprotnih dijelova svemira više se ne čine tako jezivim. Michael Heller, fizičar, filozof i teolog Papinske teološke akademije u Krakovu u Poljskoj, kaže: „Ako se složite da je fizika nelokalna na temeljnoj razini, onda je to sasvim prirodno, jer dvije čestice koje su jedna od druge stanuju na jednu temeljnu ne-lokalnu razinu. Za njih prostor i vrijeme nisu važni. Tek kada pokušavate vizualizirati ove pojave iz svemirske perspektive - što je oprostivo jer smo navikli razmišljati na taj način - oni zbunjuju naše razumijevanje.
Promotivni video:
Ideja o dubokoj razini čini se prirodnom jer, nakon svega, fizičari su joj uvijek težili. Kad god nisu mogli razumjeti određene aspekte našeg svijeta, pretpostavili su da još nisu dosegli dno svega. Zumirali su i ugledali građevne blokove. Da je tekuća voda koja ključa ili zamrzava pomalo je tajanstveno. Ali ove transformacije imaju smisla ako tekuće, plinovito i čvrsto stanje ne predstavljamo kao elementarne tvari, već kao različite oblike jedne temeljne tvari.
Aristotel je različita stanja vode smatrao različitim utjelovljenjima takozvane primordijalne materije, a atomisti su - lukavo - smatrali da su atomi preuređeni u krute ili slobodnije strukture. Masovno, ti građevni blokovi materije stječu svojstva koja pojedinačno nemaju. Isto tako, prostor se može sastojati od dijelova koji sami po sebi nisu prostorni. Ovi se dijelovi također mogu rastaviti i sastaviti u neprostorne strukture, poput onih koji nagovještavaju crne rupe i Veliki prasak.
"Prostorno vrijeme ne može biti temeljno", kaže teoretičarka Nima Arkani-Hamed. "Trebalo bi ga napraviti od nečeg jednostavnijeg."
Ovo razmišljanje potpuno okreće fiziku. Neokalnost više nije tajna; ona je stvarnost, a lokalitet postaje prava misterija. Kad više ne možemo uzeti prostor zdravo za gotovo, moramo objasniti što je to i iz čega nastaje, neovisno ili u procesu sjedinjavanja s vremenom.
Očito, izgradnju prostora neće biti tako lako kao stapanje molekula u tekućinu. Što bi mogli biti njegovi građevni blokovi? Obično kažemo da bi građevni blokovi trebali biti manji od stvari koje ih čine. Ako sastavite detaljan Eiffelov toranj iz čačkalica, nećete morati objašnjavati da su čačkalice manje od tornja.
Ali kad je riječ o prostoru, nema "manjeg", jer je sama veličina prostorni koncept. Građevinski blokovi ne mogu prethoditi prostoru ako ih mora objasniti. Ne bi trebale imati ni veličinu ni prostor; moraju biti svugdje, u svemiru i nigdje istovremeno, tako da ih se ne može pokositi. Što za nešto znači nedostatak položaja? Gdje će ona biti? "Kad govorimo o istjecanju prostor-vrijeme, ono mora isplivati iz nekog okvira, od kojeg smo vrlo daleko", kaže Arkani-Hamed.
U zapadnoj filozofiji kraljevstvo izvan prostora tradicionalno se smatralo kraljevstvom izvan fizike - mjestom Božje prisutnosti u kršćanskoj teologiji. Početkom 18. stoljeća "monade" Gottfrieda Leibniza - koje je predstavljao kao primitivne elemente svemira - postojale su, poput Boga, izvan prostora i vremena. Njegova teorija bila je korak prema nastajanju prostor-vremena, ali ostala je u polju metafizike, lagano povezana sa svijetom konkretnih stvari. Ako fizičari uspiju objasniti nastali prostor, morat će razviti vlastiti koncept nedostatka prostora.
Einstein je predvidio ove poteškoće. "Možda bi … u načelu, trebali napustiti prostorno-vremenski kontinuitet", napisao je. - Sasvim je moguće zamisliti da će ljudska domišljatost jednog dana pronaći metode koje će omogućiti ovaj put. Trenutno, međutim, takav program izgleda kao pokušaj disanja u prazan prostor."
John Wheeler, poznati teoretičar gravitacije, sugerirao je da je svemir vrijeme izgrađen iz "pregeometrije", ali priznao je da je to samo "ideja radi ideje". Čak Arkani-Hamed dijeli svoje sumnje: "Ovi su problemi vrlo složeni. Nemoguće je razgovarati o njima na jeziku na koji smo navikli”.
Ono što pokreće Arkani-Hamed i njegove kolege je pronalazak vrsta načina koje je Einstein opisao - načine opisivanja fizike u nedostatku prostora, disanje u vakuumu. Objašnjava ove pokušaje iz povijesti: „Već više od 2000 godina ljudi su postavljali pitanja o dubokoj prirodi prostora i vremena, ali bili su preuranjeni. Konačno smo stigli u doba u kojem možete postavljati ta pitanja i nadati se odgovorima."
Na temelju materijala iz Gizmoda
Ilya Khel