Yksi kvanttimekaniikan kummallisimmista näkökohdista on takertuminen, koska kaksi takertuneita hiukkasia vaikuttaa toisiinsa laajoilla etäisyyksillä, mikä ensi silmäyksellä rikkoo paikallisuuden fysikaalista perusperiaatetta: se, mikä tapahtuu tietyssä avaruuskohdassa, voi vaikuttaa vain lähellä oleviin pisteisiin. Mutta entä jos sijainti - ja itse avaruus - eivät ole lopultakaan niin perustavanlaatuisia? George Masser tutkii tämän mahdollisia seurauksia uudessa kirjassaan Spooky Action at a Distance. (Albert Einstein kutsui kvantti-takertumista "kauhistuttavaksi etäisyydeksi").
Kun filosofi Jennan Ismael oli kymmenen vuotias, hänen isänsä, irakilaissyntyinen professori Calgaryn yliopistossa, osti suuren puukaapin huutokaupassa. Rullauksen jälkeen se kompastui vanhaan kaleidoskooppiin ja oli iloinen. Hän kokeili sitä tuntikausia ja keksi kuinka se toimi. "En kertonut sisarelleni, että löysin hänet, koska pelkäsin hänen ottavan sen", hän muistelee.
Kun käännät kaleidoskooppiin ja käännät putkea, moniväriset hahmot alkavat kukkivat, kiertyvät ja yhdistyvät näennäisesti täysin selittämättömällä ja arvaamattomalla tavalla, ikään kuin ne vaikuttaisivat kauhistuttavasti toisiinsa. Mutta mitä enemmän ihailet heitä, sitä enemmän huomaat malleja heidän liikkeessään. Näkökentän vastakkaisissa päissä olevat muodot muuttuvat yhdessä, ja tämän symmetrian avulla pystyt ymmärtämään, mitä todella tapahtuu: nämä muodot eivät ole fyysisiä esineitä, vaan esineiden kuvia - esineitä - lasisiruja, jotka pyörivät peiliputken sisällä.
"Yksi lasipala esiintyy tarpeettomana tilan eri osissa", Ismael sanoo.”Jos keskitytään kokonaisuuteen, joka kattaa tilan, kolmiulotteisen kaleidoskoopin fyysinen kuvaus olisi melko suoraviivainen syy-tarina. Siellä on pala lasia, se heijastuu peileihin ja niin edelleen. " Todellisuudessa katsottuna kaleidoskooppi ei ole enää mysteeri, vaikka se silti yllättää.
Vuosikymmeniä myöhemmin valmistellessaan keskustelua kvanttifysiikasta Ismael muisti kaleidoskoopin ja osti upouuden, kiiltävän kupariputken samettikotelossa. Hänestä tuli fyysikan epälokaaalisuuden metafora, kun se valutettiin hänen päälle. Ehkä hiukkaset takertumiskokeissa tai galaksien etäisissä galaktisissa rajoissa käyttäytyvät omituisesti, koska ne ovat projektioita - tietyssä mielessä toissijaisia luomuksia -, jotka ovat olemassa täysin erilaisella esineiden alueella.
“Kaleidoskoopin tapauksessa tiedämme, mitä meidän on tehtävä: meidän on nähtävä koko järjestelmä; meidän on nähtävä, kuinka avaruuden imago luodaan, Ismael sanoo. - Kuinka rakentaa analogia tästä kvanttehosteita varten? Tätä varten sinun täytyy nähdä tuntemamme kosmos - jokapäiväinen kosmos, jossa mitataan kosmon eri osissa sijaitsevia tapahtumia - erottamattomana rakenteena. Ehkä kun tarkastelemme kahta osaa, näemme saman tapahtuman. Olemme vuorovaikutuksessa saman todellisuuselementin kanssa avaruuden eri osissa."
Yhdessä muiden kanssa hän kyseenalaistaa oletuksen, jota seuraa lähes jokainen fyysikko ja filosofi Demokrituksen jälkeen, että avaruus on fyysisen todellisuuden syvin taso. Aivan kuten näytelmäkäsikirjoitus kuvaa näyttelijöiden toimintaa lavalla, mutta edeltää vaihetta, fysiikan laeissa otetaan perinteisesti huomioon tilan olemassaolo itsestäänselvyytenä. Tiedämme tänään, että maailmankaikkeus on enemmän kuin vain asioita avaruudessa. Ei-paikallisuuden ilmiö hyppää avaruuteen; ei ole paikkaa, jossa se on rajoitettu. Se ilmenee todellisuuden tasolla syvemmälle kuin avaruus, missä etäisyyden käsitteellä ei ole enää merkitystä, kun kaukana olevat asiat näyttävät olevan lähellä, ikään kuin sama asia esiintyisi useammassa kuin yhdessä paikassa, kuten lukuisat kuvat yhdestä lasipalasta kaleidoskoopissa.
Kun ajatellaan tämän tason termejä, laboratorion penkillä olevien, subatomisten hiukkasten väliset yhteydet, mustan aukon sisällä ja ulkopuolella sekä maailmankaikkeuden vastakkaisten osien välillä eivät enää näytä niin kammottavilta. Fyysikko, filosofi ja teologi Krakovan, Puolassa pidetyssä paavstisessa teologiaakatemiassa, Michael Heller sanoo:”Jos hyväksyt sen, että fysiikka on epätasaista perustasolla, niin se on aivan luonnollista, koska kaksi hiukkasta, jotka ovat kaukana toisistaan, asuvat yksi perustavanlaatuinen ei-paikallinen taso. Heille tila ja aika eivät ole väliä. Vasta kun yrität visualisoida näitä ilmiöitä avaruuden näkökulmasta - mikä on anteeksiannettavaa, koska olemme tottuneet ajattelemaan sellaista -, ne sekoittavat ymmärryksemme.
Mainosvideo:
Ajatus syvästä tasosta näyttää luonnolliselta, koska loppujen lopuksi fyysikot ovat aina pyrkineet siihen. Aina kun he eivät voineet ymmärtää tiettyjä maailmanpiirteitämme, he olettivat, etteivät he olleet vielä päässeet kaiken kaikkeen. He lähemmäs ja näkivät rakennuspalikat. Se, että nestemäinen vesi voi kiehua tai jäätyä, on hieman salaperäinen. Mutta näillä muutoksilla on järkeä, jos edustamme nestemäistä, kaasumaista ja kiinteää tilaa ei alkuaineina, vaan yhden perusaineen eri muodoissa.
Aristoteles piti veden eri tiloja ns. Ensisijaisen aineen erilaisina inkarnaatioina, ja atomistit - mielenkiintoisesti - ajattelivat, että atomit on järjestetty jäykempiin tai vapaisiin rakenteisiin. Massiivisesti nämä aineen rakennuspalikat saavat ominaisuuksia, joista yksittäin puuttuu. Samoin tila voi muodostua osista, jotka eivät ole sinänsä tilallisia. Nämä osat voidaan myös purkaa ja koota uudelleen avaruusrakenteisiin, kuten ne, jotka vihjaavat mustiin reikiin ja isoon räjähdykseen.
”Avaruusaika ei voi olla perustavanlaatuinen”, sanoo teoreetikko Nima Arkani-Hamed. "Sen tulisi olla jotain yksinkertaisempaa."
Tämä ajattelu kääntää fysiikan täysin ympäri. Epälocality ei ole enää mysteeri; se on todellisuutta, ja paikallisuudesta tulee todellinen mysteeri. Kun emme voi enää ottaa tilaa itsestäänselvyytenä, meidän on selitettävä, mikä se on ja mistä se syntyy, itsenäisesti tai ajan myötä yhdistyessä.
Tilojen rakentaminen ei tietenkään ole yhtä helppoa kuin molekyylien sulaminen nesteeksi. Mitkä voisivat olla sen rakennuspalikat? Sanomme yleensä, että rakennuspalikoiden tulisi olla pienempiä kuin ne, joista ne koostuvat. Jos koota yksityiskohtainen Eiffel-torni hammastikkuista, sinun ei tarvitse selittää, että hammastikut ovat pienempiä kuin torni.
Mutta avaruudessa ei ole”vähemmän”, koska koko itsessään on tilakonsepti. Rakennuspalikat eivät voi edeltää tilaa, jos sen on selitettävä ne. Niillä ei tulisi olla kokoa eikä tilaa; niiden on oltava kaikkialla, kaikkialla maailmankaikkeudessa eikä missään samaan aikaan, jotta niitä ei voi nakata. Mitä aseman puute merkitsee asialle? Missä hän on? "Kun puhumme virtaavasta tila-ajasta, sen täytyy virtata jostakin kehyksestä, josta olemme hyvin kaukana", Arkani-Hamed sanoo.
Länsifilosofiassa avaruuden ulkopuolista valtakuntaa on perinteisesti pidetty fysiikan ulkopuolella olevana valtakuntana - Jumalan läsnäolon paikana kristillisessä teologiassa. 1800-luvun alkupuolella Gottfried Leibnizin "monadit" - joita hän edustaa maailmankaikkeuden alkeellisina elementteinä - olivat Jumalan tavoin tilan ja ajan ulkopuolella. Hänen teoriansa oli askel kohti nousevaa avaruusaikaa, mutta pysyi metafysiikan kentällä ollessaan tiiviisti yhteydessä konkreettisten asioiden maailmaan. Jos fyysikot onnistuvat selittämään syntyvän avaruuden, heidän on kehitettävä oma käsityksensä tilan puuttumisesta.
Einstein ennakoi nämä vaikeudet. "Ehkä … meidän pitäisi periaatteessa luopua avaruus-ajan jatkumosta", hän kirjoitti. - On täysin mahdollista kuvitella, että ihmisen kekseliäisyys löytää jonain päivänä menetelmiä, jotka tekevät tämän polun mahdolliseksi. Tällä hetkellä tällainen ohjelma näyttää kuitenkin yrityksestä hengittää tyhjään tilaan."
Tunnettu painovoiman teoreetikko John Wheeler ehdotti, että avaruusaika rakennettiin "pregeometriasta", mutta myönsi, että se oli vain "idea idean vuoksi". Jopa Arkani-Hamed jakaa epäilynsä:”Nämä ongelmat ovat erittäin monimutkaisia. Niistä on mahdotonta keskustella kielellä, johon olemme tottuneet”.
Mikä ajaa Arkani-Hamedin ja hänen kollegansa jatkamaan, on löytää sellaisia tapoja, joita Einstein kuvasi - tapoja kuvata fysiikkaa tilan puuttuessa, tyhjiössä hengittämistä. Hän selittää näitä yrityksiä historian kannalta:”Yli 2000 vuotta ihmiset ovat kysyneet tilan ja ajan syvällisyydestä, mutta ne olivat ennenaikaisia. Olemme vihdoin saapuneet aikakauteen, jossa voit kysyä näitä kysymyksiä ja toivoa saada merkityksellisiä vastauksia."
Perustuu Gizmodon materiaaleihin
Ilja Khel