Квантовые миры и возникновение пространства-времени

Утверждают, что успех метода Гейзенберга может быть приведен к чисто алгебраическому методу описанию природы, то есть исключению из физики непрерывных функций. Но тогда нужно будет в принципе отказаться от пространственно-временного континуума. Можно думать, что человеческая изобретательность в конце концов найдет методы, которые позволят следовать этому пути. Но в настоящее время такая программа смахивает на попытку дышать в безвоздушном пространстве.

Здесь Эйнштейн рассуждает о гейзенберговском подходе к квантовой механике, который, как вы помните, описывает ее в терминах явных квантовых скачков, не пытаясь дополнить эту картину деталями происходящих при этом микроскопических процессов. Эти опасения сохраняются и в том случае, если перейти на более шрёдингеровские представления о волновых функциях. Предположительно нам нужно знать волновую функцию, которая присваивает амплитуды вероятности различным возможным геометриям пространства-времени. Но если мы, к примеру, представим две ветки такой волновой функции, описывающие различные геометрии пространства-времени, то не будет уникального способа указать, что два события в двух ветках соответствуют «одной и той же» точке в пространстве-времени. Иными словами, не будет уникальной проекции между двумя этими геометриями.

Рассмотрим двумерную сферу и тор. Допустим, ваш друг выбирает точку на сфере, а ваша задача – выбрать «ту же самую» точку на торе. Вас это озадачит, и неспроста: эта задача неосуществима.

Очевидно, пространство-время не может играть в квантовой гравитации той же центральной роли, которую играет в остальных физических дисциплинах. Не существует единого пространства-времени, есть суперпозиция множества разных геометрий пространства-времени. Нельзя спросить, какова вероятность обнаружить электрон в конкретной точке пространства, поскольку нет объективного способа указать, о какой точке мы говорим.

Таким образом, квантовой гравитации присущ набор фундаментальных проблем, отличающих ее от других квантовомеханических теорий. Эти проблемы могут вывести нас на важные следствия, касающиеся природы нашей Вселенной, в том числе касающиеся вопроса о том, с чего она началась и было ли у нее вообще начало. Можно даже задать вопрос о том, фундаментальны ли время и пространство сами по себе или они проявляются на фоне чего-то более глубокого.

⚪ ⚪ ⚪

Как и основы квантовой механики, дисциплина квантовой гравитации условно игнорировалась на протяжении десятилетий, пока физики занимались другими вопросами. Условно, но не совсем: Хью Эверетт предложил многомировую интерпретацию отчасти потому, что размышлял о квантовой теории всей Вселенной, где важная роль отводится гравитации. Его наставнику Джону Уилеру квантовая гравитация не давала покоя годами. Но даже если не учитывать концептуальных проблем, существовали и другие препятствия, не позволявшие добиться серьезного прогресса в квантовании гравитации.

Серьезная помеха связана со сложностью получения прямых экспериментальных данных. Гравитация – это очень слабое взаимодействие, сила электрического отталкивания между электронами примерно в 10⁴³ раз превышает их гравитационное притяжение. В любом реалистичном эксперименте с участием всего нескольких частиц, где мы могли бы ожидать проявления квантовых эффектов, гравитация совершенно ничтожна по сравнению с другими взаимодействиями. Можно представить, что мы в состоянии соорудить настолько мощный ускоритель частиц, в котором их столкновения происходили бы при планковских энергиях, – вот в такой ситуации квантовая гравитация уже стала бы важна. Но, к сожалению, если масштабировать технологии, используемые в современных установках, то диаметр такого ускорителя составит не один световой год. В настоящее время такой проект технологически неосуществим.