Квантовые миры и возникновение пространства-времени

Слово «дальнодействие», к которому обычно присовокупляют эйнштейновский эпитет «жуткое», часто всплывает в дискуссиях о квантовой запутанности и парадоксе ЭПР. Но сама идея дальнодействия гораздо старше – она восходит как минимум к Исааку Ньютону и его теории всемирного тяготения.

Если бы Ньютон просто собрал воедино базовую структуру классической механики и больше ничего в жизни не сделал, то он все равно оставался бы главным претендентом на звание величайшего физика всех времен. Но его притязания на физическую корону оказываются несомненными, поскольку он сделал гораздо больше, в том числе – ни много ни мало изобрел дифференциальное и интегральное исчисление. Но все-таки большинство людей, глядя на портрет Ньютона в его великолепном парике, думают о его теории всемирного тяготения, или гравитации.

Ньютоновский закон тяготения наиболее емко выражен в знаменитом законе обратных квадратов: сила тяготения между двумя телами пропорциональна массе каждого из них и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Таким образом, если бы мы отодвинули Луну от Земли вдвое дальше, чем она расположена сейчас, то сила притяжения между Землей и Луной уменьшилась бы в четыре раза. Воспользовавшись этим простым правилом, Ньютон показал, что для планет естественно двигаться вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, подтвердив таким образом эмпирическое наблюдение, которое сделал Кеплер многими годами ранее.

Но самого Ньютона его собственная теория так и не удовлетворила именно потому, что в ней присутствовало дальнодействие. Сила взаимодействия двух объектов зависит от того, где расположен каждый из них, и когда объект сдвигается в некотором направлении, создаваемое им гравитационное притяжение мгновенно меняется во всех точках Вселенной. Между двумя объектами нет ничего, что опосредовало бы такое изменение, оно просто происходит. Это беспокоило Ньютона не потому, что было нелогичным или не согласовывалось с наблюдениями, а просто потому, что казалось неправильным. Можно сказать, жутким.

Непостижимо, чтобы неодушевленная грубая материя могла без посредства чего-либо нематериального действовать и влиять на другую материю без взаимного соприкосновения… Тяготение должно вызываться агентом, постоянно действующим по определенным законам. Является ли, однако, этот агент материальным или нематериальным, решать это я предоставил моим читателям.

Действительно, есть «агент», благодаря которому тяготение действует именно так, а не иначе, и этот агент совершенно материален. Это гравитационное поле. Данная концепция была впервые предложена Пьером-Симоном Лапласом, который смог переформулировать теорию Ньютона таким образом, что сила тяготения стала передаваться через потенциальное гравитационное поле, а не простираться на бесконечные расстояния таинственным образом. Тем не менее изменение силы по-прежнему происходило мгновенно и сразу во всем пространстве. Так все и оставалось, пока Эйнштейн не предложил свою общую теорию относительности, согласно которой изменения гравитационного поля, как и электромагнитного, распространяются в пространстве со скоростью света. Общая теория относительности заменила лапласовский «потенциал» полевой «метрикой», которая на языке нетривиальной математики характеризует кривизну пространства-времени. Однако общая идея гравитационного поля, пронизывающего все пространство, осталась без изменений.

Идея поля, служащего переносчиком взаимодействия, концептуально привлекательна, так как воплощает идею локальности. При движении Земли направление ее гравитационного воздействия не меняется во всей Вселенной одновременно. На самом деле оно меняется именно там, где расположена Земля, а потом поле в этой точке подтягивает поле ближайших окрестностей, которое уже воздействует на гравитационное поле в более отдаленных областях пространства, и далее эта волна распространяется со скоростью света.