Нелокальность. Феномен, меняющий представление о пространстве и времени, и его значение для чёрных дыр, Большого взрыва и теорий всего

Это было нечто радикальное, а радикализм был популярен в Беркли 1960-х гг. Отчасти целью Чу было избавление от пространства и времени, в которых он видел причину неработоспособности квантовой теории поля. «Чтобы заметно продвинуться вперед, нам нужно остановиться и осмыслить такой ненаблюдаемый континуум», — говорил он своим коллегам на лекции в 1963 г. Чу предположил, что вместо последовательного описания частиц или волн, распространяющихся в пространстве, законы физики должны описывать набор принципов, на основе которых сущности или процессы связаны друг с другом. Внутренность ящика — это не часовой механизм с движущимися частями, а пазл, складывающийся определенным образом. Части не только не движутся, они на самом деле не являются «частями». В атомном ядре нет ничего более фундаментального, чем все остальное, — все имеет свое место в структуре. S-матрица описывает эту структуру математически, и физики могут подходить к ней как к судоку: заполнять решетку чисел на основе простых правил. Пространство и время, воспринимаемые нами в макроскопических масштабах, рождаются из субатомного порядка.

Так или иначе, идея зашла в тупик. Она предсказывала, что базовые принципы должны полностью определять S-матрицу. Чу писал: «Природа такова, как есть, поскольку это единственно возможная природа, которая не противоречит сама себе». Однако по существу уникальной S-матрицы для частиц, которые изучал Чу, не существовало. Общие правила не говорили, куда ставить все числа, подобно плохо составленной судоку, в которой недостает информации, чтобы заполнить ее. К началу 1970-х гг. квантовая теория поля смогла объяснить ядерные силы старомодным пространственно-временным образом, и большинство физиков отказались от S-матрицы во второй раз.

•

Пока S-матрица то набирала популярность, то теряла ее, оксфордский математик Роджер Пенроуз работал над собственным видением эмерджентности пространства-времени. Первоначально он пытался представить пространство как сеть, о которой я говорил в предыдущей главе, но, увидев возможность объяснить лишь некоторые его аспекты, расширил в 1960-х гг. концепцию до «теории твисторов». Глядя на проявления нелокальности, Пенроуз рассудил, что нелокальные структуры должны быть более фундаментальными, чем локальные. Поэтому он положил в основу своей теории не частицы или другие локализованные строительные блоки, а лучи света. Пенроуза интересовал не сам по себе свет как источник освещения, а причинные связи, представляемые лучами света. Лучи света распространяются бесконечно далеко в пространстве, поэтому они настолько нелокальны, что дальше некуда. Из них можно выстроить все традиционные структуры физики. Пересечение лучей дает вам точку. Завихрение лучей (давшее начало слову «твистор») воспроизводит вращающуюся частицу. «Локальные структуры в пространстве-времени имеют нелокальную природу», — говорит Лайонель Мейсон, один из бывших студентов Пенроуза, а теперь его коллега в Оксфорде.

Каким бы странным ни казалось превращение светового луча в базовую единицу, это очень близко к тому, как мы воспринимаем мир. Мы никогда не наблюдаем пространственно-временные точки и расстояния как таковые — все, что мы видим, так это лучи света. Эндрю Ходжес, коллега Пенроуза, говорит: «Твисторная картина намного ближе к тому, как мы думаем… Идеи наблюдения за тем, что видно, очень фундаментальны. Мы не можем непосредственно воспринимать пространственно-временные события». Когда в следующий раз будете смотреть на ночное небо, представьте, что лучи света связывают вас со звездами. В каком-то смысле вы ближе к звездам, чем к тому, кто сидит на некотором расстоянии, поскольку свет, идущий от звезд, уже достигает вас, а связь с соседом происходит с небольшой задержкой. Как говорит Рафаэль Соркин, выдвигающий аналогичные идеи, «звезда ближе к вам, чем вчерашний день».

Увы, интерес к этому подходу, как и ко многим другим, постепенно угасает. Основную трудность Пенроуз называет проблемой «гугли», заимствовав словечко из крикета, а поклонник телесериала «Баффи — истребительница вампиров» вполне может назвать ее проблемой вампиров: частицы в этой теории не отражаются в зеркале. «Он очень упорен, но идея почему-то не работает», — говорит Мейсон. На взгляд большинства физиков, Пенроуз напрасно тратит время. «Твисторная теория — это гадкий утенок теоретической физики», — замечает Нима Аркани-Хамед. Делу Пенроуза не идет на пользу и его крайне скептическое отношение к конкурирующим подходам, особенно к теории струн, у которой собственный цикл взлетов и падений. Какой бы обоснованной ни была его критика, она не вызывает теплых чувств у коллег.