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

В результате, когда Гиддингс в 2001 г. вновь вернулся к теме нелокальности в черных дырах, к нему отнеслись совершенно не так, как раньше. Нелокальность больше не казалась чем-то бредовым. Более того, она теперь воспринималась теоретиками как нечто совершенно естественное. Если уж в квантовой теории поля и в теории гравитации присутствовала нелокальность, то существование определенного нелокального механизма в черных дырах выглядело вполне правдоподобно. Получив поддержку в сфере профессиональных интересов, Гиддингс два года спустя решился на восхождение на вершину Денали. В течение 10 дней он с напарником пережидал непогоду в базовом лагере. Когда небо наконец прояснилось, Гиддингс с еще одной группой альпинистов успешно достиг вершины. «Самой потрясающей частью этого предприятия был спуск на лыжах по леднику Кахилтна следующим вечером в характерных для Аляски сумерках, когда соседние пики Аляскинского хребта отбрасывали на лед тени, чередующиеся с пятнами света, — говорит он. — Я никогда не забуду красоту того момента».

Квантовая теория поля

Как я говорил в главе 3, Эйнштейн и другие разрабатывали квантовую механику с тем, чтобы разрешить парадоксы, связанные с классической концепцией света. Каково же было разочарование, когда оказалось, что первое математическое описание теории не может объяснить природу света. Уравнения прекрасно описывали материальные частицы, движущиеся с умеренными скоростями, но не налагали никаких ограничений на скорость, как того требовала теория относительности. В результате они не могли справиться с объектами, движущимися с околосветовой или световой скоростью. Невозможность рассмотрения света, движущего со скоростью света, была серьезным недостатком.

Квантовая теория поля была совместной с теорией относительности, а значит, и со светом и представляла собой развитие квантовой механики. При ее разработке физики в 1920–1930-х гг. применяли два подхода в зависимости от того, чем они считали свет — частицей или волной. Одни, например Поль Дирак в Англии, а позднее Ричард Фейнман в США, придерживались версии частиц и рисовали атомистскую картину, где крошечные бильярдные шары соударялись и отскакивали при столкновениях. Такую картину нужно было лишь немного усложнить, добавив в нее возможность возникновения и аннигиляции шаров на лету. Атомы испускали свет, создавая фотон, и поглощали его, разрушая фотон. Классические электромагнитные волны формировались из огромной массы фотонов. Еще один электромагнитный феномен, такой как статическое электричество и магнитные силы, тоже можно было представить как фотонный бильярд. Хотя эта теория изначально распространялась только на фотоны и электроны, позднее в нее включили нейтрино, кварки, бозоны Хиггса и прочих представителей субатомного зоопарка.

Другие теоретики, такие как физик австрийского происхождения Вольфганг Паули, отдавали предпочтение волнам. Для них мир был чем-то вроде водоема во время ливня, покрытого кругами, которые появлялись, распространялись и сливались. «Водоем» — это невидимое для нас электромагнитное поле, которое заполняет пространство вокруг. Волны всех видов бороздят его вдоль и поперек: длинные, короткие, высокие, низкие. Теоретики применяют квантовую механику к каждому типу волн и суммируют эту удивительную неразбериху. В соответствии с такой точкой зрения то, что мы воспринимаем как «частицы», — это не крупинки материи, а единицы волновой энергии.

Как ни удивительно, подходы, основанные на частицах и волнах, приводят к получению одних и тех же уравнений. Нет никакой необходимости разграничивать их. Свет, да и не только его, а любую форму энергии и материи, можно считать имеющим корпускулярную или волновую природу, а предмет можно называть как физикой частиц, так и квантовой теорией поля. (Даже сейчас физики используют эти названия как синонимы.)

Достижением в значительной мере было взаимоувязывание этого с теорией относительности. Создатели квантовой теории поля включили в нее не всю теорию относительности — они оставили данное Эйнштейном объяснение гравитации на потом и сосредоточились на том, чтобы частицы или волны не превышали скорость света. Это оказалось неожиданно сложным делом. Как подчеркивал Паули, движущаяся частица или волна может прекратить существование в любой момент и передать свою энергию новым частицам или волнам, сводя на нет ваши попытки отследить ее и тем более узнать, нарушает ли она установленное ограничение скорости. Вместо введения ограничения как такового Паули сконцентрировался на последствиях превышения скорости, подобно полицейскому, который выписывает вам штраф не на основании показаний своего радара, а на основании того факта, что вы добрались до дома быстрее, чем предполагалось.