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

Это откровение подкрепляет предыдущий вывод о том, что вещи никогда не бывают реально локализованными. Наложение границы на пространство сделало эту неопределенность очевидной. У вас могут быть две одинаковые вещи, одна в основной части пространства, а другая на границе, а результаты измерений будут говорить, что это одна вещь, проявляющаяся в двух местах, словно вы видите спинной плавник и фонтан над поверхностью моря и понимаете, что это атрибуты одного кита. Граница отражает основную часть пространства, даже если у нее меньше пространственных измерений. Если же число измерений настолько непринципиально — если пространственные измерения способны появляться и исчезать без последствий, — значит, пространство не может быть таким фундаментальным элементом, как люди привыкли считать.

Эти необычные свойства становятся еще более удивительными, стоит посмотреть на их банальное происхождение. Физики просто видят, что птицы спокойно сидят на проводах, распространяют это наблюдение на гравитацию и следуют логике. Калибровочная инвариантность, связанная как с электромагнетизмом, так и с гравитацией, указывает на избыточность нашего описания природы: многочисленные значения электрического потенциала одинаково описывают одну и ту же ситуацию; многочисленные значения гравитационного поля соответствуют одному и тому же относительному размещению объектов. Теперь мы обнаруживаем, что одна размерность пространства (внутреннее измерение) может стать избыточной. Когда у пространства есть граница, вся Вселенная может быть сосредоточена на этой границе, словно остальной ее объем излишен. Пространство разваливается у нас на глазах.

Квантовая гравитация

Подведем итог. Физики создали и квантовую теорию поля, и общую теорию относительности с тем, чтобы объяснить силы природы как процессы, протекающие в пространстве, однако силы оказались слишком пагубными для такого представления. Доказательство можно представить в виде того, что логики называют доведением до абсурда: сделайте допущение, выясните последствия, покажите, что они неправильны, и сделайте вывод об ошибочности исходного допущения. Когда физики пытаются представлять силы пространственно — т.е. когда допускают, что Вселенная удовлетворяет эйнштейновскому принципу отделимости и отдельные места в пространстве существуют автономно, — они приписывают миру структуру, которую тот на самом деле не имеет. Частицы, пиксели, абсолютный потенциал, объективное положение — все то, что подразумевается отделимостью, на самом деле не существует. Несоответствие теории и реальности предполагает, что допущение отделимости некорректно и что физикам нужно представление, выходящее за пределы пространства.

Эти признаки нелокальности незаметны в большинстве имеющих практическую значимость ситуаций, однако их нельзя игнорировать, когда дело доходит до создания единой теории — квантовой теории гравитации. Еще в начале XX в. физики поняли, что такая теория почти неизбежно должна привести к уничтожению пространства. Грубо говоря, смешивая теорию атомов (квантовую механику) с теорией пространства (общей теорией относительности), вы ожидаете получить атомную теорию пространства. «Атом» в этом контексте означает наименьший возможный кусочек пространства, который теоретики изначально представляли в виде клетки на шахматной доске. Эти пространственные клетки в большей мере соответствуют первоначальному смыслу слова «атом», чем обычные атомы материи. Они в подлинном смысле неделимы. Не существует ничего более мелкого, чем такой атом, и внутри него нельзя определить положение, подобно тому как не имеет значения, где в точности на шахматной доске находится фигура — она может занимать клетку 9 или клетку 10, но не может быть на клетке 9³/₄. Пространственные атомы являются логическим пределом программы уменьшения, которая направляет физику со времен Древней Греции.

Первая идея о таких атомах не имела ничего общего с гравитацией как таковой и возникла из тысячелетнего противоречия между дискретным и непрерывным. Как давным-давно понял Зенон, в непрерывном очень много — очень много — места. Если попытаться заполнить его точечными частицами, отсчитывая их по одной, можно заниматься этим вечно, добавить бесконечное число частиц, а континуум все равно будет пустым. Такая структура кажется чрезмерной. Она допускает больше возможных размещений материи, чем может быть реализовано. «Континуум более богат, чем вещи, которые можно описать», — заметил Эйнштейн в письме другу в 1916 г. Это несоответствие, имевшее плохие последствия для классической теории поля, как я уже говорил в главе 2, было одной из причин, по которым физики обратились к квантовой механике. По иронии судьбы квантовая теория поля ухудшила ситуацию еще сильнее. Эта теория предполагала, что поля колеблются спонтанно во всех масштабах, заполняют континуум бесконечным множеством волн и порождают силы, которые совершенно не поддаются контролю.