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

Армейская структура предопределяется военной дисциплиной, однако во всех остальных случаях порядок формируется самопроизвольно изнутри. Классический пример — рыночная экономика. Мы привычно говорим «экономика», словно это самостоятельная сущность, а не миллионы людей, принимающих спонтанные решения в отношении своих денег. В определенном смысле это так, поскольку коллективные договоренности находятся за пределами власти людей, которые принимают их. В изоляции отдельная личность не может установить цену на товар, поскольку нет того, кто его покупает или продает. Цены становятся важными, когда люди собираются вместе и торгуют. В зависимости от умения торговаться цена варьирует от человека к человеку и от места к месту. Какой-нибудь ловкий предприниматель пользуется этими колебаниями и покупает дешево, а продает дорого. Этим он помогает выровнять предложение и, следовательно, гармонизировать цены.

Такой вид самоорганизации постоянно наблюдается в физике. Так, у отдельной молекулы воды нет температуры. Температура приобретает смысл, когда молекулы сталкиваются и обмениваются энергией. Если смешать холодную и горячую воду, то холодная вода будет нагреваться, а горячая остывать до тех пор, пока температуры не сравняются. До наступления равновесия вода характеризуется двумя температурами, а после — одной. Из сложности возникает простота. Сложность, впрочем, не исчезает, а остается скрытой. Это можно заметить при изменении температуры или при фазовых переходах, например при кипении воды в чайнике. Физики обычно используют эти отклонения от стандартного поведения как окно для изучения микроскопического состава материалов.

То же самое может происходить и с пространством. Базовые строительные блоки природы могут обладать способностью к запутанным взаимосвязям вроде тех, что заполняют газету со светскими сплетнями. В результате действия некоторых механизмов организации или простого усреднения эти взаимосвязи становятся упорядоченными, так что их можно разбить на пространственную решетку, и действуют строго определенным образом. Умопомрачительно сложная сеть взаимодействий сокращается до нескольких чисел, которые мы называем «положением» и «временем». При этом базисная сложность никуда не уходит. В черных дырах, например, система может терять упорядоченность, а события — лишаться положения и времени. Даже когда система пространственна, в ней остается масса скрытой сложности. Вселенная, которую мы видим как разворачивающуюся в пространстве, может быть всего лишь поверхностью, где мы плаваем вроде маленьких лодочек, в то время как чудовища ворочаются в глубинах.

Сетевое пространство

Представление о пространстве как о сети восходит к 1960-м гг. и мозговым штурмам, устраиваемым такими теоретиками-новаторами (и иконоборцами), как Джон Уилер, Дэвид Бом, Роджер Пенроуз и Дэвид Финкельштейн. Уилер, например, предложил образ корзины с «пылью» или «колечками» — существующими не в пространстве, а просто существующими примитивными крупинками материи, — которые взаимно связываются и образуют пространство. Физики уже не одно десятилетие пытаются заставить эту идею работать. Сегодня одним из самых активных энтузиастов в этом деле является Фотини Маркопоулоу, которая представляет процесс взаимосвязывания в виде графа, похожего на те, что отражают связи в Facebook. Она вместе с коллегами называет такой подход «квантовым граффити» с претензией на остроумие, впрочем, любые попытки добавить толику юмора в жаргон, используемый физиками, не вредят делу.

Квантовое граффити не определяет, что именно представляют собой уилеровы крупинки, — это дело полномасштабной квантовой теории гравитации, такой как теория петлевой квантовой гравитации или теория струн. Квантовое граффити — это теория в миниатюре, которая узко сфокусирована на том, что можно построить из этих крупинок. Философия Маркопоулоу и ее коллег исходит из того, что детальная картина не имеет значения, поскольку принципы организации должны быть универсальными. В конце концов, физики ведь обнаружили, что одни и те же правила определяют поведение огромной массы разнообразных сложных систем, от землетрясений и экосистем до экономики. Отрицательным моментом является то, что предельный минимализм квантового граффити создает проблему связи с общепринятой физикой. «Фотини пытается прыгнуть напрямую, однако это очень амбициозно и опасно из-за отсутствия связей с существующими теориями», — говорит Клаус Кифер из Кёльнского университета.

Связи между элементарными крупинками просты настолько, насколько возможно. Две крупинки либо соединены друг с другом, либо нет, как пользователи Facebook, которые могут иметь друзей или не иметь, — просто связь типа «включено-выключено». Полученная в результате сеть похожа на нитяную графику, когда вы забиваете гвозди (представляющие крупинки) в доску и соединяете нитками (связи) некоторые из них. Несмотря на простоту конструкции, такая сеть может иметь огромное разнообразие форм, от скелетных контуров до сложнейших мандал.