Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле

Квантовая механика – это лишь физическая теория: возможно, завтра она будет скорректирована в результате понимания того, что мир устроен иначе, еще сложнее. Некоторые ученые сегодня пытаются немного пригладить ее, сделав более соответствующей нашей интуиции. На мой взгляд, ее поразительный эмпирический успех вынуждает нас принимать ее серьезно и ставить вопрос не о том, что можно изменить в этой теории, а о том, что ограничивает нашу интуицию и делает теорию странной для нас.

Думаю, что непонятность теории – это вина не квантовой механики, а скорее результат ограниченности нашего воображения. Когда мы пытаемся «увидеть» квантовый мир, мы подобны кротам, привыкшим жить под землей, которым кто-то пытается описать Гималаи. Или пленникам, заключенным в глубине платоновой пещеры.

Когда умер Эйнштейн, его величайший соперник Бор нашел слова, чтобы выразить свое восхищение им. Когда через несколько лет скончался сам Бор, кто-то сфотографировал его рабочую доску. На ней был рисунок. Он представлял «ящик со светом» из эйнштейновского мысленного эксперимента. До самого конца желать дискуссии, чтобы больше понять. До самого конца сомневаться.

Это постоянное сомнение – глубочайший источник науки.

Часть III Квантовое пространство и реляционное время

Если вы дочитали до этого места, то у вас есть все элементы, необходимые для понимания достоинств, недостатков и ограничений современной картины мира, предлагаемой фундаментальной физикой.

Существует искривленное пространство-время, возникшее 14 миллиардов лет назад (никто не знает как) и продолжающее расширяться. Это пространство – реальный объект, физическое поле, динамика которого описывается уравнениями Эйнштейна. Пространство изгибается и искривляется под действием массы вещества и рвется, образуя черные дыры, когда концентрация материи слишком высока. Материя разделена на сотни миллиардов галактик, каждая из которых содержит сотни миллиардов звезд, и состоит из квантовых полей, которые проявляются в форме частиц, таких как электроны и фотоны, или волн, подобных электромагнитным волнам, которые несут нам телевизионные изображения, солнечный и звездный свет.

Квантовые поля образуют атомы, свет и всё остальное содержимое Вселенной. Это странные объекты: их кванты являются частицами, когда взаимодействуют с чем-либо другим; но предоставленные самим себе, они распухают в виде «облаков вероятности». Мир – это рой элементарных событий, погруженных в огромное море динамического пространства, которое волнуется, подобно воде в океане.

Эта картина мира с несколькими уравнениями, которые ее конкретизируют, позволяет описать почти все, что мы видим.

Почти. Кое-что все же упускается. И как раз это мы ищем. В оставшихся главах книги мы обсудим эту недостающую часть.

Перевернув эту страницу, вы перейдете от того, что, к добру или нет, мы надежно знаем о нашем мире, к тому, чего мы еще не знаем, но пытаемся уловить.

Переворачивая страницу, мы словно покидаем безопасное пространство почти полной уверенности нашего маленького космического корабля и вступаем в неизвестное.

5 Пространство-время квантовое

В самой глубине нашего понимания физического мира скрывается парадокс. Общая теория относительности и квантовая механика, эти два сокровища, которые оставил нам XX век, оказались щедрым подарком, способствующим пониманию мира и созданию современных технологий. Первое способствовало развитию космологии, а также астрофизики, изучению гравитационных волн и черных дыр. Второе обеспечило нас основами атомной и ядерной физики, физики элементарных частиц и конденсированного состояния, а также развитием многих других направлений.

И все же между этими двумя теориями есть серьезная коллизия. Они не могут быть верны вместе, по крайней мере не в их современной форме, поскольку они выглядят противоречащими друг другу. Гравитационное поле описывается без учета квантовой механики, без учета того факта, что поля являются квантовыми, а квантовая механика формулируется без учета того факта, что пространство-время искривляется и описывается уравнением Эйнштейна.

Для студента, слушающего по утрам курс общей теории относительности, а после обеда – лекции по квантовой механике, было бы простительно прийти к выводу, что читающие их профессора – дураки или что они не общались друг с другом как минимум столетие. По утрам мир представляет собой искривленное пространство-время, где всё непрерывно, а после обеда мир становится плоским и в нем взаимодействуют дискретные кванты энергетических скачков.

Парадокс состоит в том, что обе эти теории работают просто замечательно.

Во всех экспериментах и проверках природа продолжает говорить «да, вы правы» как общей теории относительности, так и квантовой механике, несмотря на очевидно противоположные допущения, на которых строятся эти две теории. Очевидно, что-то от нас ускользает.