Et av de merkeligste aspektene ved kvantemekanikk er forvikling, siden to sammenfiltrede partikler påvirker hverandre over store avstander, som ved første øyekast bryter med det grunnleggende fysiske prinsippet om lokalitet: det som skjer på et bestemt punkt i rommet kan bare påvirke punkter i nærheten. Men hva hvis lokalitet - og rommet i seg selv - ikke er så grunnleggende, tross alt? George Masser utforsker de mulige konsekvensene av dette i sin nye bok Spooky Action At a Distance. (Albert Einstein kalte kvanteforviklinger "uhyggelig handling på avstand").
Da filosofen Jennan Ismael var ti år gammel, kjøpte faren, en irakiskfødt professor ved University of Calgary, et stort trekabinett på auksjon. Etter å ha søkt gjennom det, snublet hun over et gammelt kalejdoskop og var strålende fornøyd. Hun eksperimenterte med det i timevis og fant ut hvordan det fungerte. "Jeg fortalte ikke søsteren min at jeg fant ham fordi jeg var redd for at hun ville ta den," husker hun.
Når du kikker deg inn i kalejdoskopet og snur røret, begynner de flerfargede figurene å blomstre, virvle og forene seg på en tilsynelatende fullstendig uforklarlig og uforutsigbar måte, som om de hadde en uhyggelig effekt på hverandre på avstand. Men jo mer du beundrer dem, jo mer legger du merke til mønstre i bevegelsen deres. Formene i motsatte ender av synsfeltet ditt endres unisont, og denne symmetrien lar deg forstå hva som virkelig skjer: Disse formene er ikke fysiske objekter, men bilder av gjenstander - glassskjær som roterer inne i et speilrør.
"Det er ett glassstykke som vises overflødig i forskjellige deler av rommet," sier Ismael. “Hvis du fokuserer på det samlede rom, vil den fysiske beskrivelsen av et tredimensjonalt kalejdoskop være en ganske grei årsakshistorie. Det er et glassstykke, det gjenspeiles i speilene, og så videre. " Sett i virkeligheten er kalejdoskopet ikke lenger et mysterium, selv om det fremdeles overrasker.
Ti år senere, forberedt Ismael på kaleidoskopet, og forberedte seg på en tale om kvantefysikk, og kjøpte et helt nytt skinnende kobberrør i en fløyelseske. Da det gikk opp for henne, ble han en metafor for fysisk fysisk ikke-lokalitet. Kanskje oppfører partikler i sammenfiltringseksperimenter eller galakser i fjerne galaktiske grenser merkelig, fordi de er anslag - sekundære kreasjoner, på en måte - som eksisterer i et helt annet område av objekter.
“Når det gjelder kalejdoskopet, vet vi hva vi må gjøre: vi må se hele systemet; vi må se hvordan bildet av rommet skapes, sier Ismael. - Hvordan bygge en analog av dette for kvanteeffekter? For å gjøre dette, må du se kosmos som vi kjenner - hverdagsrom, der vi måler hendelser som ligger i forskjellige deler av kosmos - som en uoppløselig struktur. Kanskje når vi ser på de to delene, ser vi den samme hendelsen. Vi samhandler med det samme elementet av virkeligheten i forskjellige deler av rommet."
Sammen med andre stiller hun spørsmålstegn ved antagelsen, fulgt av nesten hver fysiker og filosof siden Democritus, at rom er det dypeste nivået av fysisk virkelighet. Akkurat som manus for et skuespill beskriver skuespillernes handlinger på scenen, men går foran scenen, tar fysikkens lover tradisjonelt rom for gitt. Vi vet i dag at universet er mer enn bare ting i verdensrommet. Fenomenet nonlocality hopper over verdensrommet; det er ikke noe sted der det er begrenset. Det manifesterer seg på virkelighetsnivået dypere enn verdensrommet, der begrepet avstand ikke lenger betyr noe, hvor fjerne ting ser ut til å være i nærheten, som om det samme dukker opp på mer enn ett sted, som mange bilder av ett glassstykke i et kaleidoskop.
Når vi tenker på begreper på dette nivået, virker forbindelsene mellom subatomære partikler på en laboratoriebenk, inne i og utenfor et svart hull, og mellom motsatte deler av universet ikke lenger så skumle. Michael Heller, fysiker, filosof og teolog fra Pontifical Academy of Theology i Krakow, Polen, sier: “Hvis du er enig i at fysikk er ikke-lokalt på et grunnleggende nivå, er det ganske naturlig, siden to partikler som er langt fra hverandre bor på ett grunnleggende ikke-lokalt nivå. For dem spiller ikke tid og tid noen rolle. Det er først når du prøver å visualisere disse fenomenene fra et romperspektiv - som er tilgivelig siden vi er vant til å tenke slik - at de forvirrer vår forståelse.
Salgsfremmende video:
Ideen om et dypt nivå virker naturlig fordi fysikere tross alt alltid har strebet for det. Hver gang de ikke kunne forstå bestemte sider av vår verden, antok de at de ennå ikke hadde kommet til bunns i det hele. De zoomet inn og så byggesteinene. At flytende vann kan koke eller fryse er noe mystisk. Men disse transformasjonene gir mening hvis vi representerer den flytende, gassformige og faste tilstanden ikke som elementære stoffer, men som forskjellige former for ett grunnleggende stoff.
Aristoteles anså forskjellige vanntilstander for å være forskjellige inkarnasjoner av den såkalte primordiale saken, og atomistene - sagakiously - mente at atomer omorganiseres til mer stive eller frie strukturer. En masse kjøper disse byggesteinene av materiell egenskaper som hver for seg mangler. På samme måte kan plass bestå av deler som ikke er romlige i seg selv. Disse delene kan også demonteres og settes sammen igjen i ikke-patielle strukturer, for eksempel de som antyder sorte hull og Big Bang.
"Romtid kan ikke være grunnleggende," sier teoretiker Nima Arkani-Hamed. "Det burde være laget av noe enklere."
Denne tankegangen snur fysikken fullstendig. Nonlocality er ikke lenger et mysterium; det er virkelighet, og lokalitet blir det virkelige mysteriet. Når vi ikke lenger kan ta plass for gitt, må vi forklare hva det er og fra hva det oppstår, uavhengig eller i ferd med å forene seg med tiden.
Åpenbart er det ikke så enkelt å bygge plass som å smelte molekyler i en væske. Hva kan være byggesteinene? Vi pleier å si at byggesteinene skal være mindre enn tingene som utgjør dem. Hvis du monterer et detaljert Eiffeltårn fra tannpirkere, trenger du ikke å forklare at tannpirkere er mindre enn tårnet.
Men når det kommer til verdensrommet, er det ingen "mindre", fordi størrelsen i seg selv er et romlig konsept. Byggeklosser kan ikke gå foran plass hvis de må forklare dem. De skal verken ha størrelse eller plass; de må være overalt, i hele universet og ingen steder på samme tid, slik at de ikke lar seg pirre. Hva betyr mangelen på stilling for en ting? Hvor vil hun være? "Når vi snakker om den flytende romtiden, må den flyte ut fra noen rammer, som vi er veldig langt fra," sier Arkani-Hamed.
I vestlig filosofi har kongeriket utenfor rommet tradisjonelt blitt betraktet som riket utenfor fysikken - stedet for Guds nærvær i kristen teologi. På begynnelsen av 1700-tallet eksisterte Gottfried Leibniz "monader" - som han representerte som primitive elementer av universet - som Gud utenfor rom og tid. Teorien hans var et skritt mot den gryende romtid, men forble i metafysikkfeltet, idet han var løst forbundet med den konkrete tingenes verden. Hvis fysikere lykkes med å forklare gryende rom, vil de måtte utvikle sitt eget begrep om fravær av rom.
Einstein forutså disse vanskelighetene. "Kanskje … vi burde i prinsippet forlate rom-tid kontinuum," skrev han. - Det er fullt mulig å se for seg at menneskets oppfinnsomhet en dag vil finne metoder som vil gjøre denne veien mulig. For tiden ser imidlertid et slikt program ut som et forsøk på å puste inn tomt rom."
John Wheeler, en kjent teoretiker av tyngdekraften, antydet at romtid ble konstruert fra "pregeometri", men innrømmet at det bare var "ide for ideens skyld." Til og med Arkani-Hamed er i tvil: “Disse problemene er veldig kompliserte. Det er umulig å diskutere dem på språket vi er vant til”.
Det som driver Arkani-Hamed og hans kolleger til å fortsette er å finne den typen måter som Einstein beskrev - måter å beskrive fysikk i fravær av plass, puste inn et vakuum. Han forklarer disse forsøkene med tanke på historien:”I over 2000 år har folk stilt spørsmål om den tidens rom og tid, men de var for tidlige. Vi har endelig kommet til en tid der du kan stille disse spørsmålene og håpe å få noen meningsfulle svar."
Basert på materialer fra Gizmodo
Ilya Khel
