20 чэрвеня 2019, Чацвер, 3:12
Мы ў адной лодцы
Рубрыкі

Фізік прапанаваў неймаверную тэорыю аб структуры прасторы і часу

28

Атрымліваецца, што ўсё жыццё ў Сусвеце – гульня?

Фізік-тэарэтык з ЗША Браян Свінгл прапанаваў тэорыю, згодна з якой драбнюткія часціцы матэрыі ствараюць усю прастору ў Сусвеце. Гэтая здагадка можа дапоўніць адзін з ключавых прарываў у сучаснай фізіцы, які адбыўся блізу 100 гадоў таму, паведамляе nv.ua.

Тады 35-гадовы клерк Альберт Эйнштэйн выказаў сваю агульную тэорыю адноснасці. Гэтая тэорыя апісала гравітацыю так, як мы ўспрымаем яе цяпер, і адкрыла ўсе невядомыя ў класічнай тэорыі прыцягненні Ньютана, якой навукоўцы кіраваліся цягам некалькіх стагоддзяў.

Сцісла, Эйнштэйн выказаў здагадку, што прастора і час звязаныя паміж сабой і ўтвараюць адзіны прасторава-часавы кантынуум, які з'яўляецца асновай для ўзнікнення сіл прыцягнення ўсіх аб'ектаў. У адрозненне ад тэорыі Ньютана, гэты кантынуум (або прастора-час) - гнуткі, можа змяняць сваю форму ў залежнасці ад масы аб'ектаў і ўласцівасцяў энэргіі, якія ў ім знаходзяцца.

Фото: T. Pyle/Caltech/MIT/LIGO Lab

Здагадкі Эйнштэйна пацвердзілі на практыцы толькі некалькі гадоў таму, калі заўважылі, як святло - і, адпаведна, прастора-час, - перакрыўляецца, праходзячы каля масіўнага аб'екта - сонца. Аднак, агульная тэорыя адноснасці Эйнштэйна даўно стала асновай для сучаснай фізікі, і пакуль ніхто не змог прапанаваць больш абгрунтаванае тлумачэнне гравітацыі целаў і палёў у прасторы.

Нягледзячы на гэта, сама прастора-час дагэтуль застаецца малавывучанай, і навукоўцы не ведаюць, як яна фармуецца і з чаго складаецца. Адказы на гэтыя пытанні толькі шукаюць у квантавай механіцы - тэарэтычным раздзеле фізікі, які апісвае прыроду фізічных з'яў на ўзроўні малекул, атамаў, электронаў, фатонаў і іншых драбнюткіх часціц матэрыі.

Як выявілася, аб'екты на макра- і мікраўзроўні паводзяць сябе па-рознаму, і матэматычныя разлікі агульнай тэорыі адноснасці не працуюць у квантавым свеце. Аб'яднаць ужо прынятыя навукай ідэі Эйнштэйна з пакуль невытлумачальнымі паводзінамі драбнюткіх часціц паспрабаваў амерыканскі фізік-тэарэтык з Універсітэта Мэрыленд Браян Свінгл.

Выданне Knowable Magazine піша, што ў 2018-м Свінгл апублікаваў 9 частку свайго даследавання, якое тлумачыць прыроду ўзнікнення прасторы-часу. Фізік прыйшоў да высновы, што самі кванты могуць фармаваць прастору-час, дзякуючы адной з самых загадкавых з'яў у квантавай механіцы - квантавай заблытанасці.

Квантавая заблытанасць

Фото: Mark Garlick/Science Photo Library/Alamy Stock Photo

Квантавая заблытанасць азначае ўзаемазалежнасць квантавых станаў двух аб'ектаў. Іншымі словамі, калі мы вымяраем і даведаемся, што стан першага кванта мае станоўчае значэнне, то стан другога кванта гэтага ж рэчыва будзе мець адмоўнае значэнне, і наадварот.

Феномен квантавай заблытанасці палягае ў тым, што да вымярэння аднаго з квантаў мы не ведаем, у якім стане яны знаходзяцца. Але, калі мы даведаемся стан першага кванта - другі нібыта падладжваецца і атрымлівае супрацьлеглае значэнне. Нават калі гэтыя кванты разнесеныя ў прасторы-часе на розныя куткі Сусвету.

Квантавая заблытанасць з'яўляецца асновай для так званай шматсусветнай інтэрпрэтацыі або тэорыі існавання паралельных сусветаў, і, акрамя гэтага, супярэчыць выведзеным Эйнштэйнам законам. Зрэшты, узаемазалежнасць квантавых станаў азначае, што яны могуць узаемадзейнічаць адзін з адным на хуткасцях, значна вышэйшых за хуткасці святла, што, згодна з Эйнштэйнам, у прынцыпе немагчыма ва ўмовах нашага Сусвету.

Уласнае адкрыццё

Згаданы вышэй Браян Свінгл паспрабаваў супаставіць законы геаметрыі прасторы-часу Эйнштэйна з сучаснымі матэматычнымі разлікамі квантавай механікі з дапамогай альтэрнатыўных прастор. Адной з такіх з'яўляецца антыдэсітэраўская прастора - максімальна сіметрычная прастора, у якой адсутнічае крывізна.

Фото: U. Moschella

У адрозненне ад эйнштэйнаўскай мадэлі сталага пашырэння Сусвету і павелічэння прасторы паміж аб'ектамі, антыдэсітэраўская прастора сціскаецца і даслоўна абрушваецца на сябе.

Свінгл прыйшоў да высновы, што ў антыдэсітэраўскай прасторы матэматычнае апісанне прасторы-часу адпавядае матэматычнаму апісанню квантавай механікі. Прасцей кажучы, згодна з ягонай здагадкай, чатырохмерная структура прасторы-часу (даўжыня, шырыня, глыбіня і час) можа быць закадаваная ў трохмернай квантавай фізіцы (з тымі ж вымярэннямі, толькі без часу).

У некалькі перабольшаным сэнсе, тэорыя Браяна Свінгла абвяшчае, што квантавыя пары і іх заблытанасці даслоўна фармуюць прастору-час ва ўсім Сусвеце, і ўсё, што нас акружае з'яўляецца свайго кшталту галаграмай квантавага свету, у якой прысутнічае час.

Калі гэта ў рэчаіснасці так - вядомыя нам квантавыя заблытанасці павінны знаходзіцца па-за прасторай-часам, а ствараць іх.

«Відавочна, геаметрыя з правільнымі ўласцівасцямі, пабудаванымі з квантавымі заблытанасцямі, павінна падпарадкоўвацца гравітацыйным раўнанням руху. Гэты вынік таксама апраўдвае сцвярджэнне, што прастора-час узнікае праз гэтую заблытанасць», - піша Свінгл.

Сімуляцыя рэальнасці

Тэорыя фармавання квантамі прасторы-часу пераплятаецца з ідэямі аб сімуляцыі нашай рэальнасці, дзе квантамі могуць кіраваць патэнцыйна больш разумныя цывілізацыі.

Адным з самых вядомых адэптаў сімуляцыі нашага свету з'яўляецца заснавальнік кампаній SpaceX і Tesla Ілан Маск. У 2016-м Маск сказаў, што існуе ўсяго адзін з мільярда шанцаў, што мы жывем у базавай рэальнасці.

У якасці прыкладу мільярдэр прывёў відэагульні, якія з «двух прастакутнікаў і кропкі» развіліся ў «рэалістычную 3D-сімуляцыю, дзе мільёны людзей знаходзяцца адначасова». Як з часам відэагульні стануць неадрознымі ад рэальнасці, так і, на думку Маска, наша рэальнасць з'яўляецца кампутарнай сімуляцыяй, створанай вышэйшымі сіламі.

Такія ідэі выказвае і 46-гадовы швэдскі філосаф, прафесар Оксфардскага ўніверсітэта Нік Бострам, які вывучае ўплыў штучнага інтэлекту на чалавека, іх узаемадзеянне, а таксама развіццё віртуальнай рэальнасці і звязаных з гэтым глабальных катастроф.

«Было б неразумна спрабаваць вырвацца з гіпатэтычнай сімуляцыі. Шанцы на поспех нікчэмныя. Калі гэта не спрацуе - гэта пустая трата грошай, а калі спрацуе - гэта можа быць бедствам», - заявіў Бострам у нядаўнім інтэрв'ю выданню Vulture.