Джордж Массер - Нелокальность - Феномен, меняющий представление о пространстве и времени, и его значение для черных дыр, Большого взрыва и теорий всего

Мораль этой истории в том, что квантовая теория поля смешивается с нашим представлением о пространстве. Это не теория локализованных строительных блоков вроде частиц или пикселей — на деле такие вещи представляются невозможными. Это теория делокализованных структур, петель или чего-то еще. Технически этот факт не требует отказа от наших представлений о пространстве. Мы по-прежнему можем воображать, что петли или что-то другое вместо них существуют в пространстве. «Мы не теряем точки, — говорит Хили. — Эта структура, которая построена на них, нелокальна». Однако размещение петель в пространстве сродни проведению рок-концерта в консерватории. Вы можете сделать это, но все будет не на месте. Физики и философы всегда выводили природу пространства из поведения материи. Древнегреческие атомисты придумали концепцию пространства с тем, чтобы дать частицам место для существования. Для современных теоретиков пространство — это субстрат из полей. Если частицы и поля реально не существуют, пространство теряет свой смысл.

Квантовая теория поля фактически сыграла с физиками шутку. Она локальна в одних отношениях, но нелокальна в других, и она заставляет нас сомневаться в том, является ли пространство таким, каким должно быть. Нечто подобное произошло и с другим столпом современной физики, общей теорией относительности. Вполне возможно, что крушение представлений о пространстве нечто еще более потрясающее, чем эта теория.

Как-то раз осенью мы с Доном Маролфом беседовали о проблеме гравитации в студенческом центре Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, закусывая салатами и любуясь видом на лагуну. Стоп! Откуда мне известно, что я сидел именно в этом студенческом центре в тот осенний день? В соответствии с принципом локальности я занимал определенное положение, студенческий центр занимал свое положение, и если эти положения совпадали, то я был там. Координаты в GPS-навигаторе в моем телефоне совпадали с координатами центра, а дата совпадала с датой на календаре, висевшем на стене. Вместе с тем эта вроде бы простая процедура не выдерживала критики. «Чтобы задать вопрос о том, “здесь” ли мы, нужно знать, что подразумевается под этим “здесь”, а это не так просто сделать», — говорит Маролф.

Одной из очевидных сложностей является то, что Калифорния тектонически активна. Тектоническая плита, на которой располагается Санта-Барбара, смещается на пять сантиметров в год на северо-запад относительно остальной Северной Америки и географической широты и долготы. Поэтому у студенческого центра нет фиксированного положения. Если я вернусь туда через несколько лет и попаду в точку с теми же координатами, то окажусь в лагуне. Картографические компании должны периодически анализировать смещение тектонических зон и учитывать его.

Можно, конечно, предположить, что студенческий центр все равно имеет определенное положение в абсолютном смысле, как занимаемое пространство. Однако пространство не более стабильно, чем тектоническая плита. Оно может опускаться, подниматься и деформироваться. Когда массивное тело смещается, оно распространяет возмущения по всему пространственно-временному континууму, изменяя его. Положение кафе может в результате измениться. Именно этот механизм, а не таинственное ньютоновское действие на расстоянии определяет передачу гравитации от одного места к другому в соответствии с теорией Эйнштейна. Как и геологические колебания, гравитационные возмущения распространяются с определенной конечной скоростью, а именно со скоростью света.

Чтобы представить себе изменение формы пространства-времени, разуму необходимо преодолеть сложности абстрагирования. Пространство-время не настолько осязаемо, как геологический ландшафт. Его просто нельзя увидеть, не говоря уже о том, чтобы распознать форму. И все же мы можем узнать кое-что по косвенным признакам. Объекты, которые свободно движутся в пространстве, не встречая помех со стороны других объектов, похожи на капли дождя, оставляющие следы на ветровом стекле автомобиля: они вычерчивают форму пространства. Например, астрономы регулярно регистрируют лучи света от звезд, которые сначала идут параллельно, проходят мимо гигантских скоплений массы вроде Солнца, а потом пересекаются. Учебники и статьи, описывающие это явление, обычно утверждают, что гравитация Солнца изгибает лучи света, однако это не совсем правильно. Лучи остаются такими прямыми, что прямее некуда. В действительности Солнце изменяет правила геометрии, т.е. искривляет пространство таким образом, что параллельные лучи могут пересекаться.