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

В западной философии сфера за пределами пространства традиционно считается чем-то выходящим за пределы физики — это епархия Бога в христианской теологии. В начале XVIII в. «монады» Готфрида Лейбница — простейшие элементы Вселенной, по его разумению, — существовали, подобно Богу, вне пространства и времени. Его теория была шагом в сторону эмерджентного пространства-времени, однако оставалась метафизической, имея лишь туманную связь с миром конкретных объектов. Чтобы физики могли объяснить пространство как нечто эмерджентное, им необходимо взять концепцию отсутствия пространства под свое крыло.

Эйнштейн предвидел эти сложности. «Возможно… мы должны также отказаться, в принципе, от пространственно-временного континуума, — писал он. — Не так уж невероятно, что человеческий гений однажды найдет методы, позволяющие идти таким путем. В настоящее время, однако, такая программа похожа на попытку дышать в пустом пространстве». Джон Уилер, признанный теоретик гравитации, выдвигал предположения о том, что пространство-время выстроено из «предгеометрии», но допускал, что это не более чем «идея ради идеи». Даже такой неуемный человек, как Аркани-Хамед, высказывает сомнения: «Эти проблемы очень сложны. Нашего языка не хватает, чтобы говорить о них».

Почему Аркани-Хамед не останавливается, так это потому, что он с коллегами нащупал именно ту разновидность методов, о которой говорил Эйнштейн, — методы описания физики в отсутствие пространства, возможность дышать в вакууме. Аркани-Хамед рассматривает эти достижения в исторической перспективе: «Более 2000 лет люди пытались постичь глубинную природу пространства и времени, но их усилия были преждевременными. Наконец мы дождались эпохи, когда можно ставить такие вопросы и надеяться на имеющий смысл ответ».

Вместо принятия пространства как данности давайте переосмыслим, что мы на самом деле подразумеваем под ним и как обойтись без него. В соответствии с классическими законами физики, открытыми Ньютоном и изучаемыми сегодня в средней школе, положение и скорость объектов в полной мере характеризуют мир. Эти количественные характеристики, взятые в некоторый момент, отражают, как все происходит, где это происходит и что произойдет в будущем. Мир можно представить как одно из гигантских хитроумных устройств Руба Голдберга, которое построили в заброшенном ангаре и выложили на YouTube: как только все будет на месте, вы приведете ее в движение, и все остальное не заставит себя ждать. Если разместить атомы в форме лягушки и придать им правильную скорость, лягушка оживет — ей не понадобится дополнительный электрический разряд.

Классическая физика говорит, что объекты замедляются, ускоряются или отклоняются от первоначального курса по той причине, что они воздействуют друг на друга с определенной силой, например электрической или гравитационной. Величина силы зависит от относительного положения объектов, в частности от того, как далеко они разнесены. Что происходило или могло произойти между этими объектами в прошлом, не имеет значения. Когда-то они могли столкнуться друг с другом, но после разлета их притяжение или отталкивание было не больше и не меньше, чем притяжение и отталкивание всего остального на таком же расстоянии. Пространство одинаково для всех. Когда вы далеко от любимого человека, физическая связь между вами ничуть не сильнее, чем связь между двумя кусками угля.

Таким образом, пространство выполняет роль организующего принципа естественного мира — клея, который соединяет Вселенную, как выразился английский физик Джулиан Барбур. Физические объекты не взаимодействуют как попало — их поведение определяется тем, как они связаны друг с другом, а это зависит от того, где они находятся в пространстве в данный момент. Эту структурную роль легче всего заметить в классических законах механического движения, однако она просматривается и в теориях поля. Величина и скорость изменения поля в разных точках пространства полностью определяют поведение поля, а точки самого поля взаимодействуют только с ближайшими соседями.

Я не хочу создавать впечатление, что теории, построенные на основе пространства, всегда способны отражать реальный мир, на деле это не так. Я уже упоминал некоторые их ограничения в предыдущих главах. Так, противоречия возникают при попытках объединения дискретных объектов и непрерывных полей. И ньютоновские, и эйнштейновские законы движения не действуют в так называемых сингулярностях, где физические количественные показатели, такие как скорость или плотность, становятся бесконечными. Впрочем, несмотря на эти исключения, физики всегда располагают элементы своих теорий в пространстве. Даже в квантовой механике, если отбросить загадки запутанности, взаимодействия в пределах системы ограничены расположением в пространстве.