«Самая непостижимая вещь во вселенной — это то, что она понятна», — однажды сказал знаменитый Альберт Эйнштейн. В наши дни, однако, мнение ученых далеко не единодушно, что вселенная понятна или даже уникальна. Фундаментальная физика сталкивается с кризисом, связанным с двумя популярными концепциями, которые часто используются, кратко они изложены умными словами «мультивселенная» и «уродливая».
Сторонники Мультивселенной отстаивают идею, что может существовать неисчислимое множество других вселенных, некоторые из которых имеют совершенно различную физику и количество пространственных измерений; и что ты, я и все остальное может существовать в бесчисленных копиях.
«Мультивселенная может быть самой опасной идеей в физике», — утверждает южноафриканский космолог Джордж Эллис.
Начиная с первых дней науки, обнаружение маловероятного совпадения побудило к объяснению и побудило к поиску скрытой причины этого. Один современный пример: законы физики, кажется, точно настроены, чтобы позволить существование разумных существ, которые могут открыть эти законы — совпадение, которое требует объяснения.
С появлением мультивселенной все изменилось: маловероятно, что может произойти совпадение, в миллионах вселенных, составляющих мультивселенную, оно где-то будет существовать. И если совпадение, кажется, способствует появлению сложных структур, жизни или сознания, мы даже не должны удивляться, обнаружив себя во вселенной, которая позволяет нам существовать в первую очередь. Но это «антропное рассуждение», в свою очередь, подразумевает, что мы больше не можем ничего предсказывать. Нет очевидного руководящего принципа для физиков ЦЕРН, ищущих новые частицы.
И нет никакого фундаментального закона, который можно было бы обнаружить за случайными свойствами вселенной.
Совершенно иным, но не менее опасным является другой вызов — «уродливый»: согласно предположений физика-теоретика Сабины Хосенфельдер, современная физика была сбита с толку своим уклоном в пользу «красоты». Физика «потерялась в математике», утверждает она. Но то, что физики называют «красотой», — это структуры и симметрии. Если мы не сможем больше полагаться на такие концепции, разница между пониманием и простым соответствием экспериментальным данным будет размыта.
Обе проблемы имеют некоторое обоснование.
«Почему законы природы заботятся о том, что я нахожу красивым?» — справедливо спрашивает Хосенфельдер, и ответ таков: они не должны этого делать. Конечно, природа могла быть сложной, грязной и непостижимой, если бы она была классической. Но природа не такова. Природа является квантово-механической.
И хотя классическая физика — это наука о нашей повседневной жизни, в которой объекты отделимы друг от друга, отдельные вещи, квантовая механика отличается от нее кардинально. Например, состояние вашего автомобиля не связано с цветом платья вашей жены. В квантовой механике, однако, вещи, которые когда-то были в причинном контакте, остаются коррелированными, описанными Эйнштейном как «жуткое действие на расстоянии». Такие корреляции составляют структуру, а структура — красота.
Напротив, мультивселенную кажется трудно отрицать. Квантовая механика, в частности, кажется, очарована этим. Выстрел отдельных электронов на экране с двумя щелями приводит к интерференционной картине на детекторе за экраном. В каждом случае оказывается, что электрон проходил через обе щели каждый раз.
Квантовая физика — это наука, стоящая за ядерными взрывами, смартфонами и столкновениями частиц, и она печально известна своими странностями, такими как кот Шредингера, существующий в подвешенном состоянии, будучи наполовину мертвым и наполовину живым. В квантовой механике различные реальности (такие как «частица здесь» и «частица там» или «кошка жива» и «кошка мертва») могут быть наложены, например, как волны на поверхности озера. Частица может находиться в состоянии «половина здесь и половина там». Это называется «суперпозицией», и для частиц или волн она вызывает интерференционные картины.
Первоначально разработанная для описания микроскопического мира, в последние годы было показано, что квантовая механика управляет все более крупными объектами, если они достаточно изолированы от окружающей среды. Однако почему-то наша повседневная жизнь, кажется, защищена от слишком большого количества квантовых странностей.
Прямая интерпретация предполагает, что все возможные варианты реализованы, хотя и в разных, параллельных реальностях или «ветвях Эверетта» — названных в честь Хью Эверетта, который впервые отстаивал эту точку зрения, известную как «интерпретация многих миров» квантовой механики.
«Многие миры» Эверетта на самом деле являются одним из примеров Мультивселенной — один из четырех, если вы следите за научным американским фильмом Макса Тегмарка с мая 2003 года. Два других не столь интересны, поскольку один на самом деле не Мультивселенный, а скорее другой регионы в нашей собственной вселенной,
а другой основан на весьма умозрительной идее, что материя — это не что иное, как математика. Оставшийся мультиверс — это «ландшафт теории струн», к которому мы вернемся позже.
Обращаясь к квантовой механике, чтобы оправдать красоту физики, кажется, что мы пожертвовали уникальностью вселенной.
Но этот вывод вытекает из поверхностного рассмотрения. На этой картине обычно пропускается то, что мультивселенность Эверетта не является фундаментальной. Это только очевидно или «проявляется», как настаивает философ Дэвид Уоллес из Университета Южной Калифорнии.
Чтобы понять этот момент, нужно понять принцип, лежащий в основе как квантовых измерений, так и «пугающего действия на расстоянии». Инструментальным для обоих явлений является концепция, известная как «запутанность», на которую указывали в 1935 году Эйнштейн, Борис Подольский и Натаниэль Розен: квантовая механика,
Система двух запутанных спинов, суммирующих до нуля, может состоять из суперпозиции пар спинов с противоположными направлениями, в то время как абсолютно не определено, в каком направлении отдельные точки вращения. Запутывание — это природный способ объединения частей в единое целое; отдельные свойства составляющих перестают существовать в пользу сильно коррелированной общей системы.
Всякий раз, когда квантовая система измеряется или связана с окружающей средой, запутанность играет решающую роль: квантовая система, наблюдатель и остальная часть вселенной переплетаются друг с другом. С точки зрения местного наблюдателя,
информация рассеивается в неизвестной среде, и начинается процесс, называемый «декогеренция», впервые открытый Х. Дитером Зе в 1970 году. Декогеренция является агентом классичности: она описывает потерю квантовых свойств, когда квантовая система взаимодействует с окружающей средой. ,
Декогеренция действует, если она откроет молнию между параллельными реальностями квантовой физики. С точки зрения наблюдателя, вселенная и она сама, кажется, «раскололись» на отдельные ветви Эверетта. Наблюдатель наблюдает за живой кошкой или мертвой кошкой, но между ними ничего нет. Мир выглядит классическим для нее,
в то время как с глобальной точки зрения это все еще квантово-механический. Фактически, с этой точки зрения вся вселенная является квантовым объектом.
Именно здесь на сцену выходит «квантовый монизм», отстаиваемый философом университета Ратгерса Джонатаном Шаффером. Шаффер размышлял над вопросом, из чего состоит вселенная. Согласно квантовому монизму,
фундаментальный слой реальности состоит не из частиц или струн, а из самой вселенной, понимаемой не как сумма вещей, составляющих ее, а как единое запутанное квантовое состояние.
Примечание: «Мони́зм — философское воззрение, согласно которому разнообразие объектов в конечном счёте сводится к единому началу или субстанции. В отличие от дуализма и плюрализма, предполагающих существование двух и множества субстанций, монизм отличается большей внутренней последовательностью и монолитностью».
Подобные мысли были высказаны ранее, например, физик и философ Карл Фридрих фон Вайцзеккер, утверждающий, что принятие квантовой механики всерьез предсказывает уникальную единую квантовую реальность, лежащую в основе мультивселенной. Он уверен, что однородность и крошечные колебания температуры космического микроволнового фона, которые указывают, что наша наблюдаемая вселенная может быть прослежена до единого квантового состояния, обычно идентифицируемого с квантовым полем, которое питает первичную инфляцию.
Более того, этот вывод распространяется на другие мультивселенные понятия, такие как различные законы физики в различных долинах «ландшафта теории струн» или других «детских вселенных», возникающих в вечной космологической инфляции. Поскольку запутанность универсальна, она не останавливается на границе нашего космического пятна. Какой бы у вас ни был мультиверс, когда вы принимаете квантовый монизм, все они являются частью единого целого: всегда существует более фундаментальный слой реальности, лежащий в основе множества вселенных внутри мультивселенной, и этот слой уникален.
И квантовый монизм, и многие миры Эверетта являются предсказаниями квантовой механики, воспринимаемой всерьез.
Эти взгляды отличает только перспектива: то, что с точки зрения местного наблюдателя выглядит «многими мирами», действительно представляет собой единую уникальную вселенную с глобальной точки зрения (например, человека, который сможет взглянуть извне на всю вселенную).
Другими словами: во многих мирах так выглядит квантовый монизм для наблюдателя, имеющего лишь ограниченную информацию о вселенной. Фактически, первоначальной мотивацией Эверетта было разработать квантовое описание всей вселенной в терминах «универсальной волновой функции».
«Это как если бы вы смотрели в окно мунтина: природа выглядит разделенной на отдельные части, но это артефакт вашей перспективы.
И монизма, и многих миров можно избежать, но только тогда, когда кто-либо изменяет формализм квантовой механики — как правило, способами, противоречащими теории специальной теории относительности Эйнштейна, или если кто-то понимает квантовую механику не как теорию о природе, а как теорию о знании: скорее гуманитарную концепцию, чем наука.
Как оно есть, квантовый монизм следует рассматривать в качестве ключевого понятия в современной физике: он объясняет, почему «красота», понимаемая как структура, корреляция и симметрия между внешне независимыми сферами природы, является не «непродуманным эстетическим идеалом», а следствием природы спуск из одного квантового состояния. Кроме того,
Квантовый монизм также удаляет шип мультивселенной, поскольку он предсказывает корреляции, реализованные не только в конкретной детской вселенной, но и в любой отдельной ветви мультивселенной, например, в противоположных направлениях запутанных спинов в состоянии Эйнштейна-Подольского-Розена.
В заключение: квантовый монизм смягчает кризис в экспериментальной фундаментальной физике, полагаясь на все более крупные коллайдеры для изучения все меньших и меньших составляющих природы просто потому, что наименьшие составляющие не являются фундаментальным слоем реальности. Изучая основы квантовой механики,
новые сферы в квантовой теории поля или крупнейшие структуры в космологии могут оказаться одинаково полезными.
Это не означает, что каждое наблюдаемое совпадение указывает на основы физики или что любое понятие красоты должно быть реализовано в природе, но это говорит нам о том, что мы не должны прекращать поиски. В качестве таких, квантовый монизм может спасти душу науки: убежденность в том, что существует уникальная, понятная и фундаментальная реальность.
