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

Квантовое граффити не определяет, что именно представляют собой уилеровы крупинки, — это дело полномасштабной квантовой теории гравитации, такой как теория петлевой квантовой гравитации или теория струн. Квантовое граффити — это теория в миниатюре, которая узко сфокусирована на том, что можно построить из этих крупинок. Философия Маркопоулоу и ее коллег исходит из того, что детальная картина не имеет значения, поскольку принципы организации должны быть универсальными. В конце концов, физики ведь обнаружили, что одни и те же правила определяют поведение огромной массы разнообразных сложных систем, от землетрясений и экосистем до экономики. Отрицательным моментом является то, что предельный минимализм квантового граффити создает проблему связи с общепринятой физикой. «Фотини пытается прыгнуть напрямую, однако это очень амбициозно и опасно из-за отсутствия связей с существующими теориями», — говорит Клаус Кифер из Кёльнского университета.

Связи между элементарными крупинками просты настолько, насколько возможно. Две крупинки либо соединены друг с другом, либо нет, как пользователи Facebook, которые могут иметь друзей или не иметь, — просто связь типа «включено-выключено». Полученная в результате сеть похожа на нитяную графику, когда вы забиваете гвозди (представляющие крупинки) в доску и соединяете нитками (связи) некоторые из них. Несмотря на простоту конструкции, такая сеть может иметь огромное разнообразие форм, от скелетных контуров до сложнейших мандал.

Чтобы вдохнуть в сеть жизнь — наделить ее способностью эволюционировать, — Маркопоулоу с коллегами предусматривает возможность включения и выключения связей в зависимости от количества доступной энергии. Этот процесс ситуативен, однако не нужно забывать, что цель заключается не в создании пуленепробиваемой теории, а в поиске возможных механизмов создания пространства. Каждая связь представляет определенное количество энергии. Цепочки связей содержат меньше энергии, чем эквивалентное количество изолированных связей, поэтому суммарная энергия сети зависит не только от количества связей, но и от их организации. Чем сложнее система, тем больше энергии она содержит.

Энергия достигает максимума в полностью взаимосвязанной сети, где каждая крупинка соединена со всеми остальными. В такой сети принцип локальности не соблюдается — вы можете перейти от отдельно взятой крупинки к любой другой крупинке одним скачком без прохождения через промежуточные точки. В сети отсутствует иерархия связей — близкое-далекое, маленькое-большое, — которая характерна для пространства. Вы не можете разделить ее на отдельные части — это неделимое целое. «В этой сущности нет понятия локальности… — объясняет Маркопоулоу. — Если вы просто протянете руку, то сможете дотянуться до всего в целой Вселенной».

Чтобы понять, почему высокоэнергетическая сеть непространственна, попытайтесь присвоить местоположение крупинкам. Каждая из них должна быть равноудаленной (один прыжок) от любой другой. Для первых трех крупинок это не проблема — расположите их в вершинах равностороннего треугольника. Четыре крупинки можно расположить в виде пирамиды. Но что делать с пятой? Местоположения, равноудаленного от первых четырех крупинок, не существует, по крайней мере в обычном трехмерном пространстве. Вам необходима четырехмерная пирамида. На деле каждая следующая крупинка требует нового измерения пространства. Очень быстро вы получите ультрамногомерный мир, который невозможно визуализировать. И по большей части это гигантское нагромождение не нужно — сеть имеет ширину всего в один прыжок в любом направлении и очень сильно похожа на скатанную в шар паутину. Поэтому, хотя можно по-прежнему рассуждать о сети как о существующей в пространстве, это не то пространство, которое нам нужно: три измерения, тянущиеся настолько, насколько мы можем видеть, в каждом направлении и позволяющие удобно описывать взаимосвязи между объектами.

Низкоэнергетические модели — это отдельная история. Это то, что нам нужно. Каждая крупинка соединяется всего лишь с несколькими другими, образуя правильную решетку вроде сот или ткани. Понятие расстояния обретает смысл: одни крупинки находятся ближе друг к другу, другие дальше. Сеть прекрасна и просторна. Принцип локальности соблюдается: чтобы воздействие передалось из одного места в другое, оно должно не перепрыгнуть, а проделать определенный путь по сети. На прохождение сигнала требуется время, которое объясняет, почему скорость объектов в пространстве ограничена (скоростью света).

Короче говоря, отсутствие и наличие пространства — это просто два разных фазовых состояния одной и той же сети крупинок. Одно может переходить в другое — скомканная масса может распрямляться и становиться плоской. Теоретики уже предложили парочку путей, которыми может идти этот процесс. Изменение формы может происходить во времени. Сеть возникает как нечто раскаленное — высоко взаимосвязанная модель содержит огромное количество энергии. Затем она остывает и кристаллизуется, подобно превращению воды в тарелке в лед, по мере разрушения связей и приобретения формы аккуратной структуры. Хитрость заключается в объяснении остывания. Объекты не остывают сами по себе, что-то должно уносить из них тепло. «Куда уходит энергия? — спрашивает себя Маркопоулоу. — Нужен какой-то холодильник. Вселенную нужно охлаждать». Она с коллегами предполагает, что энергия может уходить на создание материи. Первоначальные крупинки могут агрегироваться и образовывать элементарные частицы, поэтому материя появляется одновременно с пространством.

Как вариант переход может не быть процессом, развивающимся во времени, а структурой, которая возникает на квантовом уровне. Сеть способна существовать сразу во многих состояниях, в переходной стадии, известной как суперпозиция. Хотя большинство этих состояний непространственные, они могут сливаться во что-то пространственное. Наиболее проработанное представление о суперпозиции пространства носит довольно громоздкое название «каузальная динамическая триангуляция». Ее изобретатели показали, что непространственные геометрии нейтрализуют друг друга, поскольку события высокоорганизованны и различие между причиной и следствием появляется с самого начала. Этот эффект подобен коллективному разуму, тем замечательным ситуациям, когда вы задаете вопрос группе, в которой ни у кого нет правильного ответа, но объединение всех предположений позволяет найти его. Классический пример — эксперимент с конфетами: если спросить группу людей, сколько конфет в вазе, то усредненный ответ будет лучше любого отдельно взятого ответа. Коллективный разум группы превосходит разум ее членов.