Et af de underligste aspekter af kvantemekanikken er sammenfiltring, da to sammenfiltrede partikler påvirker hinanden over store afstande, som ved første øjekast krænker det grundlæggende fysiske princip om lokalitet: hvad der sker på et bestemt sted i rummet kan kun påvirke punkter i nærheden. Men hvad nu hvis lokalitet - og rummet i sig selv - ikke alt sammen er så grundlæggende? George Masser udforsker de mulige konsekvenser af dette i sin nye bog Spooky Action At a Distance. (Albert Einstein kaldte kvanteforviklinger "uhyggelig handling på afstand").
Da filosof Jennan Ismael var ti år gammel, købte hendes far, en irakisk-født professor ved University of Calgary, et stort treskab på auktion. Efter at have rodet gennem det, snublede hun over et gammelt kalejdoskop og var henrykt. Hun eksperimenterede med det i timevis og regnede ud, hvordan det fungerede.”Jeg sagde ikke til min søster, at jeg fandt ham, fordi jeg var bange for, at hun ville tage det,” husker hun.
Når du kigger ind i kalejdoskopet og drejer røret, begynder de flerfarvede figurer at blomstre, hvirvle og forene på en tilsyneladende fuldstændig uforklarlig og uforudsigelig måde, som om de havde en uhyggelig effekt på hinanden på afstand. Men jo mere du beundrer dem, jo mere bemærker du mønstre i deres bevægelse. Formerne i modsatte ender af dit synsfelt ændres unisont, og denne symmetri giver dig mulighed for at forstå, hvad der virkelig sker: Disse former er ikke fysiske objekter, men billeder af genstande - glasskår, der roterer inde i et spejlerør.
”Der er et stykke glas, der vises overflødigt i forskellige dele af rummet,” siger Ismael.”Hvis du fokuserer på det overordnede omgivende rum, ville den fysiske beskrivelse af et tredimensionelt kalejdoskop være en ret ligetil årsagshistorie. Der er et stykke glas, det afspejles i spejle osv. Set i virkeligheden er kalejdoskopet ikke længere et mysterium, selvom det stadig overrasker.
Ti år senere, forberedelse til et foredrag om kvantefysik, huskede Ismael kalejdoskopet og købte et helt nyt skinnende kobberrør i en fløjlshylster. Han blev, som det gik op for hende, en metafor for nonlocality i fysik. Måske opfører partikler i sammenfiltringseksperimenter eller galakser i fjerne galaktiske grænser underligt, fordi de er fremspring - sekundære kreationer, på en måde - der findes i et helt andet område af objekter.
”I tilfælde af kalejdoskop ved vi, hvad vi skal gøre: vi er nødt til at se hele systemet; vi er nødt til at se, hvordan billedet af rummet skabes, siger Ismael. - Hvordan bygger man en analog til dette for kvanteeffekter? For at gøre dette skal du se det kosmos, vi kender - hverdagskosmos, hvor vi måler begivenheder beliggende i forskellige dele af kosmos - som en uopløselig struktur. Måske når vi ser på de to dele, ser vi den samme begivenhed. Vi interagerer med det samme element af virkelighed i forskellige dele af rummet."
Sammen med andre sætter hun spørgsmålstegn ved antagelsen, efterfulgt af næsten enhver fysiker og filosof siden Democritus, at rummet er det dybeste niveau i den fysiske virkelighed. Ligesom manuskriptet til et teaterstykke beskriver skuespillernes handlinger på scenen, men går forud for scenen, tager fysiklovene traditionelt rum for givet. Vi ved i dag, at universet er mere end bare ting i rummet. Fænomenet nonlocality springer ud over rummet; der er ikke noget sted, hvor det er begrænset. Det manifesterer sig på virkelighedsniveauet dybere end rummet, hvor begrebet afstand ikke længere betyder noget, hvor fjerne ting ser ud til at være i nærheden, som om den samme ting vises mere end et sted, ligesom adskillige billeder af et glas stykke i et kalejdoskop.
Når vi tænker på udtryk på dette niveau, virker forbindelserne mellem subatomære partikler på en laboratoriebænk inden i og uden for et sort hul og mellem modsatte dele af universet ikke længere så uhyggelige. Michael Heller, fysiker, filosof og teolog fra Det pontifiske teologiske akademi i Krakow, Polen, siger:”Hvis du er enig i, at fysik er ikke-lokalt på et grundlæggende niveau, er det ganske naturligt, da to partikler, der er langt fra hinanden bor på et grundlæggende ikke-lokalt niveau. For dem betyder plads og tid ikke noget. Det er først, når du prøver at visualisere disse fænomener fra et rumsperspektiv - hvilket kan tilgives, da vi er vant til at tænke på den måde - at de forvirrer vores forståelse.
Salgsfremmende video:
Ideen om et dybt niveau virker naturlig, fordi fysikere trods alt altid har stræbt efter det. Hver gang de ikke kunne forstå visse aspekter af vores verden, antog de, at de endnu ikke var kommet til bunden af det hele. De zoomede ind og så byggestenene. At flydende vand kan koge eller fryse er noget mystisk. Men disse transformationer giver mening, hvis vi repræsenterer den flydende, gasformige og faste tilstand ikke som elementære stoffer, men som forskellige former for et grundlæggende stof.
Aristoteles betragtede forskellige vandtilstande som forskellige inkarnationer af det såkaldte primordiale stof, og atomister troede - i perspektiv - at atomer omarrangeres til mere stive eller frie strukturer. I massevis erhverver disse byggesten af materie egenskaber, som hver for sig mangler. Ligeledes kan pladsen bestå af dele, der ikke er rumlige i sig selv. Disse dele kan også adskilles og samles igen i ikke-patielle strukturer, såsom dem, der antyder sorte huller og Big Bang.
”Rumtid kan ikke være grundlæggende,” siger teoretiker Nima Arkani-Hamed. "Det skal være lavet af noget enklere."
Denne tænkning vender fysikken fuldstændigt rundt. Nonlocality er ikke længere et mysterium; det er virkelighed, og lokalitet bliver det virkelige mysterium. Når vi ikke længere kan tage plads for givet, er vi nødt til at forklare, hvad det er, og fra hvad det opstår, uafhængigt eller i færd med at forene sig med tiden.
Det er klart, at bygningsrummet ikke vil være så let som at smelte molekyler til en væske. Hvad kan være dens byggesten? Vi siger normalt, at byggestenene skal være mindre end de ting, der udgør dem. Hvis du samler et detaljeret Eiffeltårn fra tandstikkere, behøver du ikke at forklare, at tandstikkere er mindre end tårnet.
Men når det kommer til rummet, er der ikke”mindre”, fordi størrelsen i sig selv er et rumligt koncept. Byggeklodser kan ikke gå foran plads, hvis de skal forklare dem. De bør hverken have størrelse eller plads; de skal være overalt, i hele universet og intetsteds på samme tid, så de ikke kan blive narret. Hvad betyder den manglende position for en ting? Hvor vil hun være?”Når vi taler om den udstrømmende rumtid, skal den flyde ud af nogle rammer, hvorfra vi er meget langt,” siger Arkani-Hamed.
I den vestlige filosofi er kongeriget uden for rummet traditionelt blevet betragtet som kongeriget uden for fysik - stedet for Guds tilstedeværelse i kristen teologi. I det tidlige 1700-tallet eksisterede Gottfried Leibniz's "monader" - som han repræsenterede som primitive elementer af universet - ligesom Gud uden for rum og tid. Hans teori var et skridt hen imod den nye rumtid, men forblev inden for metafysik, idet han var løst forbundet med en verden af konkrete ting. Hvis fysikere lykkes med at forklare nye rum, er de nødt til at udvikle deres eget koncept om fravær af plads.
Einstein forudså disse vanskeligheder.”Måske … burde vi i princippet opgive rumtidskontinuumet,” skrev han. - Det er meget muligt at forestille sig, at menneskets opfindsomhed en dag vil finde metoder, der gør denne vej mulig. På nuværende tidspunkt ser et sådant program imidlertid ud som et forsøg på at indånde det tomme rum."
John Wheeler, en berømt tyngde-teoretiker, antydede, at rumtid blev konstrueret ud fra "pregeometri", men indrømmede, at det bare var "idé for idéens skyld." Selv Arkani-Hamed deler sin tvivl:”Disse problemer er meget komplekse. Det er umuligt at diskutere dem på det sprog, vi er vant til”.
Det, der får Arkani-Hamed og hans kolleger til at fortsætte, er at finde den slags måder, som Einstein beskrev - måder at beskrive fysik i fravær af plads, indånde et vakuum. Han forklarer disse forsøg med hensyn til historie:”I over 2.000 år har folk stillet spørgsmål om den dybe natur af rum og tid, men de var for tidlige. Vi er endelig ankommet i en æra, hvor du kan stille disse spørgsmål og håbe på at få nogle meningsfulde svar."
Baseret på materialer fra Gizmodo
Ilya Khel