Salah satu aspek mekanik kuantum yang paling pelik adalah keterikatan, kerana dua zarah yang terjerat saling mempengaruhi satu sama lain dalam jarak yang sangat jauh, yang pada pandangan pertama melanggar prinsip fizikal asas lokaliti: apa yang berlaku pada titik tertentu di ruang hanya boleh mempengaruhi titik di dekatnya. Tetapi bagaimana jika lokaliti - dan ruang itu sendiri - tidak semua itu mendasar? George Masser menerangkan kemungkinan akibatnya dalam buku barunya Spooky Action At a Distance. (Albert Einstein menyebut keterlibatan kuantum "aksi menakutkan pada jarak").
Ketika ahli falsafah Jennan Ismael berusia sepuluh tahun, bapanya, seorang profesor kelahiran Iraq di University of Calgary, membeli sebuah kabinet kayu besar di lelong. Setelah mengaduknya, dia tersandung pada kaleidoskop tua dan gembira. Dia bereksperimen dengannya selama berjam-jam dan mengetahui bagaimana ia berfungsi. "Saya tidak memberitahu kakak saya bahawa saya menjumpainya kerana saya takut dia akan mengambilnya," kenangnya.
Apabila anda mengintip kaleidoskop dan memutar paip, tokoh-tokoh yang berwarna-warni mulai mekar, berputar dan bersatu dengan cara yang kelihatannya tidak dapat dijelaskan dan tidak dapat diramalkan, seolah-olah mereka mempunyai kesan menakutkan satu sama lain dari kejauhan. Tetapi semakin anda mengagumi mereka, semakin banyak anda melihat corak pergerakan mereka. Bentuk di ujung medan visual anda berubah serentak, dan simetri ini membolehkan anda memahami apa yang sebenarnya berlaku: bentuk-bentuk ini bukan objek fizikal, tetapi gambar objek - pecahan kaca yang berputar di dalam tiub cermin.
"Ada satu kepingan kaca yang muncul secara berlebihan di berbagai tempat," kata Ismael. "Sekiranya anda memfokuskan pada keseluruhan ruang, deskripsi fizikal kaleidoskop tiga dimensi akan menjadi kisah sebab yang cukup mudah. Ada sekeping kaca, ia terpantul di cermin, dan sebagainya. " Dilihat pada kenyataannya, kaleidoskop bukan lagi misteri, walaupun masih mengejutkan.
Beberapa dekad kemudian, ketika bersiap untuk ceramah mengenai fizik kuantum, Ismael teringat kaleidoskop dan membeli tiub tembaga berkilat baru dalam kotak baldu. Dia menjadi, seperti yang difahami olehnya, sebuah metafora untuk ketidaklokalan dalam bidang fizik. Mungkin zarah-zarah dalam percubaan keterikatan atau galaksi dalam had galaksi yang jauh berkelakuan aneh, kerana ia adalah unjuran - ciptaan sekunder, dalam arti - wujud di kawasan objek yang sama sekali berbeza.
"Dalam kes kaleidoskop, kita tahu apa yang harus kita lakukan: kita harus melihat keseluruhan sistem; kita harus melihat bagaimana imej ruang dibuat, kata Ismael. - Bagaimana membina analog ini untuk kesan kuantum? Untuk melakukan ini, anda perlu melihat kosmos yang kita ketahui - kosmos setiap hari, di mana kita mengukur peristiwa yang terletak di bahagian yang berlainan dari kosmos - sebagai struktur yang tidak larut. Mungkin ketika kita melihat dua bahagian, kita melihat peristiwa yang sama. Kami berinteraksi dengan elemen realiti yang sama di bahagian ruang yang berbeza."
Bersama dengan yang lain, dia mempertanyakan anggapan, diikuti oleh hampir setiap ahli fizik dan ahli falsafah sejak Democritus, bahawa ruang adalah tahap realiti fizikal yang paling dalam. Sama seperti skrip untuk drama menggambarkan tindakan para pelakon di atas panggung, tetapi mendahului panggung, undang-undang fisika secara tradisional menganggap keberadaan ruang begitu saja. Kita tahu hari ini bahawa alam semesta lebih dari sekadar benda di angkasa. Fenomena ketidaklokalan melompati ruang; tidak ada tempat di mana ia terhad. Ia menjelma pada tahap realiti yang lebih dalam daripada ruang, di mana konsep jarak tidak lagi penting, di mana benda-benda yang jauh kelihatan dekat, seolah-olah perkara yang sama muncul di lebih dari satu tempat, seperti banyak gambar satu kepingan kaca di kaleidoskop.
Apabila kita memikirkan istilah pada tahap ini, hubungan antara zarah subatomik di bangku makmal, di dalam dan di luar lubang hitam, dan antara bahagian berlawanan dari alam semesta tidak lagi kelihatan menyeramkan. Michael Heller, ahli fizik, ahli falsafah dan ahli teologi Pontifical Academy of Theology di Krakow, Poland, mengatakan: "Sekiranya anda bersetuju bahawa fizik tidak bersifat lokal pada tahap asas, maka itu adalah wajar, kerana dua zarah yang berada jauh dari satu sama lain berada satu tahap asas bukan tempatan. Bagi mereka, ruang dan masa tidak penting. " Hanya apabila anda cuba memvisualisasikan fenomena ini dari perspektif ruang - yang boleh dimaafkan kerana kita terbiasa berfikir seperti itu - mereka membingungkan pemahaman kita.
Video promosi:
Idea tahap mendalam kelihatan semula jadi kerana, bagaimanapun, ahli fizik selalu berusaha untuk itu. Apabila mereka tidak dapat memahami aspek-aspek tertentu di dunia kita, mereka menganggap bahawa mereka belum sampai ke tahap bawah semuanya. Mereka mengezum masuk dan melihat blok bangunan. Air cair itu boleh mendidih atau membeku agak misteri. Tetapi transformasi ini masuk akal jika kita mewakili keadaan cecair, gas dan pepejal bukan sebagai unsur unsur, tetapi sebagai bentuk yang berbeza dari satu bahan asas.
Aristoteles menganggap keadaan air yang berlainan adalah penjelmaan yang berbeza dari apa yang disebut materi purba, dan atomis - secara perspektif - berpendapat bahawa atom disusun semula menjadi struktur yang lebih kaku atau bebas. Secara besar-besaran, bahan binaan ini memperoleh harta yang kekurangannya secara individu. Begitu juga, ruang boleh terdiri daripada bahagian-bahagian yang tidak spasial dalam diri mereka. Bahagian-bahagian ini juga dapat dibongkar dan dipasang kembali ke dalam struktur nonspatial, seperti yang mengisyaratkan lubang hitam dan Big Bang.
"Masa ruang tidak boleh menjadi asas," kata ahli teori Nima Arkani-Hamed. "Ia harus dibuat dari sesuatu yang lebih sederhana."
Pemikiran ini mengubah fizik sepenuhnya. Ketidaklokalan bukan lagi misteri; itu adalah realiti, dan lokaliti menjadi misteri sebenar. Apabila kita tidak lagi dapat mengambil ruang begitu saja, kita harus menjelaskan apa itu dan dari apa yang timbul, secara bebas atau dalam proses penyatuan dengan masa.
Jelas, ruang bangunan tidak semudah menyatu molekul menjadi cecair. Apa yang boleh menjadi blok bangunannya? Kita biasanya mengatakan bahawa blok bangunan harus lebih kecil daripada benda-benda yang membentuknya. Sekiranya anda memasang Menara Eiffel yang terperinci dari tusuk gigi, anda tidak perlu menjelaskan bahawa tusuk gigi lebih kecil daripada menara.
Tetapi ketika datang ke ruang angkasa, tidak ada yang "kurang", kerana ukuran itu sendiri adalah konsep spasial. Blok binaan tidak boleh mendahului ruang jika perlu menjelaskannya. Mereka tidak boleh mempunyai ukuran atau ruang; mereka mesti berada di mana-mana, di seluruh alam semesta dan di mana-mana tempat pada masa yang sama, sehingga mereka tidak dapat dicucuk. Apakah maksud kekurangan kedudukan untuk sesuatu perkara? Di mana dia akan berada? "Ketika kita berbicara tentang ruang-waktu yang keluar, ia mesti mengalir keluar dari beberapa kerangka kerja, dari mana kita sangat jauh," kata Arkani-Hamed.
Dalam falsafah Barat, kerajaan di luar angkasa secara tradisional dianggap sebagai kerajaan di luar fizik - tempat kehadiran Tuhan dalam teologi Kristian. Pada awal abad ke-18, "monad" Gottfried Leibniz - yang diwakilinya sebagai unsur primitif alam semesta - ada, seperti Tuhan, di luar ruang dan waktu. Teorinya adalah langkah menuju ruang-ruang yang baru muncul, tetapi tetap berada di bidang metafizik, yang berhubungan dengan dunia konkrit. Sekiranya ahli fizik berjaya menjelaskan ruang yang muncul, mereka harus mengembangkan konsep mereka sendiri mengenai ketiadaan ruang.
Einstein melihat kesukaran ini. "Mungkin … kita harus, pada dasarnya, meninggalkan kontinum ruang-waktu," tulisnya. - Sangat mungkin untuk membayangkan bahawa kepintaran manusia suatu hari nanti akan menemui kaedah yang akan menjadikan jalan ini mungkin. Namun, pada masa ini, program seperti ini kelihatan seperti usaha untuk bernafas di tempat kosong."
John Wheeler, seorang ahli teori graviti yang terkenal, menyatakan bahawa masa-masa dibina dari "pregeometry", tetapi mengakui bahawa itu hanya "idea demi idea." Bahkan Arkani-Hamed berkongsi keraguannya: “Masalah-masalah ini sangat kompleks. Tidak mungkin membincangkannya dalam bahasa yang biasa kita lakukan”.
Apa yang mendorong Arkani-Hamed dan rakan-rakannya pergi adalah mencari jenis cara yang dijelaskan oleh Einstein - cara untuk menerangkan fizik sekiranya tiada ruang, bernafas dalam keadaan hampa. Dia menjelaskan percubaan ini dari segi sejarah: “Selama lebih dari 2.000 tahun orang mengajukan pertanyaan tentang sifat ruang dan waktu yang mendalam, tetapi mereka terlalu awal. Kami akhirnya tiba di era di mana anda boleh mengemukakan soalan-soalan ini dan berharap dapat memperoleh beberapa jawapan yang bermakna."
Berdasarkan bahan dari Gizmodo
Ilya Khel
