И рече науката: Вселената

Известни учени са съставили списък с популярни научни идеи, които са загубили своята актуалност в светлината на новите изследвания и съвременни възгледи.

Поради големия обем ви ги представяме в поредица от статии.

Продължаваме с Аманда Гефтер, консултант на сп. New Scientist, основател и редактор на блога CultureLa.

Физиците имат проверена от времето традиция – да се смеят право в лицето на нашата интуиция.

Относителността на Айнщайн ни е накарала да се откажем от представите за абсолютното пространство и време, а квантовата механика ни е принудила да забравим много други идеи и теории.

И все пак една идея се държи упорито и непоколебимо – това е представата за Вселената.

Разбира се, картината на Вселената с времето се променяла и развивала – представите за историческата динамика, за нейния произход и разширение. Нашата Вселена е сведена дори до статуса на една от многото в безкрайното множество на Мегавселената, която завинаги е разделена от хоризонти на събитията.

И все пак ние отчаяно се опираме на нашата вяра в това, че като обитатели на Млечния път живеем в пространство-времеви континуум, в нашето общо ъгълче от Космоса, в нашата Вселена.

Но в последните години концепцията за единно и общо за нас пространство-време е породила парадокс във физиката.

Първият признак за това, че тук нещо не достига, е знаковата работа на Стивън Хокинг, написана през 70-те години, която показва, че черните дупки излъчват и се изпаряват, изчезвайки от Вселената и вероятно отнасяйки със себе си някаква квантова информация. А квантовата механика е построена на принципа, който гласи, че информацията не може да бъде загубена.

Тук и възниква главоблъсканицата. Когато информацията попадне в черната дупка, тя не може да се върне обратно, ако не се движи по-бързо от скоростта на светлината, нарушавайки принципа на относителността. Следователно единственият начин за нейното съхранение е никога да не попада в черната дупка. От гледна точка на намиращия се зад пределите на черната дупка ускорен наблюдател това не е трудно да се направи.

Благодарение на релативисткия ефект от неговата изгодна позиция му се струва, че информацията се разтяга и се забавя, приближавайки се към черната дупка, а след това изгаря до пепел в разгара на лъчението на Хокинг още преди да пресече хоризонта. Но това е съвсем друга история, тъй като инертният наблюдател, който попада в черната дупка, преминава хоризонта и не забелязва никакви странни релативистки ефекти и Хокиновото лъчение благодарение на Айнщайновия принцип за еквивалентност.

От негова гледна точка информацията е по-добре да попадне в черната дупка, иначе относителността ще се окаже в беда. С други думи, за да се спазят всички закони на физиката, едно копие от информацията трябва да остава извън черната дупка, а неин клонинг – да попадне вътре. Ах, да, тук има още нещо – квантовата механика забранява клонирането.

Ленард Съскинд с времето решил този информационен парадокс, като заявил, че ние ограничаваме своето описание на света или с пространствено-времеви регион извън пределите на хоризонта на събитията, или с вътрешното пространство на черната дупка. Всяко описание само по себе си е логично и последователно. И едва когато започнем да говорим и за едното, и за другото, ние нарушаваме законите на физиката.

Това „хоризонтно допълване“ говори, че вътрешната част на черната дупка и пространство-времето извън нея не се явяват неразделна част от една-единствена Вселена. Налице са две вселени, всяка със свой собствен дъх.

„Хоризонтното допълване до миналата година задържаше парадоксалността на ситуацията, но ето че физичното общество бе разтърсено от нова главоблъсканица, която още повече го измъчва. Това е т.нар. Парадокс на изчезването на информацията в черната дупка. Нашите двама наблюдатели се оказват в ситуация, когато дават противоречащи си квантови описания на един бит от информацията. Но сега противоречието възниква, когато двамата наблюдатели се намират още извън хоризонта, преди инертният наблюдател да попадне в черната дупка. С други думи, то възниква, когато двамата се намират в една и съща вселена.

Физиците започват да мислят, че най-доброто решение на парадокса на изчезването на информация се състои в това да се приеме „силна допълняемост“, тоест да ограничим нашите описания не просто с пространствено-времеви региони, разделени от хоризонта на събитията, но и с координатни системи на индивидуалните наблюдатели, където и да се намират те. Сякаш всеки наблюдател има своя собствена вселена.

Обикновеното хоризонтно допълване вече е подкопало възможността за съществуването на Мегавселена. Ако ние нарушаваме законите на физиката, описвайки два разделени от хоризонта региона, то представете си какво ще стане, когато започнем да описваме безкрайни региони, разделени от безкрайни хоризонти!

Да, силното взаимно допълване подкопава възможността за съществуването на една-единствена, обща за всички Вселена. На пръв поглед възниква впечатлението, че тя създава собствена Мегавселена. Но тя не създава. Да, има множество наблюдатели, да, Вселената на единия наблюдател с нищо не е по-лоша от тази на другия. Но ако искаме да спазваме законите на физиката, можем да говорим само за една вселена. А това означава, че едновременно съществува само една Вселена. Това е космически солипсизъм.

Да изпратим Вселената в предсрочна пенсия, би било доста радикална стъпка, така че по-добре да търсим нещо по-симпатично в план научен прогрес. Мисля, че това може да се направи. От една страна, то може да хвърли малко повече светлина на смущаващо ниското квадрополно съвпадение или на обстоятелството, че космическото микровълново фоново лъчение не показва никакви температурни колебания, по-големи от 60 градуса, ограничено в пространство точно с размера на нашата видима вселена. Сякаш реалността рязко спира на края на координатната система на наблюдателя.

По-важното е, че това може да ни предложи по-добро концептуално разбиране на квантовата механика. Квантовата механика не се поддава на разбиране, защото позволява на нещата да се намират в суперпозиция – взаимно изключващи се състояния, както когато фотонът преминава и през единия, и през другия процеп, или когато котката е едновременно и жива, и мъртва. Това противоречи на нашата бинарна логика и е истинско издевателство над закона за изключеното трето. Още по-лошо е това, че когато ние действително наблюдаваме нещо, суперпозицията изчезва и по някакъв магичен начин възниква една реалност.

Но в светлината на идеята за отказ от идеята за Вселена всичко това слабо прилича на магия. В края на краищата суперпозицията е всъщност комбиниране на координатните системи. Във всяка отделна координатна система жизненоважните органи на животното са ясно определени. Котката ще бъде едновременно жива и мъртва само когато ние се опитаме да съберем заедно няколко координатни системи въз основа на фалшивото допускане, че те се явяват част от една и съща Вселена.

И накрая, отказът от концепцията за Вселена може да ни даде някои ръководни указания, докато физиците се движат напред със своята програма за квантова гравитация. Например, ако всеки наблюдател има своя собствена Вселена, то всеки има и свое собствено Хилбертово пространство, свой собствен космически хоризонт и своя версия на холографията.

В такъв случай от теорията на квантовата гравитация ни е необходим набор от условия за постоянство и последователност, които могат да свържат едно с друго това, което измерват различните наблюдатели.

Никога не е лесно да се регулира нашата интуиция и да се приспособят към откритата физика странни истини.

Но може би стигаме до представата за това, че съществува моя вселена и твоя вселена, но няма такова нещо като една Вселена за всички.