Читать книгу Вещи не то, чем кажутся. 100 фреймов УНИВЕРСУМА - Владимир Крамаренко, Владимир Юрьевич Крамаренко - Страница 5

Вопросы, поставленные древнегреческими мыслителями, остаются актуальными и в настоящее время. Логика Зенона вскрыла парадоксальную природу пространственно-временной реальности. Его апория «Стрела» обнаруживает иллюзорность обыденных представлений о свойствах пространства и времени. Зенон показывает, что рассуждения о движении постулируют вывод прямо противоположный нашему чувственному опыту. В этой апории утверждается, что летящая стрела покоится, и её движение является заблуждением, порождаемым нашими органами чувств. Его доказательство выглядит довольно необычным. Пусть стрела летит из точки А в точку С, и на своём пути она проходит точку B. Возникает вопрос, когда стрела проходит точку B, она находится в точке В? Казалось бы, ответ является очевидным: а где же ей ещё находиться… Между тем Зенон делает ошеломляющий вывод о том, что если стрела находится в точке В, значит она покоится. Тогда всё пространство на интервале АС можно представить как совокупность точек состояний покоящейся стрелы. Движение стрелы отсутствует.

Для опровержения этой логики необходимо допустить, что в какой-то момент времени стрела вообще не находится в пространстве, и что само пространство нельзя рассматривать как совокупность точек, не имеющих измерения. Самое главное, что пространство не является чем-то фундаментальным, каким оно воспринимается нашими чувствами и описывается такими теориями, как квантовая механика и теория относительности.

Каким же образом можно представить состояние стрелы, которая в определённый момент времени не должна находиться в пространстве? Ответ можно найти в квантовой механике, описывающей физику микромира. Природа микрофизической реальности носит вероятностное соотношения импульса объекта и его положения в пространстве. Поскольку положение не определено, то объект может обнаруживать себя, исчезая в одной точке пространства и возникая в любой другой, определяемой вероятностью его появления. Это так называемый туннельный эффект, являющийся следствием необычности квантового мира. За его экспериментальное подтверждение Джефферсон получил Нобелевскую премию. Он взял проводник электрического тока, разрезал его и поместил между двумя концами тончайший слой изолятора. Как известно, изолятор не проводит электрический ток, и в макромире так бы и случилось. Тем не менее ток через изолятор прошёл, электроны туннелировались через препятствие. Ещё более наглядную демонстрацию туннельного эффекта провели отечественные физики. Они поместили внутри световода тончайшее зеркало. Как известно, зеркало отражает свет, и он не может пройти через него. Однако лазерный луч миновал зеркало, сохранив закодированную в нём информацию, поскольку фотоны осуществили эффект туннелирования. Поэтому туннельный эффект частично разрешает парадокс Зенона, так как объект исчезает в одной точке пространства и появляется в другой, за счёт чего и происходит движение.

В современных физических теориях, описывающих микромир, пространство не может рассматриваться как бесконечная совокупность точек. В них постулируется существование кванта пространства и времени. Для пространства он составляет 10^-35 метра, а для времени 10^-44 секунды. Следовательно, пространство и время квантованы и только до этих масштабов сохраняют известные нам свойства. Более того, и само пространство состоит как бы из пикселов по аналогии с дисплеем компьютера. Исходя из голографической и информационной теорий, немецкий физик Хоофт пришёл к выводу, что кванты пространства нашей Вселенной имеют больший размер и составляют 10^-16 метра. За счёт вероятностной природы возникает неопределённость на микроуровне самого пространства, что порождает «шум», который мешал регистрации гравитационных волн. Если само пространство имеет неопределённость, то и положение объекта не определено. В теории суперструн возможны нарушения непрерывности пространства, возникновения разрывов и «дырок», поскольку пространство представляет собой жёсткую и упругую среду. Попадая в такие разрывы, микрообъект может исчезать в них. Постулирование многомерности, гравитационных аномалий, возникновение червоточин также может приводить к исчезновению объекта и возникновению его в пространстве и даже в другом времени. Возможно эти механизмы и объясняют туннельный эффект, позволяющий разрешить парадокс Зенона «Стрела».

Ещё более необычными, но открывающими новые воззрения на природу пространства и времени, а также и движение, выглядят физические представления о нефундаментальности собственно пространства и времени. Пространство с этой точки зрения носит эмерджентный характер и порождается другой реальностью. В теории петлевой гравитации, альтернативной теории суперструн, пространство и время состоят из дискретных компонентов, называемых «кусками или атомами пространства-времени». При этом атомы пространства-времени объединены в сеть, соединяющую их одномерными и двухмерными поверхностями. Окружающее нас пространство выглядит как трёхмерный континуум, но на самом деле упаковано и пересекается атомами пространства-времени. Согласно струнной теории, пространство возникает из, казалось бы, несвязанной системы в виде квантовой запутанности подобно тому, как на дороге образуются пробки, благодаря коллективному решению водителей. Сами автомобили не есть движение, оно порождается движением автомобилей.

Под запутанностью понимается взаимодействие объектов, при котором между ними возникает взаимосвязь, сохраняющаяся, пока они изолированы от остального мира, и находятся независимо далеко друг от друга. Эйнштейн называл это «жутким действием на расстоянии».

Именно запутанность обеспечивает удержание пространства и не даёт рассыпаться на отдельные фрагменты [7]. Так, непрерывность и связанность обеспечивают единство и основу пространственно-временного континуума. Если разрушить запутанность, то пространство развалится, и мир исчезнет. Следовательно, само пространство возникает из основополагающего квантового явления. С другой стороны, появление пространства и времени больше похоже на коллективное поведение песчинок песчаной дюны, формирующейся на ветру. Пространство-время происходит из квантов пространства-времени, которые как зёрна песка не демонстрируют свойств самой дюны. Согласно теории суперструн и петлевой гравитации, пространство и время производятся более фундаментальной реальностью.

Данные подходы не являются единственными. Наиболее продуктивной является теория голографической Вселенной, согласно которой объекты возникают в результате постоянной проекции, своего рода «проявления» из другой двухмерной Вселенной, имеющей голографическую природу. Данный подход позволяет объяснить квантовый эффект запутанности и целостности, в том числе самого пространства. На уровне этой первичной реальности действует принцип «всё во всём», где каждая часть воспроизводит структуру целого, в том числе это относится и к самому пространству, демонстрируя инвариантность относительно масштабирования. Трансляция, своего рода проекция этой фундаментальной реальности, постоянно порождает пространство-время и объекты нашей Вселенной. Задача науки исследовать механизмы трансляции и физические способы воздействия на неё. Апории Зенона, открывшие парадоксы пространства-времени и движения привели к фантастическим теориям и поставили вопрос, насколько иллюзорна наша реальность, размышления над которым и способствовали развитию физики.