Fizyka cierpi na dysocjacyjne zaburzenie tożsamości. Ogólna teoria względności panuje w „dużej” skali, gdzie grawitacja zagina czasoprzestrzeń szerokimi łukami. Mechanika kwantowa kontroluje „małe” – cząstki unoszące się chaotycznie w chmurze prawdopodobieństw.
Jednakże te dwie gałęzie fizyki nie chcą uścisnąć dłoni.
Od ponad wieku jesteśmy w ślepym zaułku. Jak połączyć gładką krzywiznę wszechświata z blokową, cyfrową naturą praw kwantowych? Istnieją dziesiątki teorii próbujących zjednoczyć ten związek. Grawitacja kwantowa, teoria strun, pętlowa grawitacja kwantowa. Większość z nich dąży do tego samego: rozłożenia samej czasoprzestrzeni na najmniejsze elementy. Uczyń czasoprzestrzeń kwantową.
Jonathan Openheim nie zgadza się z tym podejściem.
Fizyk z University College London w Openheim proponuje ścieżkę, która wydaje się nie interesować nikogo innego. Nazywa ją grawitacją postkwantową.
Czas nie płynie płynnie
Istota pomysłu wydaje się sprzeczna z intuicją. Być może czasoprzestrzeń wcale nie składa się z maleńkich bloków. Być może ma charakter ciągły. Gładki. Zasadniczo. Brak kwantów w strukturze wszechświata.
Ale tutaj jest główny punkt. Jeśli przeprowadzisz obliczenia przy tym założeniu – jeśli pozwolisz gładkiej czasoprzestrzeni na interakcję z cząstkami kwantowymi, polami i siłami, które z pewnością są skwantowane — wynik będzie czymś dziwnym.
Wypadek.
A raczej wstrząsy czasu.
Pomyśl o tym, jak doświadczasz czasu. Płynie do przodu. Sekundę tu, minutę tam. Gładki. Możliwy do przewidzenia. Równania Openheima mówią nam, że na poziomie mikroskopowym te sekundy drżą. Tyki uniwersalnego zegara nie są zsynchronizowane. Zmieniają się. Efekt ten jest subtelny i go nie czujemy. Jednak upływ czasu staje się nieprzewidywalny. Staje się niepewne.
„Stałoby się to w skali zbyt małej dla naszej uwagi, ale czas byłby „niestabilny”.”
Dlaczego? Openheim nie wie.
Równania tego wymagają, ale nie wskazują przyczyny fizycznej. Ukryta cząstka? Błąd w pomiarach? Nie powiązał jeszcze tego wypadku z konkretnym mechanizmem. Jest to oczywiście problem. Ale według Openheim jest to również cecha. Fluktuacje te wyjaśniają, dlaczego świat kwantowy wygląda tak, jak nam się wydaje.
Rozwiązują problem pomiaru. To dziwna zasada fizyki kwantowej, według której układ istnieje w kilku stanach jednocześnie, dopóki się na niego nie spojrzy, po czym natychmiast przyjmuje jeden konkretny stan. Kot Schrödingera. Martwy i żywy. Dopóki nie otworzysz pudełka. Losowe wahania czasoprzestrzeni mogą być powodem, dla którego kot musi wybrać swój los.
Openheim przyznaje, że społeczność naukowa zwykle gardzi tym pomysłem. Prawdopodobnie tylko on wierzy, że to może być prawda.
Czy możemy to udowodnić?
Dobra wiadomość dla sceptyków: można to zweryfikować.
Jest to rzadkie zjawisko. Wiele teorii grawitacji to eleganckie konstrukcje matematyczne, które wychodzą poza testy eksperymentalne. Są piękne, ale nieosiągalne. Grawitacja postkwantowa spada tak nisko, że dotyka ziemi.
Giuseppe Fabiano z Lawrence Berkeley National Laboratory twierdzi, że testowalność jest ważniejsza niż sama teoria. „Tak długo, jak pozwala na prognozy, które mogę przetestować w laboratorium, jest przydatne”.
Eksperymenty są prymitywne. Pobiera się dwie masy. Siła przyciągania grawitacyjnego między nimi jest mierzona z niesamowitą precyzją. Ogólna teoria względności łączy przestrzeń i czas z grawitacją. Jeśli część czasowa tego równania jest niestabilna, grawitacja również powinna być niestabilna.
„Zaobserwujemy tę nieprzewidywalność podczas pomiaru grawitacji”.
Jeszcze tego nie robimy.
Stworzenie czujników o takiej precyzji to projekt trwający dziesięciolecia. Dopiero niedawno potwierdziliśmy, że takie eksperymenty są teoretycznie możliwe. Przeszkody inżynieryjne są ogromne. Ale badacze są zgodni: warto spróbować.
Dlaczego? Bo jeśli Openheim ma rację, wszystko się zmieni. Grawitacja jest już słabszą stroną. Jest słabsza od reszty sił. Nie pasuje do standardowego modelu. Jednak rzeczywistość w paradygmacie grawitacji postkwantowej sugeruje, że nie jest to tylko kwestia stopnia słabości lub różnicy – to kwestia jakości. Ona jest zasadniczo inna.
Napisalibyśmy na nowo historię wszechświata. Rozwiązanie konfliktu między teorią względności a mechaniką kwantową byłoby miłym dodatkiem, ale jest to sprawa drugorzędna w stosunku do samego szoku. Wszechświat, w którym czas potyka się o granicę percepcji? Gdzie rzeczywistość nie ma solidnych podstaw?
Matematyka się sumuje. Planowane są eksperymenty. Jedyną zmienną, która pozostaje, jest to, czy jesteśmy przygotowani na odpowiedź, która nie jest dostępna w ładnym pakiecie.
Być może będziemy musieli długo poczekać, aby przekonać się, jak solidny jest czas.
