Физика страдает от диссоциативного расстройства личности. Общая теория относительности царит над «крупным» масштабом, где гравитация изгибает пространство-время в широких дугах. Квантовая механика управляет «малым» — частицами, хаотично носящимися в облаке вероятностей.
Однако эти две ветви физики отказываются пожать друг другу руки.
Уже более века мы стоим в тупике. Как совместить гладкую кривизну вселенной с блочной, цифровой природой квантовых законов? Существует десятки теорий, пытающихся силой скрепить этот союз. Квантовая гравитация, теория струн, петлевая квантовая гравитация. Большинство из них стремятся к одному и тому же: разложить само пространство-время на мельчайшие элементы. Сделайте пространство-время квантовым.
Джонатан Опенхайм не согласен с этим подходом.
Физик из Университетского колледжа Лондона, Опенхайм предлагает путь, которым, по-видимому, не заинтересован никто другой. Он называет его постквантовой гравитацией.
Время не плавно
Суть идеи кажется контринтуитивной. Возможно, пространство-время вообще не состоит из крошечных блоков. Возможно, оно непрерывно. Гладко. Фундаментально. Никаких квантов для ткани вселенной.
Но вот главный нюанс. Если просчитать математику исходя из этого допущения — если позволить гладкому пространству-времени взаимодействовать с квантовыми частицами, полями и силами, которые безусловно квантованы, — на выходе появляется нечто странное.
Случайность.
А точнее, дрожание времени.
Вспомните, как вы ощущаете время. Оно течет вперед. Секунда здесь, минута там. Ровно. Предсказуемо. Уравнения Опенхайма говорят о том, что на микроскопическом уровне эти секунды дергаются. Тики универсальных часов рассинхронизируются. Они флуктуируют. Этот эффект малозаметен, мы его не чувствуем. Но течение времени становится непредсказуемым. Оно становится шатким.
«Это происходило бы на масштабах, слишком малых для нашего внимания, но время было бы «нестабильным»».
Почему? Опенхайм не знает.
Уравнения требуют этого, но не указывают на физическую причину. Скрытая частица? Сбой в измерениях? Он пока не связал эту случайность с конкретным механизмом. Это проблема, конечно. Но, по мнению Опенхайма, это же и особенность. Эти колебания объясняют, почему квантовый мир выглядит для нас именно так.
Они решают задачу измерения. Это странное правило квантовой физики, согласно которому система существует в нескольких состояниях одновременно, пока вы на неё не посмотрите, после чего она мгновенно принимает одно определенное состояние. Кот Шрёдингера. Мертв и жив. Пока вы не откроете коробку. Случайные флуктуации пространства-времени могут быть самой причиной того, что коту приходится выбирать свою судьбу.
Опенхайм признает, что научное сообщество склонно презирать эту идею. Вероятно, он один верит, что она может оказаться правдой.
Можем ли мы доказать это?
Хорошая новость для скептиков: это можно проверить.
Это редкость. Многие теории гравитации представляют собой изящные математические конструкции, парящие выше экспериментальной проверки. Они прекрасны, но недосягаемы. Постквантовая гравитация опускается достаточно низко, чтобы коснуться земли.
Джузеппе Фабьяно из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли говорит, что возможность проверки важнее самой теории. «Пока она дает прогнозы, которые я могу проверить в лаборатории, она полезна».
Эксперименты примитивны. Берутся две массы. Силу гравитационного притяжения между ними измеряют с невероятной точностью. Общая теория относительности связывает пространство и время с гравитацией. Если временная часть этого уравнения нестабильна, гравитация тоже должна дрожать.
«Мы увидим эту непредсказуемость при измерении гравитации».
Пока что мы этого не делаем.
Создание датчиков такой точности — проект на десятилетия. Мы лишь недавно подтвердили, что такие эксперименты теоретически возможны. Инженерные препятствия огромны. Но исследователи согласны: пытаться стоит.
Почему? Потому что если Опенхайм прав, все изменится. Гравитация и так является аутсайдером. Она слабее остальных сил. Она не вписывается в стандартную модель. Но реальность в парадигме постквантовой гравитации предполагает, что дело не просто в степени слабости или отличия — дело в качестве. Она принципиально иная.
Мы переписали бы историю вселенной. Решение конфликта между теориями относительности и квантовой механикой было бы приятным бонусом, но это вторично по сравнению с самим шоком. Вселенная, где время спотыкается на границе восприятия? Где у реальности нет твердого основания?
Математика сходится. Эксперименты планируются. Остается лишь одна переменная: готовы ли мы к ответу, который не приходит в красивой упаковке.
Нам, возможно, придется долго ждать, чтобы узнать, насколько твердым является время на самом деле.
