Физическая реальность — это всего лишь квантовые зеркала

Представьте, что вы садитесь и берете свою любимую книгу. Вы смотрите на изображение на обложке, проводите пальцами по гладкому конверту книги и чувствуете знакомый книжный запах, листая страницы. Для вас книга включает в себя ряд чувственных проявлений.

Но вы также ожидаете, что книга будет иметь собственное независимое существование за этими проявлениями. Поэтому, когда вы кладете книгу на кофейный столик, идете на кухню или выходите из дома, чтобы пойти на работу, вы ожидаете, что книга по-прежнему выглядит, ощущается и пахнет так же, как когда вы ее держали в руках.

Ожидание того, что объекты будут иметь собственное независимое существование — независимое от нас и любых других объектов — на самом деле является глубоко укоренившимся предположением, которое мы делаем о мире.

Это предположение берет свое начало в научной революции 17 века и является частью того, что мы называем механистическим мировоззрением. Согласно этой точке зрения, мир подобен гигантскому часовому механизму, части которого управляются установленными законами движения.

Этот взгляд на мир лежит в основе большей части нашего научного прогресса, начиная с 17 века. Но, как утверждает итальянский физик Карло Ровелли в своей новой книге «Гельголанд», квантовая теория — физическая теория, описывающая Вселенную в мельчайших масштабах — почти наверняка показывает, что это мировоззрение ошибочно.

Вместо этого Ровелли утверждает, что мы должны принять «реляционное» мировоззрение.

Что значит быть родственным?

Во время научной революции английский пионер физики Исаак Ньютон и его немецкий коллега Готфрид Лейбниц не пришли к единому мнению о природе пространства и времени.

Ньютон утверждал, что пространство и время действуют как «контейнер» для содержимого Вселенной. То есть, если бы мы могли удалить содержимое вселенной — все планеты, звезды и галактики — у нас осталось бы пустое пространство и время. Это «абсолютный» взгляд на пространство и время.

С другой стороны, Лейбниц утверждал, что пространство и время есть не что иное, как сумма расстояний и длительностей между всеми объектами и событиями мира.

Если бы мы удалили содержимое вселенной, мы также удалили бы пространство и время. Это «реляционный» взгляд на пространство и время: это лишь пространственные и временные отношения между объектами и событиями. Реляционный взгляд на пространство и время был ключевым источником вдохновения для Эйнштейна, когда он разработал общую теорию относительности.

Ровелли использует эту идею для понимания квантовой механики. Он утверждает, что объекты квантовой теории, такие как фотон, электрон или другие элементарные частицы, представляют собой не что иное, как свойства, которые они проявляют при взаимодействии с другими объектами — по отношению к ним.

Свойства квантового объекта определяются с помощью экспериментов, включая такие вещи, как положение объекта, импульс и энергия. Вместе они составляют состояние объекта.

Согласно реляционной интерпретации Ровелли, эти свойства — все, что есть у объекта: не существует лежащей в основе индивидуальной субстанции, которая «имеет» свойства.

Так как же это помогает нам понять квантовую теорию?

Рассмотрим хорошо известную квантовую головоломку о коте Шредингера. Мы помещаем кошку в коробку с каким-то смертельным веществом (например, флаконом с ядовитым газом), вызванным квантовым процессом (например, распадом радиоактивного атома), и закрываем крышку.

Квантовый процесс — это случайное событие. Предсказать его невозможно, но мы можем описать его таким образом, который говорит нам о различных шансах атома распасться или не распасться в какой-то период времени. Поскольку распад вызовет открытие пузырька с ядовитым газом и, следовательно, смерть кошки, жизнь или смерть кошки также является чисто случайным событием.

Согласно ортодоксальной квантовой теории, кошка ни мертва, ни жива, пока мы не откроем коробку и не посмотрим на систему. Остается загадкой, каково было бы кошке быть ни мертвой, ни живой.

Но согласно реляционной интерпретации состояние любой системы всегда связано с какой-то другой системой. Таким образом, квантовый процесс в ящике может иметь неопределенный результат по отношению к нам, но иметь определенный результат для кота.

Так что вполне резонно, что кошка для нас ни мертва, ни жива, и в то же время сама определенно мертва или жива. Один факт материи реален для нас, и один факт материи реален для кота.

Когда мы открываем коробку, состояние кошки становится для нас определенным, но кошка никогда не бывает в неопределенном для себя состоянии.

В реляционной интерпретации нет глобального взгляда на реальность «оком Бога».

Что это говорит нам о реальности?

Ровелли утверждает, что мы должны усвоить эти уроки, поскольку наш мир в конечном счете является квантовым. В частности, такие объекты, как ваша любимая книга, могут иметь свои свойства только по отношению к другим объектам, включая вас.

К счастью, это также включает в себя все другие объекты, такие как ваш журнальный столик. Поэтому, когда вы идете на работу, ваша любимая книга продолжает появляться на экране так же, как и тогда, когда вы держали ее в руках. Тем не менее, это драматическое переосмысление природы реальности.

С этой точки зрения мир представляет собой сложную паутину взаимосвязей, так что объекты больше не имеют своего индивидуального существования, независимого от других объектов, подобно бесконечной игре квантовых зеркал. Более того, вполне может и не быть самостоятельной «метафизической» субстанции, составляющей нашу реальность, лежащую в основе этой паутины.

Как говорит Ровелли: «Мы не что иное, как образы образов. Реальность, включая нас самих, есть не что иное, как тонкая и хрупкая пелена, за которой… нет ничего».

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Автор: Питер Эванс, научный сотрудник ARC Discovery в области ранней карьеры, Университет Квинсленда