Kai fizika nustoja paklusti intuicijai
Yra dalykų, kurie veikia taip, kaip veikia, nepriklausomai nuo to, ar mes juos suprantame. Kvantinis susipynimas – vienas iš tokių. Einšteinas jį vadino „spooky action at a distance” – šiurpiu veikimu per atstumą – ir tai nebuvo komplimentas. Jis manė, kad čia kažkas negerai su teorija. Pasirodė, kad negerai buvo su intuicija.
Susipynimas įvyksta tada, kai dvi dalelės tampa koreliuotos taip, kad vienos matavimas akimirksniu nulemia kitos būseną – nesvarbu, ar jas skiria metro, ar milijardai šviesmečių. Tai nėra metafora ir ne apytikslis apibūdinimas. Tai eksperimentiškai patvirtinta realybė, kurią fizikas Johnas Bellas 1964 metais suformulavo matematiškai, o vėliau Alain Aspect ir kiti eksperimentatoriai patvirtino laboratorijose.
Ką iš tikrųjų reiškia „akimirksniu”
Čia slypi esminis paradoksas. Reliatyvumo teorija draudžia informacijai keliauti greičiau už šviesą. Susipynimas, atrodytų, tai pažeidžia. Tačiau žiūrint atidžiau – ne visai.
Problema ta, kad matavimo rezultatai yra atsitiktiniai. Jei išmatuoji vieną dalelę ir gauni „sukimasis aukštyn”, antroji dalelė tuo pat metu bus „sukimasis žemyn” – bet tu negali iš anksto žinoti, ką gausite. Ir negali perduoti šio atsitiktinumo kaip informacijos. Tai reiškia, kad susipynimas nekelia grėsmės priežastingumo principui, bet kartu verčia rimtai permąstyti, ką reiškia „vienu metu” ir ar erdvė iš tikrųjų yra tai, kuo ją laikome.
Kai kurie fizikai – tarp jų Juanas Maldacena ir Leonardas Susskindas – siūlo dar radikalesnę interpretaciją: galbūt susipynimas ir erdvėlaikio geometrija yra to paties reiškinio dvi pusės. Jų ER=EPR hipotezė teigia, kad susipynusios dalelės gali būti sujungtos mikroskopiniais „kirmgraužomis” – Einšteino-Rozeno tiltais. Tai spekuliatyvu, bet ne beprasmiška spekuliacija.
Lokalumas kaip iliuzija
Bello teoremos pasekmės yra filosofiškai sunkiai virškinamos. Eksperimentai rodo, kad gamta yra nelokali – tai yra, atskiros erdvės dalys nėra visiškai nepriklausomos viena nuo kitos. Tai prieštarauja tam, kaip mes intuityviai suvokiame pasaulį: kad čia yra čia, o ten yra ten, ir tarp jų yra kažkoks atstumas, kuris kažką reiškia.
Kvantinė mechanika sako, kad bent jau dalelių lygmeniu šis atskyrimas yra dalinis. Susipynusios dalelės elgiasi tarsi vienas objektas, paskirstytas erdvėje. Ir tai nėra tik teorinis niuansas – tai praktiškai išnaudojama kvantinėje kriptografijoje ir kvantiniuose kompiuteriuose, kur susipynimas tampa ištekliu, o ne tik keistybe.
Tarp to, ką žinome, ir to, ką tai reiškia
Susipynimas yra vienas iš tų atvejų, kai fizika aiškiai parodo, kad mūsų kasdienė erdvės ir laiko samprata – naudinga, bet ne fundamentali. Mes gyvename pasaulyje, kuriame atstumai turi prasmę, nes mūsų smegenys evoliucionavo spręsti makroskopines problemas. Kvantinis lygmuo šių taisyklių nežaidžia.
Tai nekelia grėsmės reliatyvumui – abi teorijos koegzistuoja, nors jų suderinimas vis dar yra atviras klausimas. Tačiau tai verčia rimtai svarstyti, ar erdvėlaikis yra pirminė tikrovės struktūra, ar greičiau išvestinis reiškinys – kažkas, kas atsiranda iš gilesnių, kvantinių koreliacijų. Jei pastaroji interpretacija teisinga, tai reiškia, kad erdvė ir laikas nėra scena, kurioje vyksta fizika. Jie patys yra fizika – ir galbūt ne tokia stabili, kaip atrodė.