Kvantna teorija polja i teorija struna dva su okvira za opisivanje temeljne prirode stvarnosti. Kvantna teorija polja temelji se na ideji da svaka točka u prostor-vremenu ima skup polja povezanih s njom, te da su čestice pobude tih polja. Teorija struna temelji se na ideji da najosnovniji entiteti nisu točkaste čestice, već jednodimenzionalne strune koje mogu vibrirati na različite načine.
Jedna od glavnih razlika između kvantne teorije polja i teorije struna je ta što je kvantna teorija polja kompatibilna s načelima posebne relativnosti i kvantne mehanike, ali ne i s općom relativnošću, koja je teorija gravitacije. Teorija struna, s druge strane, kandidat je za teoriju kvantne gravitacije, koja bi ujedinila sve fundamentalne sile prirode.
Druga je razlika u tome što je kvantna teorija polja dobro ispitana i potvrđena mnogim eksperimentima, dok je teorija struna još uvijek spekulativni i matematički okvir koji još nije dao nikakva provjerljiva predviđanja. Kvantna teorija polja također je fleksibilnija i može prihvatiti različite vrste čestica i interakcija, dok je teorija struna više ograničena i zahtijeva dodatne dimenzije prostora i supersimetriju za rad.
Treća razlika je u tome što je kvantna teorija polja lokalna teorija, što znači da interakcije između čestica ovise samo o njihovim položajima i brzinama u određenom trenutku u vremenu. Teorija struna je ne-lokalna teorija, što znači da interakcije između struna ovise o njihovoj cjelokupnoj povijesti i oblicima u prostor-vremenu.
Kvantna teorija polja i teorija struna nisu nužno nekompatibilne, a neki se fizičari nadaju da se teorija struna može promatrati kao generalizacija kvantne teorije polja. Zapravo, teorija struna može reproducirati mnoge aspekte kvantne teorije polja uzimajući u obzir određena ograničenja i aproksimacije. Na primjer, struna se može aproksimirati točkastom česticom kada je njezina duljina mnogo manja od ljestvice udaljenosti od interesa. Nasuprot tome, neke kvantne teorije polja mogu se izvesti iz teorije struna razmatranjem određenih vrsta struna i pozadine.
Ovo su nekoliko pitanja i odgovora u interviju koji su radili Susan Kruglinski i Oliver Chanarin za discoveri casopis:
Nazvali ste stvarne implikacije kvantne fizike besmislenim. Koji je vaš prigovor?
O: Kvantna mehanika je nevjerovatna teorija koja objašnjava sve stvari koje se prije nisu mogle objasniti, počevši od stabilnosti atoma. Ali kada prihvatite neobičnost kvantne mehanike [u makro svijetu], morate odustati od ideje prostora-vremena kakvu poznajemo od Einsteina. Najveća je neobičnost ovdje što nema smisla. Ako se pridržavate pravila, smislite nešto što jednostavno nije u redu.
P: U kvantnoj mehanici objekt može postojati odjednom u mnogim stanjima, što zvuči ludo. Kvantni opis svijeta izgleda potpuno suprotan svijetu kakav ga doživljavamo.
O: To nema nikakvog smisla, a postoji jednostavan razlog. Vidite, matematika kvantne mehanike ima dva dijela. Jedna je evolucija kvantnog sistema, koja je izuzetno precizno i tačno opisana Schrödingerovom jednadžbom. Ta jednadžba vam govori ovo: Ako znate kakvo je stanje sistema sada, možete izračunati šta će raditi za 10 minuta. Međutim, postoji drugi dio kvantne mehanike – stvar koja se događa kada želite izvršiti mjerenje. Umjesto da dobijete jedan odgovor, koristite jednadžbu za izradu vjerovatnoće određenih ishoda. Rezultati ne kažu: “To svijet radi.” Umjesto toga, oni samo opisuju vjerovatnoću da to učini bilo što. Jednadžba bi svijet trebala opisivati na potpuno deterministički način, ali to ne čini.
P: Erwin Schrödinger, koji je stvorio tu jednadžbu, smatran je genijem. Sigurno je cijenio taj sukob.
O: Schrödinger je toga bio svjestan kao i svi drugi. Govori o svojoj hipotetičkoj mački i kaže, manje-više, “U redu, ako vjerujete u ono što kaže moja jednadžba, morate vjerovati da je ova mačka istovremeno mrtva i živa.” Kaže, „To su očito gluposti, jer to nije tako. Stoga, moja jednadžba ne može biti ispravna za mačku. Dakle, mora biti uključen neki drugi faktor. “
P: Dakle, sam Schrödinger nikada nije vjerovao da analogija mačaka odražava prirodu stvarnosti?
O: O da, mislim da je na to ukazivao. Mislim, pogledajte tri najveće figure u kvantnoj mehanici, Schrödinger, Einstein i Paul Dirac. Svi su oni u određenom smislu bili kvantni skeptici. Dirac je taj koga ljudi najviše iznenađuju, jer je postavio čitav temelj, opći okvir kvantne mehanike. Ljudi o njemu misle kao o tvrdoj liniji, ali bio je vrlo oprezan u onome što je rekao. Kada su ga pitali: “Koji je odgovor na problem mjerenja?” njegov odgovor je bio, „Kvantna mehanika je privremena teorija. Zašto bih tražio odgovor u kvantnoj mehanici? ” Nije vjerovao da je to istina. Ali ovo nije rekao puno naglas.
P: Ipak, analogija Schrödingerove mačke uvijek se predstavlja kao čudna stvarnost koju moramo prihvatiti. Ne pokreće li koncept mnoge današnje ideje o teorijskoj fizici?
O: Tako je. Ljudi ne žele mijenjati Schrödingerovu jednadžbu, vodeći ih ka onome što se naziva interpretacijom kvantne mehanike “mnogih svjetova”.
P: Ta interpretacija kaže da se sve vjerovatnoće igraju negdje u paralelnim univerzumima?
O: Kaže se OK, mačka je nekako živa i mrtva u isto vrijeme. Da biste pogledali tu mačku, morate postati superpozicija [dvije države koje postoje istovremeno] od toga da vidite živu mačku i vidite mrtvu mačku. Naravno, čini se da to ne doživljavamo, pa fizičari moraju reći, pa, nekako, vaša svijest kreće jednim ili drugim putem, a da vi to ne znate. Doveli ste se do potpuno ludog gledišta. Uvedeni ste u ove stvari “mnogih svjetova”, koje nemaju nikakve veze s onim što zapravo opažamo.
P: Ideja o paralelnim univerzumima – mnogim svjetovima – je ideja veoma usredsređena na čoveka, kao da sve treba shvatiti iz perspektive onoga što možemo detektovati sa svojih pet čula.
O: Problem je u tome šta možete učiniti s tim? Ništa. Želite fizičku teoriju koja opisuje svijet koji vidimo oko sebe. To je ono što je fizika oduvijek bila: Objasnite šta svijet koji vidimo čini i zašto ili kako to čini. Kvantna mehanika mnogih svjetova to ne radi. Ili to prihvaćate i pokušavate to razumjeti, što čini mnogo ljudi, ili, poput mene, kažete ne – to je izvan granica onoga što nam kvantna mehanika može reći. Što je začudo vrlo neobična pozicija. Moje mišljenje je da kvantna mehanika nije baš u pravu i mislim da za to postoji mnogo dokaza. To jednostavno nisu direktni eksperimentalni dokazi u okviru trenutnih eksperimenata.
P: Generalno, ideje u teorijskoj fizici djeluju sve fantastičnije. Uzmi teoriju struna. Sve što govori o 11 dimenzija ili postojanju našeg svemira na gigantskoj membrani djeluje nadrealno.
O: Potpuno ste u pravu. I u određenom smislu, krivim kvantnu mehaniku, jer ljudi kažu, „Pa, kvantna mehanika je tako neintuitivna; ako vjerujete u to, možete vjerovati u sve što je neintuitivno. ” Ali, vidite, kvantna mehanika ima puno eksperimentalne podrške, tako da morate ići s puno nje. Dok teorija struna nema eksperimentalnu potporu.
P: Razumijem da ovu kritiku kvantne mehanike izlažete u svojoj novoj knjizi.
O: Knjiga se zove Moda, vjera i fantazija u novoj fizici svemira. Svaka od tih riječi označava glavnu ideju teorijske fizike. Moda je teorija struna; fantazija ima veze s raznim kosmološkim shemama, uglavnom inflatornom kosmologijom [što sugerira da se svemir eksponencijalno napuhao u malom djeliću sekunde nakon Velikog praska]. Velike ribe, to su stvari. Gotovo je svetogrdno ih napadati. A druga, još bogohulnija, je kvantna mehanika na svim nivoima – tako da je to vjera. Ljudi su nekako stekli stav da zaista ne možete dovesti u pitanje.
P: Prije nekoliko godina rekli ste da je gravitacija ono što razdvaja klasični svijet od kvantnog. Postoji li dovoljno ljudi koji postavljaju kvantnu mehaniku na ovakav test?
O: Ne, iako je nekako ohrabrujuće da ljudi uopće rade na tome. Nekad se o tome razmišljalo kao o nekoj vrtoglavoj, rubnoj aktivnosti koju su ljudi mogli raditi kad su ostarili i otišli u penziju. Pa, stara sam i penzionisana! Ali to se ne smatra središnjom, već glavnom aktivnošću, što je šteta.
P: Nakon Newtona, i opet nakon Einsteina, način na koji su ljudi razmišljali o svijetu promijenio se. Kada se riješi zagonetka kvantne mehanike, hoće li doći do nove revolucije u razmišljanju?
P: Teško je prognozirati. Ernest Rutherford rekao je da njegov model atoma [koji je doveo do nuklearne fizike i atomske bombe] nikada neće biti od koristi. Ali da, bio bih prilično siguran da će to imati ogroman utjecaj. Postoje stvari poput toga kako bi se kvantna mehanika mogla koristiti u biologiji. Na kraju će to napraviti ogromnu razliku, vjerojatno na sve vrste nezamislivih načina.
P: U svojoj knjizi Carev novi um postavili ste da svijest nastaje kvantnim fizičkim djelovanjima unutar ćelija mozga. Dvije decenije kasnije, da li ostajete pri tome?
O: Po mom mišljenju, svjesni mozak ne djeluje u skladu s klasičnom fizikom. Ne djeluje ni prema konvencionalnoj kvantnoj mehanici. Djeluje prema teoriji koju još uvijek nemamo. Ovo je pomalo glavom, ali mislim da je pomalo poput otkrića Williama Harveyja o cirkulaciji krvi. Otkrio je da mora cirkulirati, ali vene i arterije samo propadaju, pa kako bi krv mogla prelaziti s jedne na drugu? A on je rekao, “Pa to su sigurno male cijevi, i mi ih ne možemo vidjeti, ali one moraju biti tamo.” Nitko neko vrijeme nije vjerovao. Tako da se još uvijek nadam da ću pronaći tako nešto – neku strukturu koja čuva koherentnost, jer vjerujem da bi to trebalo biti tamo.
P: Kada fizičari konačno shvate srž kvantne fizike, kako mislite da će izgledati teorija?
Dvije verzije stvarnosti mogu postojati istodobno, barem u kvantnom svijetu, prema novom istraživanju.
Naučnici su sproveli testove kako bi pokazali teorijsko pitanje fizike prvo postavljeno kao puki misaoni eksperiment prije par desetljeća.
U okviru koncepta, dva imaginarna znanstvenika smatraju se ispravnima, iako su došli do potpuno različitih zaključaka.
Demonstracija toga u praksi stoga dovodi u pitanje osnovna pitanja o fizici i sugerira da ne postoji takva stvar kao objektivna stvarnost.
Rezultati su objavljeni na arXiv, mjestu za istraživanje koje tek treba proći cjelovitu recenziju, britanski tim sa sjedištem na Univerzitetu Heriot-Watt.
Oni su krenuli da istražuju “Wignerov prijatelj”, nazvan po nobelovom nagrađivanom fizičaru Eugeniju Wigneru koji je došao 1961. godine, a koji je zasnovan na ideji da foton, odnosno čestica svetlosti, može postojati u dva moguća stanja.
Prema zakonima kvantne mehanike, ova „superpozicija“ znači polarizacija fotona – ili os na kojoj se vrti – istovremeno je i vertikalna i horizontalna.
Međutim, jednom kada jedan znanstvenik u izoliranoj laboratoriji izmjeri foton, otkriva da je polarizacija fotona fiksirana bilo vertikalno ili vodoravno.
Istovremeno, za nekoga ko je izvan laboratorije i nije svjestan rezultata, neizmjereni foton i dalje je u stanju superpozicije.
Uprkos ovim naizgled suprotstavljenim stvarnostima, obje su tačne.
U svojoj novoj studiji, fizičari su mogli eksperiment izvesti u stvarnost, koristeći stvarne fotone i mjernu opremu koja je stajala za Wignera i njegovog “prijatelja”.
Svojim rezultatima bili su u stanju potvrditi da su dvije stvarnosti koje je Wigner opisao istinite.
“Oboje možete potvrditi”, rekao je koautor studije dr Martin Ringbauer za Live Science, objašnjavajući kako ovaj zbunjujući koncept može napraviti skok sa teorije na stvarnost.
Teoretski napredak bio je potreban za formulisanje problema na način koji je eksperimentalno provjerljiv“, rekao je.
„Tada je eksperimentalnoj strani bilo potrebno razvoj događaja u kontroli kvantnih sistema da bi implementirao nešto takvo.“
Iako se eksperiment i njegovi rezultati mogu činiti svijetom – ili čak univerzumom udaljeni – od svakodnevnog života, on postavlja fizičarima duboka i uznemirujuća pitanja o prirodi stvarnosti.
„Naučna metoda se oslanja na činjenice, utvrđene ponovljenim mjerenjima i dogovorene univerzalno, nezavisno od toga ko ih je posmatrao“, napisao je tim u svom radu.
Uloga kvantne mehanike je opisati svijet u tako malom obimu da se konvencionalna pravila fizike ne primjenjuju. Ako se mjerenja iz ovog polja ne mogu smatrati apsolutnim, to bi moglo promijeniti način na koji disciplina funkcionira.
“Čini se da se, za razliku od klasične fizike, rezultati mjerenja ne mogu smatrati apsolutnom istinom, već ih se mora shvatiti u odnosu na posmatrača koji je izvršio mjerenje”, rekao je dr. Ringbauer.
“Priče koje pričamo o kvantnoj mehanici moraju se tome prilagoditi.”
Simetrija je bila jedno od vodećih načela fizičara u traženju osnovnih prirodnih zakona. Što znači da zakoni prirode imaju simetriju? To znači da zakoni izgledaju isto i prije i nakon operacije, slično ogledalskoj refleksiji.
Fizičari su u svojim zakonima tražili zakone koji objašnjavaju i mikroskopski svijet elementarnih čestica, kao i makroskopski svijet univerzuma i Velikog praska, očekujući da bi takvi temeljni zakoni trebali biti simetrije u svim okolnostima. Međutim, prošle godine su dvojica fizičara pronašla teorijski dokaz da na najosnovnijem nivou priroda ne poštuje simetriju.
Kako su to uradili? Gravitacija i hologram
U fizičkom svijetu postoje četiri temeljne sile: elektromagnetizam, jaka sila, slaba sila i gravitacija. Gravitacija je jedina sila koja je još uvijek neobjašnjiva na kvantnom nivou. Njeni efekti na velike objekte, poput planeta ili zvijezda, relativno se lako mogu vidjeti, ali stvari se kompliciraju kada čovjek pokuša razumjeti gravitaciju u malom svijetu elementarnih čestica.
Da bi pokušali shvatiti gravitaciju na kvantnom nivou, Hirosi Ooguri, direktor Kavli instituta za fiziku i matematiku svemira u Tokiju, i Daniel Harlow, docent na Massachusetts Institute of Technology, započeli su s holografskim principom. Ovaj princip objašnjava trodimenzionalne pojave pod utjecajem gravitacije na dvodimenzionalnom ravnom prostoru na koji gravitacija ne utječe. Ovo nije stvarno predstavljanje našeg svemira, ali je dovoljno blizu da istraživačima pomogne u proučavanju njegovih osnovnih aspekata.
Par je zatim pokazao kako kvantni kod za ispravljanje grešaka, koje objašnjavaju kako trodimenzionalni gravitacijski fenomeni iskaču iz dvije dimenzije, poput holograma, nisu kompatibilni s bilo kojom simetrijom; što znači da takva simetrija ne može biti moguća u kvantnoj gravitaciji.
“Mislim da sa sigurnošću mogu reći da niko zapravo ne razumije kvantnu mehaniku”, primijetio je fizičar i nobelovac Richard Feynman. To nije iznenađujuće. Nauka postiže napredak suočavajući se s našim nedostatkom razumijevanja, a kvantna mehanika ima reputaciju posebno tajanstvene.
Ono što iznenađuje je da se čini da su se fizičari pomirili da ne shvataju najvažniju teoriju koju imaju.
Kvantna mehanika koju je postepeno razvijala grupa sjajnih umova tokom prvih decenija 20. vijeka neverovatno je uspješna teorija. Treba nam da objasnimo kako atomi propadaju, zašto zvijezde sjaju, kako djeluju tranzistori i laseri i, po tom pitanju, zašto su stolovi i stolice čvrsti, a ne da se odmah sruše na pod.
Naučnici mogu sa sigurnošću koristiti kvantnu mehaniku. Ali smatra se crnom kutijom. Možemo uspostaviti fizičku situaciju i predvidjeti što će se sljedeće dogoditi i provjeriti do spektakularne tačnosti. Ono što mi n tvrdimo jest da razumijemo kvantnu mehaniku. Fizičari ne razumiju bolje vlastitu teoriju nego što tipični korisnik pametnih telefona razumije šta se događa unutar uređaja.
Postoje dva problema. Jedan je da se čini da kvantna mehanika, onako kako je šifrirana u udžbenicima, zahtijeva zasebna pravila o tome kako se kvantni objekti ponašaju kada ih ne gledaju i kako se ponašaju kad ih promatraju. Kad se ne gledaju, postoje u “superpozicijama” različitih mogućnosti, kao što su na bilo kojem od različitih mjesta u prostoru. Ali kad pogledamo, oni odjednom zalaze na samo jedno mjesto, a ponekad i tamo gdje ih vidimo. Ne možemo da predviđamo tačno koja će biti lokacija; najbolje što možemo učiniti je izračunati vjerojatnost različitih ishoda.
Čitava stvar je bezumna. Zašto su promatranja posebna? Što se uopće smatra “opažanjem”? Kada se to tačno događa? Treba li ga obavljati osoba? Je li svijest uključena u osnovna pravila stvarnosti? Zajedno su ta pitanja poznata kao “problem mjerenja” kvantne teorije.
Drugi problem je što se ne slažemo oko toga što kvantna teorija zapravo opisuje, čak i kada ne vrši mjerenja. Mi opisujemo kvantni objekt kao što je elektron u smislu “talasne funkcije”, koji prikuplja superpoziciju svih mogućih mjerenja u jedan matematički objekt. Kada se ne promatra, valne funkcije razvijaju se prema poznatoj jednadžbi koju je napisao Erwin Schrödinger.
Ali što je valna funkcija? Je li to cjelovit i sveobuhvatan prikaz svijeta? Ili su nam potrebne dodatne fizičke veličine da bismo potpuno uhvatili stvarnost, s tim da su Albert Einstein i drugi suspendirani? Ili funkcija valova uopće nema izravnu vezu s stvarnošću, već samo karakterizira naše osobno neznanje o tome što ćemo na kraju mjeriti u svojim eksperimentima?
Sve dok fizičari definitivno ne odgovore na ta pitanja, stvarno ne mogu reći da razumiju kvantnu mehaniku – pa tako i Feynmanov lament. Što je loše, jer je kvantna mehanika najosnovnija teorija koju imamo, stojeći kvadratno u središtu svakog ozbiljnog pokušaja formuliranja dubokih prirodnih zakona. Ako nitko ne razumije kvantnu mehaniku, nitko ne razumije i Svemir.
Tada biste prirodno pomislili da bi razumijevanje kvantne mehanike bio apsolutno najveći prioritet među fizičarima širom svijeta. Istraživanje temelja kvantne teorije trebalo bi biti glamur specijalnosti unutar polja, privlačiti najsjajnije umove, najviše plate i najprestižnije nagrade. Fizičari, zamislite, ne bi se zaustavili ni pred čim dok ne bi istinski razumjeli kvantnu mehaniku.
Stvarnost je upravo obrnuta. Malo modernih odjela za fiziku ima istraživača koji rade na razumijevanju osnova kvantne teorije. Naprotiv, studenti koji pokazuju zanimanje za temu nežno su, ali čvrsto – možda i ne tako nježno – upućeni da šute i računaju. Profesori koji budu zainteresovani mogli bi vidjeti kako im se nova za istraživanje uskraćuje, njihove kolege zamjeraju im da su izgubili zanimanje za ozbiljan rad.
To traje od 1930-ih, kada su fizičari kolektivno odlučili da ono što je važno nije razumijevanje same kvantne mehanike; Ono što je važno bilo je korištenje skupa ad hoc kvantnih pravila za izradu modela čestica i materijala. Poduhvat razumjevanja se smatrao nejasno filozofskim i nepobitnim. Jednog se podsjeća na Ezopovu lisicu koja je odlučila da će grožđe koje ne može dohvatiti vjerojatno biti kiselo i ionako nije za poželjeti. Fizičari odgojeni u modernom sustavu pogledat će vam u oči i objasniti sa svom iskrenosti da zapravo nisu zainteresirani za razumijevanje kako priroda zaista djeluje; samo žele uspješno predvidjeti ishode eksperimenata.
Takav stav možemo pratiti do zore moderne kvantne teorije. Dvadesetih godina prošlog vijeka desila se serija poznatih rasprava između Einsteina i Nielsa Bohra, jednog od osnivača kvantne teorije. Ajnštajn je tvrdio da se suvremene verzije kvantne teorije podižu na nivo kompletne fizičke teorije i da bismo trebali pokušati dublje kopati. Ali Bohr se osjećao drugačije, inzistirajući na tome da je sve u redu. Mnogo akademsko suradnički i retorički uvjerljiviji od Ajnštajna, Bohr je ostvario odlučujuću pobjedu, barem u bitci za odnose s javnošću.
Nisu svi bili sretni što je Bohrov pogled prevladao, ali ti su se ljudi obično sputavali ili bili udaljeni s terena. Pedesetih godina prošlog vijeka fizičar David Bohm, kojeg je Einstein navodio, predložio je genijalan način dogradnje tradicionalne kvantne teorije kako bi se rješio problem mjerenja. Werner Heisenberg, jedan od pionira kvantne mehanike, odgovorio je etiketiranjem teorije “suvišnom ideološkom nadgradnjom”, a Bohmov bivši mentor Robert Oppenheimer namignuo je: “Ako ne možemo opovrgnuti Bohma, moramo se složiti da ga ignoriramo.”
Otprilike u isto vrijeme, diplomski student po imenu Hugh Everett izmislio je teoriju “mnogih svjetova”, još jedan pokušaj da se riješi problem s mjerenjima, samo da bi ga ismijavali Bohovi branitelji. Everett čak nije ni pokušao ostati u akademiji, okrećući se obrambenoj analizi nakon što je diplomirao.
Novije rješenje problema s mjerenjima koje su predložili fizičari Giancarlo Ghirardi, Alberto Rimini i Tulio Weber nepoznato je većini fizičara.
Ove ideje nisu jednostavno “tumačenja” kvantne mehanike. To su legitimno različite fizičke teorije, s potencijalno novim eksperimentalnim posljedicama. Ali njih je većina zanemarila. Godinama je vodeći časopis za fiziku vodio eksplicitnu politiku da se radovi o osnovama kvantne mehanike odbacuju.
Naravno, postoji beskonačan broj pitanja zbog kojih bi se naučnici mogli odlučiti brinuti i moraju prioritizirati. Tijekom 20. stoljeća fizičari su zaključili da je za kvantnu mehaniku važnije da radi nego shvatiti kako funkcionira. I da budem iskren, dio njihovog rezonovanja bio je da je teško zapravo vidjeti put prema naprijed. Koji su se eksperimenti mogli učiniti koji bi mogli rasvijetliti problem s mjerenjima?
Situacija možda mijenja, iako postepeno. Sadašnja generacija filozofa fizike kvantnu mehaniku shvaća vrlo ozbiljno i učinili su presudno važan posao unoseći konceptualnu jasnoću u polje. Empirijski misleći fizičari shvatili su da se fenomen mjerenja može direktno ispitati dovoljno suptilnim eksperimentima. I napredak tehnologije doveo je do pitanja o kvantnim računalima i kvantnim informacijama. Zajedno, ovi bi trendovi mogli još jednom respektabilno razmisliti o osnovama kvantne teorije, kao što je to bilo ukratko u danima Ajnštajna i Bora.
U međuvremenu se ispostavilo da stvarnost zapravo može biti važna. Naši najbolji pokušaji da razumijemo fundamentalnu fiziku postigli su nešto zamagljeno, stihirano pakošću iznenađujuće novih eksperimentalnih rezultata. Naučnici su otkrili Higgsov bozon 2012. godine, ali to je bilo predviđeno 1964. Gravitacijski talasi trijumfalno su primijećeni 2015., ali predviđali su se stotinu godina prije. Teško je postići napredak kada podaci samo potvrđuju teorije koje imamo, umjesto da upućuju na nove.
Problem je u tome što, unatoč uspjehu naših trenutnih teorija u fitovanju podataka, i dalje nisu konačni odgovor jer su interno nedosljedne. Gravitacija se ne uklapa u okvir kvantne mehanike kao što to čine naše druge teorije. Eventualno je moguće – možda čak i potpuno razumno – zamisliti da nam nesposobnost razumijevanja same kvantne mehanike stoji na putu.
Nakon gotovo jednog stoljeća pretvaranja da razumijevanje kvantne mehanike nije ključan zadatak za fizičare, ovaj izazov moramo shvatiti ozbiljno.
Promatranje ne-Abelovog efekta Aharonov-Bohm, predviđenog prije desetljeća, može ponuditi korak ka kvantnim računalima otpornim na greške.
Egzotični fizički fenomen, koji uključuje optičke valove, sintetička magnetna polja i preokret vremena, direktno je primijećen prvi put, nakon desetljeća pokušaja. Novo otkriće moglo bi dovesti do realizacije onoga što je poznato kao topološka faza i na kraju do napretka prema kvantnim računalima otpornim na greške, kažu istraživači.
Novo otkriće uključuje neabelijski efekt Aharonov-Bohm, a objavljeno je u časopisu Science od MIT istraživača Yang, MIT gostujućeg stipendiste Chao Peng (profesor na Pekinškom univerzitetu), student MIT-a Di Zhu, profesora Hrvoje Buljan na Sveučilište u Zagrebu u Hrvatskoj, Francis Wright Davis, profesor fizike John Joannopoulos na MIT-u, profesor Bo Zhen sa Sveučilišta u Pennsylvaniji i profesor fizike MIT Marin Soljačić.
Nalaz se odnosi na kalibracijska polja, koja opisuju transformacije kroz koje prolaze čestice. Mjeračka polja spadaju u dvije klase, poznate kao abelijanska i neabelovska. Učinak Aharonov-Boh, nazvan po teoretičarima koji su ga predviđali 1959. godine, potvrdio je da kalibra polja – osim što su čista matematička pomoć – imaju fizičke posljedice.
Ali opažanja su djelovala samo u abelovskim sustavima ili onima u kojima su mjerna polja komutativna – to jest, odvijaju se na isti način i naprijed i natrag u vremenu. 1975. godine Tai-Tsun Wu i Chen-Ning Yang stvorili su efekat neabelijskog režima kao misaoni eksperiment. Ipak, ostaje nejasno je li uopće moguće primijetiti učinak u neabelovskom sustavu. Fizičarima je nedostajao način stvaranja efekta u laboratoriji, a nedostajali su i načini detekcije efekta čak i ako se on može proizvesti. Sada su obje te zagonetke riješene, a zapažanja uspješno izvedena.
Učinak ima veze sa jednim od čudnih i kontratuktivnih aspekata moderne fizike, činjenicom da su gotovo sve temeljne fizičke pojave vremenski invazivne. To znači da detalji načina na koji čestice i sile međusobno djeluju mogu kretati prema naprijed ili nazad u vremenu, a film o tome kako se događaji odvijaju može se odvijati u bilo kojem smjeru, tako rečeno da ni na koji način ne mogu reći koja je prava verzija. Ali nekoliko egzotičnih pojava krši ovu simetriju.
Stvaranje abelovske verzije efekata Aharonov-Bohm zahtijeva kršenje vremenske preokretne simetrije i sam po sebi izazovan zadatak, kaže Soljačić. No, za postizanje neabelovske verzije efekta potrebno je višestruko i na različite načine prekinuti taj preokret, što ga čini još većim izazovom.
Za postizanje efekta, istraživači koriste polarizaciju fotona. Zatim su proizveli dve različite vrste preokretanja vremena. Koriste se optičkim vlaknima za proizvodnju dvije vrste mjerača koja utječu na geometrijske faze optičkih valova, prvo šaljući ih kroz kristalno pristrasan snažnim magnetskim poljem, a drugi modulirajući ih vremenski promjenjivim električnim signalima, a oba prekidaju simetrija preokreta vremena. Tada su mogli proizvesti uzorke smetnji koji su otkrivali razlike u načinu na koji je svjetlost utjecala kada je poslata kroz optički sistem u suprotnim smjerovima, u smjeru kazaljke na satu ili u suprotnom smjeru. Bez kršenja vremenske obrnute invazije, snopovi su trebali biti identični, ali umjesto toga, njihovi uzorci interferencija otkrili su specifične setove razlika kako su predviđali, pokazujući detalje neuhvatljivog efekta.
Izvorna, abelovska verzija efekta Aharonov-Bohm “primijećena je s nizom eksperimentalnih napora, ali ne-Abelov efekt do sada nije primijećen”, kaže Yang. Nalaz „omogućava nam da radimo mnoge stvari“, kaže on, otvarajući vrata širokom spektru potencijalnih eksperimenata, uključujući klasične i kvantne fizičke režime, kako bismo istražili varijacije efekta.
Izvor: MIT i https://science.sciencemag.org/content/365/6457/1021
Ovo je iznenađujuće drevno pitanje. To je bio Aristotel koji je prvi put uveo jasnu razliku kako bi pomogao napraviti smisao od ovog. On je razlikovao između dvije vrste beskonačnosti. Jednu od njih je nazvao potencijalnu beskonačnost: ovo je vrsta beskonačnosti koja karakterizira beskrajan Svemir ili beskrajan popis, na primjer prirodni brojevi 1,2,3,4,5, …, koji se nastavljaju zauvijek. To su popisi ili rasporedi koji nemaju kraj ili granicu: nikad ne možete doći do kraja svih brojeva unosom ih, ili kraj beskrajanog svemira putujući u svemirskom brodu. Aristotel je bio vrlo sretan zbog tih potencijalnih beskonačnosti, priznao je da one postoje i one nisu stvorile nikakav veliki skandal u načinu razmišljanja o Svemiru.
Aristotel je razlikovao potencijalne beskonačnosti od onoga što je zvao stvarna beskonačnost. To bi bilo nešto što možete mjeriti, nešto lokalno, na primjer gustoća ili sijaj ili temperatura objekta, postaje beskonačna na određenom mjestu ili vremenu. Ti bi mogao susresti ovu beskonačnost na lokalnoj razini Svemira. Aristotel je zabranio stvarne beskonačnosti: rekao je da ne mogu postojati. Ovo je povezano s njegovim drugim uvjerenjem da ne može biti savršeni vakuum u prirodi. Ako bi mogao, vjerovao je da možeš gurati i ubrzati objekt do beskonačne brzine, jer se neće susresti s otporom.
Za nekoliko hiljada godina Aristotelova filozofija podupirala je zapadnu dogmu i uvjerenje o prirodi Svemira. Ljudi su i dalje vjerovali da stvarne beskonačnosti ne postoje, zapravo jedina stvarna beskonačnost koja je trebala da postoji bila je božanska.
Matematičke beskonačnosti Ali u svijetu matematike stvari su se promijenile krajem 19.-og vijeka kada je matematičar Georg Cantor razvio suptilniji način definisanja matematičkih beskonačnosti. Kantor je prepoznao da postoji najmanja vrsta beskonačnosti: beskrajna lista prirodnih brojeva 1,2,3,4,5, …. On ih je nazvalo brojna beskonačnost. Bilo koja druga beskonačnost koja bi mogla biti prebrojajući se svojim članovima u jedan-na-jedan korespondenciji sa prirodnim brojevima takođe se naziva brojnom beskonačnosti.
Ova ideja imala je neke šokantne posljedice. Na primjer, lista svih parnih brojeva su takođe brojne beskonačnosti. Intuitivno mislite ima samo polovina beskonačnosti prirodnih brojeva jer to bilo bi tačno za konačnu listu. Ali kad postane lista beskrajna to više nije tačno. Možete nacrtati liniju od 1 do 2 i od 2 do 4 i od 3 do 6 i tako dalje za dvije liste. Svaki parni broj biće povezan sa jednim brojem na listi prirodnih brojeva, pa tako su toliko brojeva na jednoj listi koliko ih ima u drugoj. Ovu činjenicu prvi put je primijetio Galileo (iako je brojao kvadrate 1, 4, 9, 16, …, umjesto parnih brojeva) koji je pomislio da je to tako previše čudno da dalje razmišlja o beskonačnim zbirkama stvari. On je mislio je da je beskonačnost nešto opasno paradoksalno. Za Cantor, ipak, ova mogućnost stvaranja korespondencije jedan-na-jedan između skupa brojeva i podsetova je osobina beskonačnih nizova.
Kantor je zatim pokazao da postoje i druge vrste beskonačnosti koje su u nekom smislu beskrajno veće jer se na taj način ne mogu računati. Jedna takva beskonačnost spisak svih realnih brojeva. Ne postoji recept za njihovo sistematsko navođenje. Ova beskrajna beskonačnost se naziva kontinuumom.
Ali pronalazak ovog beskrajno većeg skupa realnih brojeva nije bio kraj priče. Kantor je pokazao da možete naći beskonačno veće komade i tako bez kraja: nije bilo najveće moguće beskonačne zbirke stvari. Ako vam je neko predstavio beskonačni set A, vi možete stvoriti veći koji nije u pojedinačnoj korespondenciji sa A samo pronalaženjem zbirke svih mogućih podgrupa A. Ova nevjerovatna kula beskonačnosti je ukazala na nešto nazvano apsolutnom beskonačnošću – na nedostižan samit kule beskonačnosti.
Matematički, Cantor je tretirao infinitete ne samo kao potencijal, ali kao stvarnost. Možete dodati zajedno beskonačnost plus još jedna brojna beskonačnost – i tako dalje. Bila je velika rasprava u matematici o tome da li je ovo dozvoljeno. Neki matematičari misle da su dozvoljavajući Kantorove transfinitne količine, kako su ih zvali, u matematiku, uvodili neku vrstu suptilne kontradikcije negdje. A ako uvedete kontradikcije u logičan sistem, onda ćete na kraju moći da dokažete da je sve tačno, tako da bi to dovelo do kolapsa čitavog sistema matematike.
Ova briga je dovela do konstruktivističke matematike, koja samo dozvoljava matematičke objekte koje možete konstruisati konačnim nizom logičkih argumenta. Tada tvoja matematika postaje malo kao što može računar da uradi. Postavili ste određene aksiome i samo stvari koje se od njih mogu zaključiti konačnim nizom logičnih koraka koje se smatraju istinitim. To znači da nije dozvoljeno koristiti dokaz kontradiktornosti (ili zakon izuzete sredine) kao aksiom, predlažejući da nešto ne postoji, a zatim da proizvede kontradiktornost iz tog prijedloga da zaključi da mora postojati. Zagovornici konstruktivisti devetnaestog vijeka su bili holandski matematičar LEJ Brouwer i Leopold Kroneker i iz dvadesetog vijeka Hermann Vejl. Još uvek ima nekih matematičara koji žele da definišu matematiku na ovaj način iz filozofskih razloga i drugi koji su samo zainteresovani za ono što možete dokazati ako to definišete na ovaj ograničen način.
Ali generalno, Kantorove ideje su prihvaćene i danas formiraju svoju vlastitu podružnicu čiste matematike. To je dovelo da neki filozofi pa čak i neki teolozi preispitaju svoje drevne stavove prema beskonačnosti. Zato što su sasvim drugačije varijante beskonačnosti, jasno je da ne morate gledati na izgled matematičke beskonačnosti kao neke vrste izazova za božanstveno kao što su vjerovali srednjovekovni teolozi. Kantorove ideje su u početku zapravo uzvišeni je uzimali savremeni teolozi nego matematičari.
Naučnici su takođe počeli razlikovati između matematičkih i fizičkih beskonačnosti. U matematici, ako nešto kažeš “postoji”, mislite da ne predstavlja logičnu kontradikcija uz određeni skup pravila. Ali to ne znači to može da sjedi na stolu ili da trči negdje naokolo. Jednorozi nisu logična nemogućnost, ali to ne znači da postoje biološki. Kada matematičari su pokazali da ne-evklidske geometrije mogu postojati, oni su pokazali da postoji aksiomatski sistem koji ih dozvoljava, a da nije samo-kontradiktoran.
Fizičke beskonačnosti
Tako su beskonačnosti u modernoj fizici odvojene od istraživanja beskonačnosti u matematici. Jedna oblast u fizici u kojoj se nekada predviđa beskonačnost je mehanika fluida. Na primjer talas može postati vrlo, vrlo strm i nelinearan i onda formirati šok. U jednačinama to formiranje udarnog talasa neke količine može postati beskonačno. Ali kada se to dogodi, obično pretpostavljate da je to samo neuspjeh vašeg modela. Možda ste zanemarili da uzmete u obzir trenje ili viskozitet i kada to uključite u svoje jednačine brzina gradijenta postaje konačna – ipak bi mogla biti vrlo strma, ali viskoznost u stvarnosti gladi preko beskonačnosti. U većini dijelova nauke ako vidite beskonačnost, pretpostavljate da to posljedica netačnosti ili nepotpunosti vašeg modela. U fizici čestica postojao je mnogo dugotrajniji i suptilniji problem. Kvantna elektrodinamika je najbolja teorija u čitavoj nauci, njena predviđanja su tačnija od svega što znamo o Univerzumu. Pa ipak iznošenje navedenih predviđanja uzrokuje neugodan problem: kada ste izvršili obračun za prikaz šta biste trebali posmatrati u eksperimentu dobili bi uvijek odgovor beskonačno sa dodatnim konačnim dijelom. Ako ste se onda oduzeli beskonačnost, konačni dio sa kojim ste ostali, bio je predviđanje koje ste očekivali u laboratoriji. I to je uvijek odgovaralo rezultatu eksperimenta fantastično tačno. Ovaj proces uklanjanja beskonačnosti se naziva renormalizacijom. Mnogi poznati fizičari su to smatrali duboko nezadovoljavajućim. Mislili su da bi to mogao biti simptom pogrešne teorije.
Zbog toga je teorija struna stvorila veliko uzbuđenje u osamdesetim godinama i zašto je to iznenada postalo istraženo od strane velikog broja fizičara. Bilo je prvi put da su fizičari čestica našli konačnu teoriju, teoriju koja nije imala ove beskonačnosti. To je zamenilo tradicionalni pojam da najosnovniji entiteti u teoriji (na primjer fotoni ili elektroni) treba da budu objekti poput tačke koji se kreću kroz prostor i vrijeme. Umjesto toga, teorija struna smatra da su najosnovniji entiteti linije ili male petlje koje prave cijevi dok se kreću. Kada imate dvije tačkaste čestice koje se kreću kroz prostor i interaguju, to je kao da dvije linije udaraju jedna u drugu i formiraju oštar ugao na mjestu gdje se susreću. Taj je oštar ugao slika koja je izvor beskonačnosti u opisu. Ali ako imate dvije petlje koje se nalaze zajedno, to je više kao dvije nogavice od pantalona. Zatim još dva para izlaze iz interakcije što je slično kao da ste zašili jedne pantalone za druge. Dobijete blag prijelaz. Zbog toga je teorija struna bila privlačna, jer je bila prva konačna teorija fizike čestica.
Kosmološke beskonačnosti
Pojavljuje se još jedna vrsta beskonačnosti u gravitacionoj teoriji i kosmologiji. Einsteinova teorija opšte relativnost sugeriše da je sveobuhvatni univerzum započet u vremenu u krajnjoj prošlosti kada je bila njegova gustina beskonačna- to je ono što zovemo Big Bang. Einsteinova teorija takođe predviđa da ako padnete u crnu rupu i ima mnogo crnih rupa u našoj Galaksiji i u blizini, nalazili biste u beskonačnoj gustini u centru. Ove beskonačnosti, ako postoje, biće stvarne beskonačnosti.
Ljudi različito gledaju na ove beskonačnosti. Kosmolozi koji dolaze iz fizike čestica i zainteresovani su za šta teorija struna ima reći o početku Univerzuma imaju tendenciju da smatraju da ove beskonačnosti nisu stvarne, da su one samo artefakt nedovršenog karaktera naše teorije. Ima i drugih, Rodžer Penrose na primjer, misli da početna beskonačnost Univerzuma igra veoma važnu ulogu u strukturi fizike. Ali čak i ako su ove beskonačnosti artefakat, gustina i dalje postaje nevjerovatno visoka: 1096 puta veća od vode. Za sve praktične svrhe gustine su toliko visoke da nam treba bolji opis efekata kvantne teorije na karakter prostora, vremena i gravitacije da bi se razumjelo šta se tamo dešava.
Nešto vrlo čudno može se dogoditi ako pretpostavimo da će naš Univerzum eventualno prestati da se širi i sklapa ugovor nazad u drugu beskonačnost, Big crunch (veliko sažimanje). To bi moglo biti ne-simultano, jer neki dijelovi Univerzuma, gde postoje galaksije i tako dalje, gušći su od drugih. Mjesta koja su gušća će se naći u njihovoj budućnosti u beskonačnosti prije regiona niske gustine. Prema ovom mi bi mogli vidjeti već sad da se kraj Univerzuma dešava na drugim mestima – vidjeli bi smo nešto beskonačno. Možda ćete vidjeti dokaze o kraju vremena i prostora drugdje.
Ali teško je precizno predvideti šta ćete vidjeti ako se negdje stvori beskonačnost. Naš Univerzuma u ovom trenutku, ima čudan odbrambeni mehanizam. A jednostavno tumačenje stvari sugeriše da se javlja beskonačna gustina u centru svake crne rupe, što je baš kao beskonačnost na kraju svemira. Ali crna rupa stvara horizont oko ovog fenomena: čak ni svjetlost ne može pobjeći iz njene okoline. Znači, mi smo izolovani, ne vidimo šta se dešava na mjesta gdje gustina izgleda kao da će biti beskonačna. I na nas ne utiče beskonačnost. Ovi horizonti štite nas od posljedica mjesta gdje je bi gustina mogla biti beskonačna i sprečavaju nas da vidimo šta se dešava tamo, osim ako smo naravno u crnoj rupi.
Drugo pitanje je da li je naš Univerzum prostorski ograničen ili beskonačan.Mogao bi biti konačan, ali veličine koja je proizvoljno velika. Ali mnogim ljudima ideja o kraju Univerzuma odmah postavlja pitanje o tome šta je iza njega. Ne postoji ništa iza- Univerzum je sve što jest. Da shvatimo ovo, razmislimo o dvodimenzionalnim univerzumima jer je lakše predvidjeti. Ako podignemo list A4 papira, vidimo da ima ivice, tako kako je moguće da konačni univerzum nema prednosti? Ali poenta je da je parče papira ravno. Ako razmišljamo o zatvorenoj 2D površini koja je zakrivljena, recimo površina sfere, onda je područje sfere konačno. Ali ako hodate okolo na njoj, za razliku od ravnog papira, nikada se ne susrećete sa ivicom. Dakle zakrivljeni prostori mogu biti konačni, ali nemaju granice ili ivice.
Da bismo razumjeli rastući dvodimenzionalni Univerzum, prvo pomislimo na beskonačni slučaj u kojem Svemir izgleda isto u prosjeku gdje god gledali. Onda, gdje god da stojite i pogledate oko sebe, to izgleda kao da se Svemir širi od vas u centru jer svako mjesto je kao centar. Za konačni sferni univerzum zamislite sferu kao balon sa galaksijama označenim na površini. Kada počnete da ga naduvavate, galaksije počinju da odstupaju jedna od druge. Gde god da stojite na površini balona vidjeli biste da se sve te galaksije šire od vas kako guma se širi. Centar ekspanzije nije površina, u drugoj dimenziji, u ovom slučaju trećoj dimenziji. Dakle, naš trodimenzionalni Univerzum, ako je on konačan i pozitivno zakrivljen, ponaša se kao da je to trodimenzionalna površina imaginarne četvorodimenzionalne lopte.
Ajnštajn nam je rekao da geometriju prostora određuje gustina materijala u njemu. Npr. ako stavljate materijal na trampolin, zakrivi se. Ako u prostoru postoji puno materijala, on izaziva ogromnu depresiju i prostor se zatvara. Dakle, univerzum visoke gustine zahtjeva sferičnu geometriju i imaće konačni volumen. Ali, ako imate relativno malo materijala koji deformira prostor, dobijate negativno zakrivljeni prostor, oblikovan kao sedlo. Tako negativno zakrivljeni prostor može nastaviti da se isteže i širi zauvijek. Univerzum u maloj gustini, ako ima jednostavnu geometriju, imaće beskonačnu veličinu i zapreminu. Ali ako on ima egzotičniju topologiju, poput torusa, može takođe imati i konačni volumen. Jedna od misterija Ajnštajnovih jednadžbi je to što oni kažu kako možete izraditi geometriju iz distribucije materije, ali njegove jednačine nemaju šta da kažu o topologiji Univerzuma. Možda dublja teorija kvantna gravitacija će reći nešto o tome.
Filozofija i fizika mogu izgledati kao polarne suprotnosti, ali redovno se bave sličnim pitanjima. Nedavno su fizičari ponovo preispitivali temu sa modernim filozofskim porijklom koja se javila prije više od jednog vijeka: nestvarnost vremena. Šta ako je prolazak vremena samo iluzija? Može li svijet bez vremena imati smisla?
Iako svijet bez poznatog vremenskog perioda može izgledati čudno, velika imena u fizici, kao što su pionir teorije struna Ed Witten i teoretičar Brajan Grin, nedavno su prihvatili takvu ideju. Bezvremenska realnost može pomoći u usklađivanju razlika između kvantne mehanike i relativiteta, ali kako može imati smisao takav svijet? Ako fizika stvarno predlaže da je tok vremena iluzoran, onda filozofija može biti u stanju da osvijetli takav čudan pojam.
Britanski filozof J.M.E McTaggart je 1908. godine uveo ovu ideju u svom članku pod nazivom “Neprekidnost vremena.” Filozofi široko smatraju da je njegov članak jedan od najuticajnijih, ranih ispitivanja ove mogućnosti. Gledajući kroz McTaggartovo filozofsko sočivo, realnost bez vremena postaje malo intuitivnija i, u principu, moguća.
Priča o dva vremena
Argument McTaggart-a protiv realnosti vremena ima niz tumačenja, ali njegov argument počinje sa razlikom pogledu na slijed događaja u vremenu. Serija “A” i serija “B” čine sastavni dio argumenta McTaggart-a, a ova razlika se vidi kroz sljedeće historijske događaje.
Apol 11 je 20. jula 1969. godine postao prvi svemirski brod koji se spustio na Mjesec. Zbog argumenta, smatrajte da ovaj događaj predstavlja trenutni događaj. Nekoliko dana u prošlosti (16. jula), onda je Apolon 11 podignut s Zemlje. Pored toga, nekoliko dana u budućnosti svi astronauti misije će se spustiti na Zemlju, sigurno i zvučno. Klasifikacija događaja kao “nekoliko dana ranije” ili “nekoliko dana u budućnosti” spada u seriju “A”. Za sletanje na Mjesec, neki događaji (na primjer, Lincolnov atentat) su u dalekoj prošlosti; neki događaji su u dalekoj budućnosti (npr. inauguracija predsednika Obame); i drugi događaji pada negdje između.
U seriji “A” događaji prelaze iz jedne klasifikacije (tj. Prošlosti, sadašnjosti i budućnosti) u drugu. 16. jula, sletanje na Mjesec bi imalo svojstvo da bude u budućnosti. Trenutak kada je Apolon pristao na Mjesec, taj događaj bi bio prisutan. Nakon ovog trenutka, njegova klasifikacija se mijenja u prošlost.
Serija “B”, međutim, ne klasificira događaje na ovoj skali koji se kreću od daleke prošlosti do daleke budućnosti. Umjesto toga, serija “B” naređuje događaje zasnovane na njihovoj povezanosti sa drugim događajima. Prema ovom naređenju, Lincolnov atentat se javlja prije sletanja na Mjesec, a Obamina inauguracija se odvija nakon sletanja na Mjesec. Izgleda da ovo relaciono poređenje zauzima drugačiji način gledanja na vrijeme.
Dva vremena, jedna kontradikcija
Ovom razlikom na mjestu, McTaggart dodatno tvrdi da osnovna serija vremena zahtijeva promjenu. U seriji “B”, način na koji se ti događaji naručuju nikada se ne mijenja. Obamina inauguracija, na primjer, nikada neće promjeniti svojstva i nastupiti prije slanja na Mjesec i obrnuto. Ova relacijska svojstva se jednostavno ne mijenjaju.
Ali serija A uključuje promjene koje možemo očekivati od protoka vremena. Događaji prvo imaju svojstvo da budu u budućnosti, a onda postaju prisutni događaji. Poslije toga, oni su se kretali u prošlost. U seriji A, vrijeme ima objektivan tok i stvarna promjena se dešava. U Maktaggartovom umu (i možda umu mnogih drugih) ova promjena je neophodan aspekt vremena.
Ali ovde se nalazi kontradikcija. Ako se ovi događaji u tom smislu promijene, oni će imati kontradiktorna svojstva. McTaggart tvrdi da događaj ne može biti u prošlosti, u sadašnjosti i u budućnosti. Sva ova svojstva su nekompatibilna, pa serija A dovodi do kontradikcije. Shodno tome, vrijeme za koje se traži promjena ne postoji. Dobrodošli u bezvremenu stvarnost.
Sačekaj sekundu…
Svakako, mnogi filozofi i fizičari i dalje vjeruju u stvarnost vremena i usprotivili su se argumentu McTaggarta. Postoji veliki broj fascinantnih upozorenja i kontraprimjera koje možete pročitati na drugim mjestima. Bez obzira na to, MekTaggartov rad uticao je na brojni pristup filozofa vremenu, a njegov rad inspirirao je mnoge filozofe da uključe fiziku u svoje argumente.
Na primer, kada je Albert Ajnštajn uveo posebnu relativnost, ozbiljno je ometao našu “narodnu” koncepciju protoka vremena. U posebnoj relativnosti, nema apsolutne istovjetnosti događaja. U jednom referentnom okviru mogu se pojaviti dva događaja istovremeno. Međutim, posmatrač na brodu za ubrzavanje, može posmatrati jedan događaj koji se dešava pre drugog. Nijedan posmatrač nije u pravu u toj situaciji: to je jednostavno čudesnost koja zahteva posebna relativnost.
Shodno tome, mnogi filozofi koriste specijalnu relativnost kao dokaz protiv teorije koja podržava A seriju vremena. Ako apsolutna istovjetnost ne postoji, nema smisla reći da je jedan događaj “u sadašnjosti”. Nema apsolutnog prisustva koji prožima univerzum pod posebnom relativnošću.
Međutim, čitav argument McTaggart-a može nam pomoći da bolje razumemo čudnu fiziku na presjeku kvantne mehanike i generalne relativnosti. U pokušaju da pomire te dvije teorije, neki poznati fizičari su razvili teorije kvantne gravitacije koje podrazumijevaju da svijet nema dovoljno vremena na fundamentalni način.
Brad Monton, filozof fizike na Univerzitetu Kolorado Boulder, nedavno je objavio papir upoređujući filozofiju McTaggarta sa istaknutim teorijama u fizici, uključujući i kvantnu gravitaciju. Tokom intervjua, pitao sam ga kako neke od “vanvremenskih” ideja u kvantnoj težini upoređuju sa McTaggartom.
“Oni su u poređenju sa radikalnošću”, rekao je. “Postoji mnogo radikalnosti.”
Međutim, Monton je upozorio da kvantna gravitacija ne podrazumijeva isti nedostatak vremena koje je MekTaggart možda imao na umu. Fizičar John Wheeler, kao što Monton primjećuje, pretpostavlja da to vreme možda nije osnovni aspekt realnosti, ali to se događa samo na izuzetno malim razmacima.
Neke od ovih ideja u kvantnoj gravitaciji mogu biti radikalne, ali nekoliko poštovanih imena u fizici ozbiljno razmišljaju o stvarnosti bez vremena u svom jezgru. Ako se pojavi kvantna teorija gravitacije koja zahtjeva radikalno shvatanje vremena, McTaggart može pomoći u pripremi.
Kao što Monton piše u svom članku: “Sve dok je metafizika McTaggart-a održiva, onda je odgovor na pitanja fizičara” ne “- slobodni su, sa filozofske perspektive, istražiti teorije u kojima je vrijeme nerealno.”
Mnoge teorije kvantne gravitacije ostaju špekulativne, ali postoji šansa da bezvremenost može postati istaknuta osobina u fizici. Ako je to slučaj, nadamo se da će filozofi nauke pomoći nam da zavrtimo glavu oko implikacija.
Opća relativnost sama ne pretpostavlja postojanje prenosnika sile. Problem je u tome što još ne znamo kako inkorporirati gravitaciju u teoriju koja je kompatibilna s kvantnom mehanikom. Drugi učinci koji su klasično razmatrani u smislu polja, poput elektromagnetizma i nuklearnih sila, formulirani su u smislu nositelja sile u kvantnoj teoriji polja.
Zbog uspjeha QFT (kvantne teorije polja), neki se nadaju da bi slične tehnike mogle održati obećanje u potrazi za ugradnjom gravitacije. Te teorije predlažu graviton kao nosioca gravitacione sile, ali postojanje takve čestice nije dokazano, pa ni matematička teorija takvih čestica nije dokazana kao kompatibilna s predviđanjima opće relativnosti.
Opća relativnost može biti slična drugim teorijama u “formalizmu prvog reda”, gdje je prostorna veza jedno od dinamičkih polja. Jednadžbe gibanja OR-a kažu kako sve što ima energiju služi kao izvor zakrivljenosti veze – baš kao i kod svih ostalih teorija polja.
U principu, OR nastaje i iz kvantne teorije. To znači da postoji najmanje moguće pobuđenje gravitacijskog polja – graviton. Znamo njezina svojstva proučavajući klasičnu granicu, OR. Teorija prostornog zakrivljenja (OR) trebala bi biti klasična granica kvantne teorije polja koja opisuje gibanje gravitona.
