Уривок із книжки Генріха Песа "Єдине: як давня ідея відкриває майбутнє фізики" (The One: How an Ancient Idea Holds the Future of Physics). Передруковано з видавництва Basic Books, Copyright © 2023.
З моменту відкриття атома фізики дотримувалися філософії редукціонізму. Згідно з цією ідеєю, природу можна осягнути в єдиному розумінні, розклавши навколишнє на частини, що складаються з одних і тих самих найдрібніших складових.
Згідно з цим поширеним уявленням, такі повсякденні предмети, як стільці, столи та книжки, складаються з атомів, атоми - з атомних ядер та електронів, атомні ядра містять протони та нейтрони, а протони та нейтрони - кварки.
Елементарні частинки, такі, як кварки або електрони, сприймаються як фундаментальні будівельні блоки Всесвіту.
За останні п'ятдесят років, щоб розробити і конкретизувати цю точку зору, сотні тисяч сторінок були заповнені складними рівняннями, повними дивних символів. Щоб перевірити ці ідеї, були побудовані гігантські установки для знищення частинок, труби завдовжки в багато миль і вартістю в мільярди доларів. Вони розганяли субатомну матерію до швидкості, близької до швидкості світла, даючи їй змогу зникати, але водночас шукати ще дрібніші або поки що не виявлені частинки.
За допомогою НАСА і Європейського космічного агентства чудеса інженерної думки були запущені в космос. Вони слухали найбільш ранні події у Всесвіті, щоб зрозуміти, який вигляд мав світ, коли він був усього лише супом із гарячих частинок.
Ця філософія була надзвичайно успішною, але є і сліпа пляма. Атоми, протони і нейтрони, електрони і кварки описуються квантовою механікою.
А згідно з квантовою механікою, у загальному випадку неможливо розкласти об'єкт без втрати деякої суттєвої інформації.
Фізики елементарних частинок прагнуть фундаментального опису Всесвіту, який не містить жодної інформації. Але якщо ми серйозно ставимося до квантової механіки, це означає, що на найфундаментальнішому рівні природа не може складатися зі складових частин.
Найфундаментальніший опис Всесвіту має починатися з самого Всесвіту.
Як і будь-який інший професійний фізик, я щодня працюю з квантовою механікою. Ми використовуємо квантову механіку для розрахунку і передбачення результатів цікавих для нас експериментів, спостережень і проблем, чи то зіткнення частинок у гігантських прискорювачах, чи то процеси розсіювання в первіснозданній плазмі раннього Всесвіту, чи то поведінка електричних або магнітних полів у лабораторному експерименті на твердому тілі.
Але хоча ми майже завжди приймаємо квантову механіку для опису конкретних спостережень та експериментів, ми зазвичай не застосовуємо її до всього Всесвіту. Це має запаморочливі наслідки.
Як я стверджуватиму в цій книжці, якщо застосувати квантову механіку до всього космосу, то відкриється ідея тритисячолітньої давнини: в основі всього, що ми спостерігаємо, лежить тільки одна єдина, всеосяжна річ, а все інше, що ми бачимо навколо себе, є свого роду ілюзією.
Звичайно, твердження про те, що "все є Одне", не схоже на геніальну наукову концепцію. На перший погляд, це звучить абсурдно. Просто подивіться у вікно. Найчастіше на вулиці стоїть не одна машина, а кілька. Для любовного зв'язку потрібні двоє людей (щонайменше!), для проведення меси потрібно "двоє або троє" вірян, а для футбольного матчу необхідно двадцять два гравці.
Багато століть тому астрономи переконали нас, що Земля - не єдина планета у Всесвіті, а сьогодні сучасній космології відомо практично незліченна безліч зірок.
Але квантова механіка змінює все. У квантових системах об'єкти настільки повністю і цілком зливаються, що вже неможливо нічого сказати про властивості їхніх складових частин. Таке явище відоме як "заплутаність". І хоча Альберт Ейнштейн і його колеги заговорили про неї вісімдесят років тому, тільки зараз воно отримало повну оцінку. Застосуйте заплутаність до всього Всесвіту, і ви отримаєте догму Геракліта "З усього сущого - одне".
"Зачекайте, - заперечите ви. - Квантова механіка застосовна тільки до крихітних речей: атомів, елементарних частинок, можливо, молекул. Застосовувати її до всього Всесвіту не має сенсу".
Ви будете здивовані, дізнавшись, що з'являється дедалі більше добрих натяків на те, що це переконання помилкове. Тільки за період з 1996 по 2016 рік шість Нобелівських премій було присуджено за так звані макроскопічні квантові явища.
Ви можете підняти руки і заявити, що таке обговорення безглузде. Фізика, здається, прекрасно працює без жодних метафізичних роздумів.
Факт у тому, що це не так. Нині фізика переживає кризу, яка змушує нас переглянути те, що ми розуміємо під "фундаментальністю" .
Нині найблискучіші фізики і космологи відчужені експериментальними даними від вкрай малоймовірних збігів, які поки що не піддаються жодному поясненню.
Водночас пошуки теорії всього сущого позбавляють фізику її основоположних понять, таких, як матерія, простір і час. Якщо вони зникнуть, що залишиться?
Квантова космологія передбачає, що фундаментальний шар реальності складається не з частинок і не з крихітних одномірних об'єктів, що вібрують і одномірні об'єкти, відомих як "струни", а з самого Всесвіту - який розуміють не як суму речей, що його складають, а як всеохоплюючу єдність.
Як я буду стверджувати, уявлення про те, що "все є Одне", здатне врятувати душу науки: переконання в існуванні унікальної, зрозумілої і фундаментальної реальності.
Коли цей аргумент зміцниться, він переверне наші пошуки теорії всього з ніг на голову - ми будуватимемо її на квантовій космології, а не на фізиці частинок або теорії струн (нині це найпопулярніший кандидат на квантову теорію гравітації).
Така концепція передбачає відповідь на просте запитання: як можливо, що ми сприймаємо світ як безліч речей, якщо, зрештою, все є "Одне"?
Це досягається процесом, відомим як "декогеренція", і він необхідний практично для будь-якої галузі сучасної фізики.
Декогеренція - це агент, що захищає наш повсякденний досвід від занадто великої кількості квантових дивацтв. І вона реалізує іншу частину постулату Геракліта: "З одного все".
Як наслідок, нам належить з'ясувати, як таке поняття змінює наш погляд на найглибші питання філософії - "Що є матерія? " "Що таке простір? "Що таке час? "Як виник Всесвіт?" - і навіть на те, що релігійні люди називають "Богом" (оскільки впродовж століть поняття всеосяжної єдності ототожнювали з Богом).
Нам також доведеться зіткнутися з питанням, чому монізм не став популярним, хоча він прямолінійно випливає з квантової механіки. Чому він здається нам таким дивним? Звідки береться наш інтуїтивний, знецінювальний рефлекс?
Щоб по-справжньому зрозуміти це упередження, ми повинні зазирнути в історію монізму.
Книжка "Єдине" - це історія як серйозної кризи у фізиці, так і напівзабутої концепції, здатної її розв'язати.
У книзі досліджується ідея про те, що "все єдине", що матерія, простір, час і розум - усе це лише артефакти нашої грубозернистої перспективи Всесвіту.
Принагідно розповідається, як ця концепція розвивалася і формувала хід історії, починаючи з давніх часів і закінчуючи сучасною фізикою.
Монізм не тільки надихав мистецтво Боттічеллі, Моцарта і Гете, а й ліг в основу науки Ньютона, Фарадея і Ейнштейна.
Навіть зараз монізм стає негласним припущенням, що лежить в основі наших найпередовіших теорій про простір і час. Це історія, сповнена любові і відданості, страху і насильства, а також передової науки. Неабиякою мірою це історія про те, як людство стало тим, що воно є.
