Как найти гравитацию внутри квантовой механики: объяснение Шона Кэрролла

Физик Шон Кэрролл утверждает, что гравитация может возникать из квантовой механики, а не быть отдельной силой. В своей книге «Нечто глубоко скрытое» он объясняет, как многомировая интерпретация квантовой механики решает проблему квантовой гравитации. Это радикальный взгляд, который может изменить наше понимание устройства Вселенной.

Можно ли найти гравитацию внутри квантовой механики? Физик Шон Кэрролл уверен, что да. В своей новой книге «Нечто глубоко скрытое: квантовые миры и возникновение пространства-времени» он предлагает радикальный подход: гравитация — не фундаментальная сила, а эмерджентное явление, которое возникает из квантовой механики. Книга вышла 10 сентября 2019 года, и её основные идеи он подробно изложил в подкасте Mindscape.

Кэрролл — известный физик-теоретик из Калтеха, популяризатор науки. Он давно известен своей защитой многомировой интерпретации квантовой механики, предложенной Хью Эвереттом в 1957 году. Согласно этой интерпретации, все возможные квантовые состояния реально существуют в параллельных мирах. Но Кэрролл идёт дальше: он утверждает, что эта интерпретация может объяснить и природу гравитации.

Как квантовая механика объясняет гравитацию

Идея Кэрролла основана на концепции эмерджентности. Пространство-время, по его мнению, не является фундаментальной сущностью, а возникает из более глубокой квантовой реальности. Гравитация — это не сила, которая действует между массами, а следствие квантовой запутанности между частицами. Это похоже на то, как температура газа возникает из движения молекул: на макроуровне мы видим температуру, но на микроуровне есть только хаотичное движение атомов.

В рамках многомировой интерпретации квантовая механика описывает эволюцию волновой функции Вселенной. Кэрролл и его коллеги разработали модель, в которой гравитация возникает из квантовой запутанности. Они показали, что уравнения Эйнштейна для гравитации могут быть выведены из квантовой механики, если предположить, что пространство-время является эмерджентным. Это означает, что гравитация — не фундаментальная сила, а статистический эффект, аналогичный термодинамике.

Предыстория и контекст

Проблема квантовой гравитации — одна из главных нерешённых задач современной физики. Общая теория относительности описывает гравитацию на макроуровне, а квантовая механика — микромир. Но эти две теории несовместимы. Стандартные подходы, такие как теория струн или петлевая квантовая гравитация, пытаются объединить их, но пока безуспешно.

Кэрролл предлагает другой путь: вместо того чтобы квантовать гравитацию, нужно понять, как она возникает из квантовой механики. Этот подход называется «квантовая гравитация снизу вверх». Он основан на идее, что пространство-время — не фундаментальная сущность, а производная. Эта идея не нова: ещё в 1990-х годах физики, такие как Тед Джейкобсон, предполагали, что уравнения Эйнштейна можно вывести из термодинамики. Но Кэрролл делает следующий шаг, связывая это с многомировой интерпретацией.

Чем это отличается от других теорий квантовой гравитации?

Главное отличие — в подходе. Теория струн пытается объединить все силы в единой математической структуре, а петлевая квантовая гравитация квантует само пространство-время. Кэрролл же утверждает, что квантовая механика уже содержит в себе всё необходимое для описания гравитации, если правильно её интерпретировать. Он не вводит новые частицы или измерения, а использует существующий математический аппарат квантовой механики.

Этот подход имеет и практические следствия. Например, он может объяснить, почему гравитация так слаба по сравнению с другими силами. В многомировой интерпретации гравитация возникает из запутанности, и её сила зависит от степени запутанности. Это может привести к новым предсказаниям, которые можно проверить экспериментально.

Технические детали и доказательства

Кэрролл и его коллеги разработали математическую модель, в которой гравитация возникает из квантовой запутанности. Они показали, что из этой модели можно вывести уравнения Эйнштейна. Ключевая идея — понятие «энтропии запутанности». В квантовой механике запутанность между двумя системами измеряется энтропией фон Неймана. Кэрролл предположил, что эта энтропия связана с геометрией пространства-времени.

В их модели пространство-время возникает как сеть квантовых запутанностей между частицами. Когда частицы запутаны, они создают связи, которые формируют ткань пространства-времени. Гравитация — это результат того, что эти связи стремятся к максимальной запутанности. Это аналогично тому, как в термодинамике энтропия стремится к максимуму.

Эти идеи пока остаются теоретическими, но они уже привлекли внимание научного сообщества. Кэрролл опубликовал несколько статей на эту тему, и его подход обсуждается на конференциях. Однако до экспериментальной проверки ещё далеко. Физикам нужно найти способ наблюдать квантовую запутанность в масштабах, где проявляется гравитация.

Кого затронет и как

Эти идеи важны для физиков-теоретиков, которые ищут объединение квантовой механики и гравитации. Они предлагают новый взгляд на проблему, который может привести к прорыву. Для студентов и преподавателей физики книга Кэрролла — доступное объяснение сложных концепций. Она написана живым языком и не требует специальных знаний.

Для широкой публики это возможность узнать о самых передовых идеях современной физики. Кэрролл — талантливый популяризатор, и его книга может стать бестселлером, как его предыдущие работы «Квантовые миры» и «Скрытая реальность». В России и СНГ интерес к квантовой физике традиционно высок, и книга наверняка будет переведена на русский язык.

Что будет дальше

Кэрролл уже анонсировал продолжение исследований. Он планирует разработать более детальную модель эмерджентной гравитации и найти способы её экспериментальной проверки. Возможно, в ближайшие годы мы увидим новые статьи и эксперименты, которые подтвердят или опровергнут его идеи.

Пока это лишь одна из многих теорий квантовой гравитации, но она привлекает внимание своей элегантностью и смелостью. Если Кэрролл прав, то наше понимание Вселенной изменится кардинально: пространство-время перестанет быть фундаментальным, а станет всего лишь эмерджентным явлением.

Итог

Шон Кэрролл предлагает радикальный способ найти гравитацию внутри квантовой механики, используя многомировую интерпретацию. Его идеи пока теоретические, но они открывают новые пути для исследований. Стоит следить за развитием этой темы, потому что она может привести к революции в физике.