空間と時間は「幻想」であると考える物理学者が増えている理由

昨年 12 月、80 年以上前から知られている量子現象であるエンタングルメントを実験的に確認したことに対して、ノーベル物理学賞が授与されました。 1935 年にアルバート アインシュタインと彼の共同研究者によって考案されたように、量子オブジェクトは、それらが遠く離れていても不思議なことに関連している可能性があります。 しかし、この現象は奇妙に聞こえるかもしれませんが、なぜこの古代のアイデアが今でも物理学で最も権威のある賞に値するのでしょうか?

偶然にも、最近のノーベル賞受賞者がストックホルムで表彰されるほんの数週間前に、ハーバード、MIT、カリフォルニア工科大学、フェルミ研究所、Google の著名な科学者からなる別のチームが、Google の量子コンピューターでプロセスを実行したと報告しました。ワームホール。 . ワームホールは宇宙を通るトンネルであり、時空を超えて近道をすることができ、SF ファンに愛されています。この最新の実験で実現されたトンネルは 2D 宇宙ゲームにしか存在しませんが、将来の研究の突破口になる可能性があります物理学の最先端で..

しかし、エンタングルメントが空間と時間に関係しているのはなぜでしょうか? そして、将来の物理学のブレークスルーにとってどのように重要になるのでしょうか? エンタングルメントの概念は、正しく理解すれば、哲学者が呼ぶように、宇宙は「モノメトリック」であり、宇宙のすべては基本的なレベルで、1 つの統一された全体の一部であることを意味します。 量子力学の基本的な現実が波動の用語で記述されることは、量子力学の定義的な特性であり、単項宇宙はグローバル関数を必要とします。 数十年前、Hugh Everett や Dieter Zeh などの研究者は、私たちの日常生活の現実が、このような包括的な量子力学的記述からどのように明らかになるかを示しました。 しかし、レナード・サスキンドやショーン・キャロルなどの研究者が、この隠された量子的現実が物質だけでなく、空間と時間の構造そのものをどのように説明するかについてのアイデアを開発しているのは、今だけです。

エンタングルメントは、単なる別の奇妙な量子現象ではありません。 これは、量子力学が世界を 1 つに統合する理由と、この基本的な統一を多くの別個のものとして経験する理由の両方の背後にある作用原理です。 同時に、私たちが古典的な現実の中で生きているように見えるのは、もつれがあるからです。 それは、言葉の文字通りの意味で、世界の接着剤であり創造者です。 エンタングルメントは、2 つ以上のコンポーネントで構成されるオブジェクトに適用され、「実際に起こり得るすべてのこと」という量子原理がこれらのコンポーネント オブジェクトに適用されると何が起こるかを説明します。 したがって、エンタングルメントの状態は、構成要素オブジェクトの構成要素が同じ全体的な結果を生成する可能性があるすべての可能な組み合わせの重ね合わせです。 繰り返しますが、もつれが実際にどのように機能するかを説明するのに役立つのは、量子場の波状の性質です。

嵐の日に完全に穏やかなガラスの海を想像してみてください。 では、2 つの個別の波形パターンを重ね合わせると、どのようにしてこのようなレベルが生成されるのでしょうか? 1 つの可能性は、2 つの完全に平らな面を重ね合わせると、完全に平らな結果が得られることです。 しかし、平面が生じる別の可能性は、1 つのパターンの波の山が他のパターンの波の谷を排除し、その逆のように、2 つの同一の波のパターンが互いに振動の半サイクルによって重ね合わされた場合です。 硝子体の周囲だけを観察した場合、それは2つの隆起が一緒になった結果であるため、個々の隆起のパターンを知る方法はありません. 私たちが波について話すとき、まったく普通に見えることは、競合する現実に適用されるとき、さらに奇妙な結果をもたらします. 隣人が 2 匹の猫を飼っていて、1 匹は生きていて、もう 1 匹は死んでいると言う場合、それは 1 匹目または 2 匹目の猫が死んでいて、残りの 1 匹がそれぞれ生きていることを意味します。どれが幸運なのかはわからないかもしれませんが、隣人のドリフトに乗ることができます. 量子領域ではそうではありません。 量子力学では、同じステートメントは、2 匹の猫が状態の重ね合わせにマージされたことを示しています。最初の猫が生きていて、2 番目の猫が死んでいて、最初の猫が死んでいて、もう 1 匹が生きていることを含みますが、両方の猫が半分である可能性もあります。生きていて半分死んでいる、または最初の猫は 3 分の 1 が生きており、2 番目の猫は失われた命の 3 分の 2 に達します。 定量的なペアの猫では、個々の動物の運命と状況は、全体の場合には完全に消失します。 同様に、量子宇宙には個々のオブジェクトはありません。 存在するすべてのものは、1つの「1つ」に結合されます。

量子エンタングルメントは、探索すべきまったく新しい広大な領域を明らかにします。 それは科学の新しい基盤を定義し、素粒子物理学や弦理論ではなく、量子宇宙論に基づいて構築するために、すべての理論を頭に入れようとする私たちの探求を変えます. しかし、物理学者がそのようなアプローチを取ることはどれほど現実的でしょうか? 驚くべきことに、それは現実的であるだけでなく、実際に現実的です。 量子重力の最前線にいる研究者たちは、もつれの結果として時空を再考し始めています。 ますます多くの科学者が、宇宙の不可分性に基づいて研究を行うようになりました。 このアプローチをとることで、最終的に空間と時間の根底にある真の理解に到達することが期待されています。

エンタングルメントによって空間がまとめられているかどうか、物理学が時空を超えた抽象的なオブジェクトによって記述されているか、普遍的なエベレット波動関数によって表されている可能性の空間であるか、または宇宙のすべてが単一の量子オブジェクトに縮小されているかにかかわらず、これらのアイデアはすべて独特の一元論の味。 現時点では、これらのアイデアのどれが物理学の未来に影響を与え、どれが最終的に消滅するかを判断することは困難です. 興味深いのは、これらのアイデアはもともとひも理論の文脈で開発されたものの、ひも理論を超えて成長したように見え、最新の研究ではひもはもはや役割を果たしていないことです。 今や共通のテーマは、空間と時間はもはや不可欠ではないということです。 現代の物理学は、この既存の背景に配置されたものを継続するための空間と時間から始まるわけではありません。 代わりに、空間と時間は、自分自身をより基本的なプロジェクターの現実の産物と見なします。 プリンストン高等研究所のひも理論家のパイオニアである Nathan Cyber​​g は、次のように感じているのは彼だけではありません。もっと複雑なもの。」 さらに、出現する時空を提案するほとんどのシナリオでは、エンタングルメントが主要な役割を果たします。 科学哲学者ラスムス・ヤクスランドが指摘するように、これは究極的には、宇宙にはもはや個々の物体が存在しないことを意味します。 「世界が関係を作るときにもつれを受け入れることは、分離の可能性を放棄するという代償を払うことになります。しかし、おそらくその一歩を踏み出すことをいとわない人は、絡み合いに目を向けるべきです。この世界（そしておそらく他のすべての世界）の可能性を形作るだろう）」このように、空間と時間が消えると、統一されたものが現れる.

それどころか、量子一元論の観点からは、量子重力のそのような気が遠くなるような結果は遠くない. すでにアインシュタインの一般相対性理論では、空間はもはや固定相ではありません。 むしろ、それは物質の塊とそのエネルギーの源です。 ドイツの哲学者ゴットフリート W. ライプニッツの見解と同じように、物事の相対的な順序を説明しています。 今、量的単位によれば、ただ一つしか残っていないとすれば、配置したり配置したりするものは何も残っておらず、最終的には、この基本的な記述レベルでの空間の概念はもはや必要ありません。 彼は「唯一無二」であり、空間、時間、物質を生み出す単一の量子宇宙です。

レナード・サスキンドは、量子情報科学の研究者への公開書簡で、「GR = QM」と大胆に主張しました。一般相対性理論は量子力学に他なりません。本当にそうでした。 完全に理解できます。 ショーン・キャロルが指摘するように、「重力を定量化するのはおそらく間違いであり、時空はずっとずっと量子力学に潜んでいました。」 将来的には、「重力を定量化する代わりに、量子力学を試す必要があるかもしれません。または、より正確に、しかしエキサイティングではありませんが、「量子力学の内部で重力を見つけてください」とキャロルは彼のブログで示唆しています。それは空間と時間では発生しませんが、より基本的なディスプレイデバイスの現実の中で発生します, 量子重力の探査における多くの行き詰まりは回避できたはずです.もし量子力学の一元論的効果を受け入れていたら-三千の遺産-古代に受け入れられ、中世に迫害され、ルネッサンスに復活し、ロマン主義に手を加えられた 1 年前の哲学 — 初期のエベレットとジーは、影響力のある量子のパイオニアであるニールス ボーアの解釈に固執するのではなく、それらに言及したでしょう。 . 量子をツールに変換することで、現実の根幹を解明する道を歩み始めます。

から適応 1: 古代のアイデアが物理学の未来をどのように保持しているか ハインリヒ・バス著。 著作権 © 2023. Hachette Book Group, Inc. のインプリントである Basic Books から入手できます。無断複写・転載を禁じます。