Този учен казва, че нищо във Вселената не е наистина случайно. Дори лошите дни в живота ви

От раждането на квантовата механика в началото на XX век — теорията, която управлява странното поведение на частиците в най-малките мащаби — понятието за случайност е придобило почти митичен статус във физиката. В микроскопичния свят, където електроните трептят около атомните ядра, а светлинните вълни удрят фотонните детектори, резултатите изглеждат напълно случайни и подчинени единствено на законите на вероятностите.

Някои учени обаче развиват теорията, че квантовата механика е непълна, тъй като пропуска една фундаментална истина: събитията в природата всъщност изобщо не са случайни. С течение на времето тази идея излезе извън границите на чистата физика и оформи една по-широка интуиция — че съществува дълбоко вкоренена, фундаментална структура, която определя изхода дори на най-хаотичните на пръв поглед събития. И ако подобна предрешеност лежи в ядрото на реалността, това би означавало, че тези скрити правила влияят не само на физическите феномени, но и на случайностите в нашия собствен живот — както на добрия, така и на лошия късмет.

Проблемът не е в реалността, а в математиката

Тимъти Палмър, доктор на науките и изследователски професор от Кралското общество по климатична физика в Оксфордския университет, посочва това, което според него е фундаменталният проблем: грешката не е в самата реалност, а в математическия апарат, използван за нейното описание. В своя научен труд, представен за рецензиране в списанието Proceedings of the Royal Society, той изказва проста, но радикална теза: не всяко математически възможно състояние, разрешено от квантовата теория, действително съществува в реалния свят.

За да разберем това, трябва да погледнем към самата математика. Теорията за субатомния свят разчита на това, което физиците наричат „континуум“ — непрекъснато разпределение на числата без никакви празнини, разтягащо се безкрайно между всеки две точки. Този свят включва ирационални числа като пи — безкрайното съотношение, което дефинира всеки кръг, или корен квадратен от 2, представляващ дължината на диагонала на квадрат, която никога не може да бъде записана с абсолютна точност.

Палмър категорично възразява срещу използването на този континуум за обяснение на реалността. Неговата алтернатива е премахването на континуума от теорията и ограничаването на това, което се зачита за физически реално.

„Природата мрази континуума“, твърди Палмър.

С други думи, наблюдаемата вселена никога не изисква безкрайно точни числа. Те просто добавят теоретични възможности, които в действителност не съществуват в природата.

Скритият детерминизъм зад квантовите парадокси

Тази интуиция не е уникална само за Палмър. Някои от най-големите умове във физиката отдавна се питат дали непрекъснатата математика, използвана в масовата квантова механика, отразява същността на нещата, или просто показва лимита на нашите описателни способности. Нобеловият лауреат Герард ‘т Хоофт, известен с работата си върху основите на квантовата теория, от години защитава тезата, че квантовото поведение може да произтича от по-дълбоки, детерминистични правила (подобни на клетъчните автомати), дори ако на повърхността изглежда напълно хаотично. В същото време Карло Ровели, водеща фигура в изследванията на квантовата гравитация, изследва идеята, че структурата на съществуването се разбива на крайни, дискретни единици в най-долния си слой.

Това, което отличава Палмър, е колко далеч стига той в тази идея. В своята хипотеза той не просто подлага на съмнение континуума, но заявява, че някои от хипотетичните сценарии тип „какво би станало, ако“ просто изобщо не съществуват. Премахнете ги и голяма част от привидната квантова странност започва да се разтваря. Дори емблематичната котка на Шрьодингер — известният мисловен експеримент, при който котката съществува в суперпозиция (едновременно жива и мъртва, докато не бъде наблюдавана) — вече не заема двете състояния наведнъж според неговия модел.

Същата логика се прилага и към случайността. В стандартния квантов модел частиците нямат фиксирана траектория. Вместо това теорията им приписва вероятности: например 80 процента шанс за един резултат и 20 процента за друг. Ако проведете експеримента хиляди пъти, статистиката ще съвпадне перфектно. Но за всяко отделно събитие — за този конкретен електрон в този конкретен момент — теорията не предлага по-дълбоко обяснение защо се е случил единият изход, а не другият.

„Може да има причина“, настоява Палмър. Според неговия модел, известен в научните среди като Теория на инвариантните множества (Invariant Set Theory), светът наистина е детерминистичен. Той просто изглежда случаен, защото това, което интерпретираме като шанс, всъщност отразява геометрията на една скрита структура, която все още не можем да уловим.

Илюзията на заровете: Урок от теорията на хаоса

Идеята, че нещо може да следва строги, предвидими закони и същевременно да изглежда като хвърляне на зарове, звучи парадоксално, но физиката вече се е сблъсквала с подобна илюзия.

В теорията на хаоса — област, в която Палмър работи успешно в продължение на десетилетия като метеоролог — системите се развиват според абсолютно точни закони, но въпреки това се държат по непредвидим начин. Времето е класическият пример за това. То се управлява от детерминистични уравнения, но е невъзможно да бъде прогнозирано с точност отвъд определен хоризонт. Несигурността на прогнозата не идва от липсата на закони или от чист шанс, а от екстремната чувствителност към началните условия — феномен, известен като „Ефектът на пеперудата“. Едва измерима разлика в температурата, налягането или скоростта на вятъра в една точка на земното кълбо може да се засили с времето, докато напълно промени крайния резултат.

Напълно възможно е квантовата механика да крие подобна динамика пред очите ни. Това, което виждаме като случайност, може просто да маркира границите на нещата, които можем да проследим, а не липсата на подлежащ ред.

Други учени също са изследвали концепцията за скрита структура. Дейвид Бом, виден физик от XX век, създава изцяло детерминистична алтернатива на квантовата механика, при която частиците се движат по съвсем прецизни траектории, направлявани от невидима „пилотна вълна“, която носи скрита информация.

Не всички обаче са съгласни как точно изглежда този заден план. Сабине Хосенфелдер, доктор по теоретична физика и известен научен комуникатор, също смята, че квантовата механика не е последната дума на науката. В нейните виждания, теорията описва това, което тя нарича „ансамбъл, а не отделни случаи“. Това силно подсказва, че квантовата механика е просто статистическа теория — теория на средните стойности. Макар да се разминава с Палмър по някои детайли, Хосенфелдер споделя основното му виждане: реалността е изградена от строги причинно-следствени връзки (супердетерминизъм), а не от сляп шанс. Тя отбелязва също, че неговият модел описва събитията по начин, който е „алокален“ — т.е. те не се случват в познатото ни триизмерно пространство, което оставя още по-малко място за случайността, отколкото стандартната квантова теория предполага.

Квантовите компютри като върховен съдия

Палмър вярва, че има реален начин да се провери дали квантовата механика е пълна рамка, и за тази цел предлага тест, използващ квантови компютри. Създадени да експлоатират именно несигурността, която неговата теория оспорва, тези машини могат да се окажат и нейният съдник.

На теория квантовите устройства трябва драстично да превъзхождат класическите суперкомпютри при задачи като факторизиране на изключително големи числа (основата на съвременната криптография). Те разчитат на кубити, които благодарение на суперпозицията могат да съществуват в комбинация от 0 и 1 едновременно, позволявайки им да изследват огромна база от потенциални решения едновременно. Колкото повече кубити се впрегнат в системата, толкова по-експоненциално трябва да расте тяхното предимство.

Палмър обаче прогнозира, че това технологично предимство в крайна сметка ще удари твърда стена. Неговото предсказание е, че при достигане на определен мащаб квантовите компютри ще спрат да се държат така, както предвижда учебникарската теория. Причината е, че една квантова машина няма да може да осъществи достъп до пълния набор от състояния, от които се нуждае, ако всеки математически възможен континуум всъщност не съществува физически в природата. Ако машините продължат да се подобряват безпроблемно, както очаква масовата наука, идеята на Палмър ще рухне. Но ако производителността им неочаквано забие на определен етап през следващите години, това ще бъде ясен сигнал, че на заден план работи нещо по-дълбоко от квантовата структура.

От своя страна, Сабине Хосенфелдер остава скептична към това конкретно предсказание на Палмър. Тя признава, че ако квантовите компютри наистина достигнат до такъв фундаментален лимит, това ще бъде „най-големият пробив във физиката за последните 100 години“. Тя обаче се съмнява, че природата ще реагира по този начин.

Идеята на Палмър се крепи на слабото влияние на гравитацията, която според него внася фина „зърнистост“ в пространството на квантовите състояния — вид ограничение върху това колко фино могат да бъдат дефинирани те. Въз основа на собствените си изчисления Хосенфелдер твърди, че гравитацията е твърде слаба, за да произведе толкова осезаем ефект в компютърните чипове.

Физиката на микросвета е издържала успешно всеки експериментален тест в продължение на повече от век, спечелвайки си репутацията на една от най-стабилните теории в историята на науката. Но ако предложеният от Палмър тест разкрие пролуки в този успех, последствията за човечеството ще бъдат монументални. Защото, ако шансът не е фундаментален закон на природата, тогава това, което наричаме „късмет“ — онова усещане, което витае някъде между предвидимия ред и пълната изненада — ще се превърне в нещо съвсем различно: просто временно наименование за космическа структура, която все още не сме успели да разшифроваме.

С абонирането приемате нашите Условия и Политика за поверителност. Може да се отпишете с един клик по всяко време.

Коментирайте статията в нашите Форуми. За да научите първи най-важното, харесайте страницата ни във Facebook, и ни последвайте в Google Новини, TikTok, Telegram и Viber или изтеглете приложението на Kaldata.com за Android, iPhone, Huawei, Google Chrome, Microsoft Edge и Opera!