より多くの物理学者が空間と時間が「幻想」だと考え始めた理由

去る12月、80年以上知られた量子現象であるもつれを実験的に確認した功労でノーベル物理学賞が受賞しました。 1935年、アルバート・アインシュタインと彼の協力者が想像したように、量子オブジェクトは遠く離れていても不思議に相互に関連付けることができます。 しかし、現象は奇妙に見えますが、なぜそのような古いアイデアはまだ物理学で最も権威のある賞を受ける価値がありますか？

結局のところ、新しいノーベル賞受賞者は、ストックホルムで受賞するわずか数週間前に、Harvard、MIT、Caltech、Fermilab、およびGoogleの著名な科学者チームが、Googleの量子コンピュータでワームホールとして解釈できるプロセスを実行したと報告しました。 。 ワームホールは時空間の近道のように働くことができる宇宙を貫通するトンネルで空想科学ファンに愛されており、今回の実験で具現されたトンネルは二次元おもちゃ宇宙にのみ存在するが、未来のための突破口になることができる。 物理学の最前線で研究。

しかし、なぜもつれが空間と時間に関連しているのですか？ そしてそれが将来の物理学の革新にとってどのように重要になるのでしょうか。 正しく理解すると、もつれは、宇宙が「一元的」であり、哲学者が言うように、宇宙のすべてが単一の統一された全体の一部であることを意味します。 基本現実が波として記述され、一元的宇宙には普遍的な関数が必要であることが量子力学の定義属性である。 すでに数十年前、Hugh EverettやDieter Zehなどの研究者たちは、日常生活の現実がそのような普遍的な量子力学の説明にどのように現れるかを示しました。 しかし、現在、Leonard SusskindやSean Carrollなどの研究者は、この隠された量子現実が、物質だけでなく空間と時間の構造を説明する方法についてのアイデアを開発しています。

もつれはもう一つの奇妙な量子現象以上です。 量子力学が世界をひとつにまとめる理由と、私たちがこの根本的な統一性を多くの個々の物体で経験する理由の両方の背後に働く原理です。 同時にもつれは、私たちが古典的な現実に住んでいるように見える理由です。 それは文字通り世界の接着剤であり創造者です。 もつれは、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、「起こることができるすべては実際に起こり得る」という量子原理がこれらの構成オブジェクトに適用されるときに発生する現象を説明します。 したがって、もつれた状態は、構成ターゲットのコンポーネントが同じ全体の結果を生成できる可能性のあるすべての組み合わせのネストです。 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ことができるのは、量子領域の波状特性です。

風一点のない日完璧に静かでガラスのような海を想像してみてください。 今自分に聞いてみてください。 2つの別々の波パターンを重ね合わせることで、そのような平面をどのように生成できますか？ １つの可能性は、２つの完全に平坦な表面を重ね合わせると、再び完全に平坦な結果が得られることである。 しかし、平坦な表面を生成するもう1つの可能性は、振動周期の半分だけ移動した2つの同じ波動パターンが互いに重なり合っているため、あるパターンの波動床が別の波動骨を消滅させ、その逆の場合も同様です。 2つのナウルが合わされた結果であると考え、ガラスの海を観察するだけで、個々のナウルのパターンを見つける方法はありません。 波について話すとき、完全に平凡に聞こえることが競争現実に適用されるとき、最も奇妙な結果を生み出します。 あなたの隣人があなたに2匹の猫、すなわち1匹が生きている猫であり、1匹が死んだと言うならば、これは最初の猫または2番目の猫がそれぞれ死んで、残りの猫が生きていることを意味します。 自分のペットを説明する方法、そしてそれらのどれが幸運なのかはわかりませんが、隣人の漂流を得るでしょう。 量子世界ではそうではありません。 量子力学で非常に同じ記述は、最初の猫が生きており、2番目の猫が死んで、2番目の猫が生きている間に最初の猫が死んだ場合を含む2つの猫がケースのネストにマージされることを意味します。 半分は生きていて、半分は死んだり、最初の猫は3分の1が生きていて、2番目の猫は消えた人生の3分の2を加えます。 量子猫のペアでは、個々の動物の運命と条件は、全状態で完全に溶解します。 同様に、量子宇宙には個々のオブジェクトはありません。 存在するすべてが1つの「1つ」にまとめられます。

量子もつれは、探索する広大で完全に新しい領域を私たちに示しています。 それは科学の新しい基礎を定義し、すべての理論についての私たちの探求を裏返し、粒子物理学やひも理論ではなく量子宇宙論に基づいています。 しかし、物理学者がそのようなアプローチを追求するのはどれほど現実的ですか？ 驚くべきことに、それは現実的なものではなく、実際にはすでにそうしています。 量子重力の最前線にある研究者たちは、もつれの結果として時空間を再考し始めました。 ますます多くの科学者が宇宙の非分離性の研究を始めている。 このアプローチに従うことによって、最終的に彼らが基礎の深いところで実際にどんな空間と時間があるのか​​を把握することが望まれています。

空間がもつれによって一緒に縫われているのか、物理学が時空間を越えて抽象的な物体として記述されているのか、エベレットの普遍的な波動関数で表現される可能性の空間であろうと、宇宙のすべてが一つの量子物体にさかのぼるか、このすべてのアイデアは明確な共通点を共有します。 一元的な味。 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、どれが最終的に消えるかを判断するのは困難です。 興味深いのは、もともとアイデアがひも理論の文脈で開発されることが多かったが、ひも理論がもはや発展していないように見え、最新の研究ではひもがもはや役割を果たさないということです。 今、共通のスレッドは、スペースと時間がもはや根本的と見なされないということです。 現代物理学は、この既存の背景に置かれたものを続けるために空間と時間から始まらない。 代わりに、空間と時間自体は、より基本的なプロジェクターの現実の産物と見なされます。 プリンストン高等研究所の大手ストラップ理論家のネイサン・サイバーグ（Nathan Seiberg）は、「私は空間と時間が幻想であるとほぼ確信しています。 これらは、より洗練されたものに置き換えられる原始的な概念です。」 さらに、創造的な時空間を提案するほとんどのシナリオでは、もつれは根本的な役割を果たします。 科学哲学者Rasmus Jakslandが指摘したように、これは最終的に宇宙にもはや個々のオブジェクトがないことを意味します。 すべては他のすべてとつながっています。 しかし、このステップを踏む準備ができている人は、おそらくこの世界（そしておそらく他のすべての可能な世界）を構成する基本的な関係についてのもつれを見つけなければなりません。 したがって、スペースと時間がなくなると、統一されたものが表示されます。

逆に、量子一元論の観点からは、量子重力の驚くべき結果は遠くない。 すでにアインシュタインの一般的な相対性理論では、空間はもはや固定された段階ではありません。 むしろ、物質の質量とエネルギーによって供給されます。 ドイツの哲学者Gottfried W. Leibnizの見解と同様に、物事の相対的な順序を説明します。 今、量子一元論に基づいて残っているものが1つしかない場合は、整理または整理することは何も残らず、最終的にこの最も基本的な説明レベルではスペースの概念はもはや必要ありません。 空間、時間、物質を発生させる単一量子宇宙である「The One」です。

Leonard Susskindは、量子情報科学研究者に送られた公開書簡で「GR=QM」と大胆に主張しました。 完全に理解しました。 Sean Carrollが指摘したように、「重力を量子化したのは間違いだった可能性があり、時空間は量子力学に隠れ続けていました」。 将来のためには、「重力を量子化するのではなく、量子力学を重力化しようとする必要があるでしょう。 あるいは、より正確ですが、あまり刺激的ではなく、「量子力学の中で重力を見つける」とCarrollは彼のブログで提案しています。 実際、量子力学が最初から真剣に受け入れられたならば、それが空間と時間で起こるのではなく、より根本的なプロジェクターの現実内で起こる理論と理解されたならば、量子重力は避けられた。 早くもエベレット時代に私たちが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、ロマン主義に改ざんされた3000年の哲学の遺産である量子力学の一元的な意味を承認したならば、Zehは量子力学をツールとして縮小1つの影響力のある量子先駆者Niels Bohrの実用的な解釈に固執するよりも、それらを指摘したら、私たちは現実の基礎を理解するのに役立ちます。

から適応 The One: 古代のアイデアが物理学の未来を維持する方法 ハインリッヒパス。 Copyright © 2023. Hachette Book Group, Inc.の出版物であるBasic Booksで入手可能。