Reallik anatomiyasi: bo'linning to'rt darajasi

Kirish: Wheeler va reallik savoli

Fizik Jon Wheeler bir kuni shunday degan:

«Biz kuzatuv mavjud bo'lgan Koinatda emas, balki o'zi kuzatuv bo'lgan Koinatda yashaymiz.»

Bu she'riy metafora emas. Bu — kvant mexanikasi va umumiy nisbiylik nazariyasining matematik apparatidan o'sib chiqadigan gipoteza. Uni jiddiy qabul qilsak, dunyoni «ichki» va «tashqi», «obyekt» va «kuzatuvchi»ga ajratishimizning asoslarini qayta ko'rib chiqishni talab qiladi.

Reallikning yangi xaritasi, mening fikrimga ko'ra, to'rt darajadan iborat. Har bir keyingisi oldingisidan o'sib chiqadi va dunyoning yangi tomonini ochadi. Agar kamida dastlabki uch daraja sizga yaqin bo'lsa — to'rtinchisi avtomatik ishlaydi.

Eng yaqinidan — teringiz bilan his qiladigan moddadan — boshlaymiz va tagiga yetguncha chuqurlashamiz.

3-daraja. Stabilizatsiyalangan konfiguratsiya sifatida modda

Biz moddani mustahkam va o'zgarmas narsa deb bilamiz. Bu tasvir aldagarchi.

Atom ichiga qarang — uning deyarli butun hajmi bo'sh. Yadro juda kichik qismni egallaydi, elektronlar esa katta masofada joylashgan. Agar yadro no'xatdek bo'lsa, elektronlar undan bir kilometr uzoqda bo'lardi.

1-rasm. Atomdagi bo'shliq miqyosi. No'xatdek yadro — elektronga bir kilometr. Hajmning 99,9% — hech narsa.

Bu tasvirga to'xtashga arziydi. No'xatdek yadro. Elektronlar bir kilometrda. Va ular orasida, hajmning 99,9% i — hech narsa. «Deyarli hech narsa» emas. Hech narsa.

O'tirgan stolingiz asosan bo'sh. Endi bosgan telefon tugmangiz asosan bo'sh. Sizning barmog'ingiz ham.

Lekin bu bo'shliq — yo'qlik emas. Bu — maydonlar ishlaydigan makon. Va aynan shu maydonlar tuzilmani ushlab turadi, bir «bo'sh» barmoqning «bo'sh» tugmadan o'tib ketishiga yo'l qo'ymaydi.

«Qattiqlik» qanday ishlaydi

Ikkita magnitni bir xil qutblari bilan bir-biriga olib keling. Yaqinlashtiring — ular orasida elastik qarshilik paydo bo'ladi. Kuchroq bosing — baribir tegishmaydi. Magnitlar orasida ko'rinadigan hech narsa yo'q. Lekin maydon bor, va u tuzilmani ushlaydi.

Xuddi shunday, atomlar orasidagi elektromagnit maydonlar barmog'ingizning telefon tugmasidan o'tib ketishiga yo'l qo'ymaydi. Barmoq va tugma 99,9% bo'sh — lekin ularning maydonlari uchrashadi.

Agar narsa 99,9% bo'shliqdan, uning «qattiqligi» esa elektromagnit kuchlanishdan iborat bo'lsa, u holda biz — narsalar emasmiz. Biz — shaklni ushlab turgan maydonlarmiz.

Zarrachalar — bu kichkina sharlar emas

Kvant maydon nazariyasida elementar zarrachalar — kichkina «sharlar» emas, balki fundamental maydonlarning mahalliy qo'zg'alishlari. Modda — shu maydonlarning barqaror konfiguratsiyalari. Suv yuzasidagi chayqalishni tasavvur qiling: to'lqin tepalari ko'chadi, lekin suvning o'zi hech qaerga ketmaydi. Zarracha — obyekt emas, balki oqimda shaklini ushlab turgan naqsh.

2012-yilda Higgs bozonining kashf etilishi tasdiqladi: ko'plab zarrachalarning massasi — tug'ma xususiyat emas, balki kvant maydoni bilan o'zaro ta'sir natijasidir. Muhit qancha zich bo'lsa, harakatlanish shunchala qiyin, «inertsiya» shunchala sezilarli. Higgs maydoni zarrachalarga biz massa sifatida qabul qiladigan narsani beradi. Ular «o'z-o'zidan og'ir» bo'lgani uchun emas. Balki biror narsa orqali harakatlangani uchun.

Rezonanslar va izlar

Atrofimizdagi har bir narsaning o'z tebranish va o'zaro ta'sir xususiyatlari bor. Kvarts kristallari 32 768 Gs chastotada juda barqaror tebranadi — shuning uchun kvarts soatlarida ishlatiladi. DNK molekulalari ultrabinafsha nurning yutilishining xarakterli spektrlariga ega. Viruslarni Raman sochilishining noyob spektrlari bo'yicha farqlash mumkin.

Har bir obyekt jismoniy o'zaro ta'sirlar dunyosida o'z «izini» qoldiradi. Biz doimiy o'zgarishlarga qaramay emas, balki aynan shular tufayli mavjudmiz.

Daraja xulosasi

Agar barcha obyektlar — yagona maydonning turli konfiguratsiyalari bo'lsa, u holda mutlaq izolyatsiya — bizning qabul qilishimizning xususiyati ekan. Tizimlar orasidagi bog'lanishlar ko'rinagidan ancha chuqur. Lekin nega shunday ekanini tushunish uchun yanada chuqurroqqa tushish kerak.

2-daraja. Makon va energiya

Biz makonni voqealar yuz beradigan bo'sh sahna sifatida qabul qilamiz. Zamonaviy fizika butun boshqa manzarani chizadi. Makon — passiv arena emas. U o'zi sodir bo'layotgan narsada ishtirok etadi.

Geometriya sifatida gravitatsiya

Eynshteyn ko'rsatdi: massa va energiya makon-vaqtni egrilashi mumkin. Gravitatsiya kuch emas, balki Koinotning o'z geometriyasining namoyon bo'lishi bo'lib qoldi.

2-rasm. Gravitatsiya — makon-vaqt egriligi sifatida. Massa to'rni egiladi; boshqa jismlar va yorug'lik nurlari shu egrilik bo'ylab harakatlanadi.

Cho'zilgan batutga og'ir shar qo'ying — mato cho'kadi va yaqindagi engil sharlar og'ir sharga tomon rolan boshlaydi. Bu odatdagi ma'noda «tortishish kuchi» emas. Bu — shakl. Massa makon shaklini o'zgartiradi, makon shakli esa qolgan hammasi qanday harakatlanishini belgilaydi. Gravitatsiya — masofadagi ta'sir emas. Bu — geometriya.

Artur Eddingtonning 1919-yil 29-may ekspeditsiyasi quyosh tutilishi vaqtida bu bashoratni tasdiqladi: yulduzlar nuri quyosh gravitatsiyasi tomonidan aynan umumiy nisbiylik nazariyasi bashorat qilgan miqdorda og'dirildi.

Vakuum — bo'shliq emas

Kvant fizikasi yanada oldinga bordi. Hatto mutlaq vakuumni ham bo'shliq deyib bo'lmaydi. Unda kvant fluktuatsiyalari uzluksiz payto bo'lib yo'qoladi. Casimir effekti buni aniq ko'rsatadi: vakuumdagi juda kichik masofadagi ikkita metall plastinka tashqaridagi va ichkaridagi virtual zarrachalar bosimi farqi tufayli bir-biriga tortiladi.

Soddalashtirilgan misol: tinch dengizdagi ikkita qayiq. Ular orasidagi to'lqinlar bir-birini so'ndiradi, tashqarida to'lqinlar ko'proq — va qayiqlar sekin bir-biriga yaqinlashadi. Casimir plastinkalari holatida «dengiz» — vakuumning o'zidir.

Biz bo'shliq deb ataydigan narsa muhit kabi harakat qiladi. Hamma narsaning yo'qligi emas, balki hozircha to'g'ridan-to'g'ri ko'ra olmaydigan biror narsaning mavjudligi.

Maydon tarangligi sifatida energiya

Bu darajada energiya shunchaki kattalik bo'lib qolmaydi. U maydonning taranglik yoki tashkilotlanganlik darajasiga aylanadi. Eynshteyn formulasi E = mc² qo'shimcha ma'no oladi: massa — stabilizatsiyalangan energiyaning bir shakli.

Chalkashlik: no-lokal bog'lanish

Makon va energiyaning tabiati ayniqsa kvant chalkashligida yaqqol ko'rinadi. Ikki zarracha masofadan qat'i nazar bog'langan holatda qolishi mumkin. Kuzatuvchiga ular ajratilgan ko'rinadi — lekin yagona to'lqin funksiyasi bilan tasvirlanadi.

Qo'lqop juftligini tasavvur qiling: birini ko'chada yo'qotasiz, uyga kelib chapini topasiz — darhol yo'qotganingiz o'ngini bilasiz. Lekin kvant dunyosida bu boshqacha ishlaydi: boshqa zarracha «haqida bilim» emas, balki masofadan qat'i nazar haqiqiy bog'lanish.

Aspect (1982) va Hensen (2015) tajribalari tasdiqladi: bu bog'lanish haqiqiy va u ma'lum hech narsa bilan uzatilmaydi. Makon endi bo'shliqdek, energiya esa oddiy sondek ko'rinmaydi.

Qo'shimcha o'lchamlar

1919-yilda Teodor Kaluza payqadi: bitta qo'shimcha o'lchov qo'shish gravitatsiya va elektromagnetizmni umumiy nisbiylik nazariyasi doirasida birlashtirishga imkon beradi. Bu g'oya ko'proq o'lchovli nazariyalarda, jumladan M-nazariyada rivojlandi. Hozircha bu gipotezalar — lekin ular biz makon deb ataydigan narsaning tuzilishi qanchalik chuqurroq bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi.

1-daraja. O'zaro ta'sir natijasi sifatida vaqt

Vaqtdunyoning eng tabiiy xususiyatidek tuyuladi. Biz uning oqishini his qilamiz, o'tmishni eslaymiz, hozirda yashaymiz va kelajak rejalarini quramiz. Lekin nega vaqt faqat oldinga harakatlanadi? Va u bizdan mustaqil mavjudmi?

Vaqtsiz tenglama

1967-yilda Jon Wheeler va Bryus DeWitt butun Koinatning kvant holatini tasvirlovchi tenglama keltirdilar. Va bu tenglamada vaqt parametri yo'q. Fundamental darajada unda vaqt umuman yo'q. U faqat alohida jarayonlarni tasvirga o'tganimizda payto bo'ladi.

Issiqlik vaqti gipotezasi

Bu g'oyani keyinroq Karlo Rovelli («Vaqt tartibi» muallifi) va Alen Connes rivojlantirdi. Issiqlik vaqti gipotezasiga ko'ra, vaqt mustaqil mavhumot emas. U tizimning bir qismi boshqa qism bilan o'zaro ta'sir qila boshlaganda payto bo'ladi.

Ikkita mayatnik

Mutlaq bo'shliqda, bir-biridan uzoqda osilgan ikkita mayatnikni tasavvur qiling. Har biri o'zicha tebranadi. Ular orasida ip yo'q. Har biri uchun boshqasiga nisbatan «oldingi» va «keyingi» yo'q — faqat o'ziga yopilgan o'z ritmi.

Endi ular orasiga ingichka ip torting. Darhol yangi narsa payto bo'ladi: birining harakati boshqasining harakatiga ta'sir qila boshlaydi. Tartib payto bo'ladi: bir holat — oldin, ikkinchisi — keyin. Vaqt payto bo'lgani uchun emas. Bog'lanish payto bo'lgani uchun — u orqali «oldingi» va «keyingi»ni farqlash mumkin bo'ldi.

Aynan shunday, gipotezaga ko'ra, vaqt tug'iladi. Qaerdandir qayergadir oqadigan daryo emas. Balki bog'langan tizimlar orasida payto bo'ladigan ketma-ketlik.

Eksperimental tasdiqlash

So'nggi yillardagi sun'iy kvant tizimlari bilan tajribalar bu manzarani tasdiqlaydi (Milz va boshqalar, Phys. Rev. Lett. 2021). Kubitlar orasidagi o'zaro ta'sir yoqilganda — tizimda ifodali vaqt o'qi payto bo'ladi, entropiyaning o'sishi bilan birga. Aloqani o'chirgandan keyin bu yo'nalish yo'qoladi.

Agar vaqt fundamental bo'lmasa, u holda biz «o'tmish» va «kelajak» deb hisoblagan hamma narsa — aniq pastki tizimlarda payto bo'ladigan lokal tuzilma. Butun Koinatning xususiyati emas, balki bizning uning bilan o'zaro ta'sirimiz xususiyati.

0-daraja. Imkoniyatlar maydoni

Endi — eng chuqur daraja. So'zlar bilan tasvirlash eng qiyini, chunki til allaqachon vaqt, makon va ajralishni faraz qiladi.

Cheksiz bo'shliqni emas, balki Koinatning mumkin bo'lgan holatlarining cheksiz to'plamini tasavvur qiling. Bizga tanish makon va vaqt payto bo'lishidan oldin barcha potensial konfiguratsiyalarning yagona maydoni mavjud.

Aynan shu g'oyani Wheeler–DeWitt tenglamasi tasvirlaydi. Unda tanish vaqt oqimi yo'q, faqat Koinatning yagona to'lqin funksiyasi bor — u o'z mavjudligining barcha mumkin variantlarini o'z ichiga oladi.

Golografik printsip

Shunga o'xshash yo'nalishni golografik printsip rivojlantiradi ('t Hooft, 1993; Susskind, 1995). Unga ko'ra, uch o'lchovli dunyo haqidagi butun axborot uning ikki o'lchovli chegarasida yozilishi mumkin. Agar haqiqatan shunday bo'lsa, bizga tanish Koinot o'ziga xos gologramma — har bir bo'lagida butun haqida axborot saqlangan proyeksiya bo'lishi mumkin.

3-rasm. Golografik printsip. Har bir bo'lak to'liq manzarani o'z ichiga oladi — faqat kamroq aniqlik bilan. Xuddi shunday Koinatning har bir bo'lagi butun haqida axborotni o'z ichiga olishi mumkin.

Singan oynani tasavvur qiling. Har bir bo'lak, eng kichigi ham, baribir butun yuzni aks ettiradi — faqat kamroq aniqlik bilan. Gologramma ham xuddi shunday ishlaydi: uni ming bo'lakka bo'ling va har bir bo'lak butun tasvirni, faqat biroz xiralashgan ko'rsatadi.

Agar Koinat shunday tuzilgan bo'lsa, u holda uning har bir bo'lagi — siz ham — qolgan hammasi haqida axborotni o'z ichiga oladi. Yashirin yozuv emas, balki haqiqiy tuzilma sifatida: siz qism sifatida ko'radigan narsa, to'liq manzarada butun bilan bog'langan bo'lib chiqadi.

Gipoteza statusi

Bu isbotlangan nazariya emas, lekin u tekshirib bo'ladigan bashoratlarga imkon beradi. Masalan, kelajakdagi LISA kosmik missiyasi (ESA, ishga tushirilishi 2030-yillarda rejalashtirilgan) shunday modellarda kutilgan ba'zi effektlarni tekshira oladi.

Biz o'zgargan ong holatlari bu darajaga to'g'ridan-to'g'ri kirish imkonini beradi deb da'vo qilmaymiz — bu spekulyatsiya bo'lardi. Lekin tajribali meditatsiya qiluvchilarning miya faolligini o'rganish g'ayrioddiy naqshlarni ko'rsatadi (Lutz va boshqalar, PNAS 2004), va ular bilan reallikning fundamental tuzilishi orasidagi bog'liqlik jiddiy o'rganishga loyiq.

Darajalarga sho'ng'ish: stul

Tagingizdagi stulni his qiling. Bu — qattiq, teginib bo'ladigan fakt.

3-daraja. Endi stulni kondensatsiyalangan energiya deb tasavvur qiling: atomlar tebranmoqda, bog'lanishlar — elektromagnit maydonlar.

2-daraja. Stul bir vaqtlar daraxt edi, bir kun kul bo'ladi. Uning «hoziri» — ketma-ketlikdagi lahzadir.

1-daraja. Va shu lahzada stul — obyekt emas, balki imkoniyatlar maydonidagi korrelatsiya.

0-daraja.

Fritjof Kapra «Fizika Daosi»da yozganidek, sharq falsafasi va zamonaviy fizika bir nuqtada uchrashadi: reallik — obyektlar yig'indisi emas, balki munosabatlar tarmog'i.

To'rt daraja — spektrlar yagonaligi. Xuddi yorug'lik prizmada ranglarga ajralgandek, maydon ham farqlab, vaqt, makon va moddani yaratadi. Lekin asosda doimo to'liqlik qoladi.

3-maqolaga: ongga ko'prik

Xullas, manzaramiz bor: modda — maydonning stabilizatsiyalangan konfiguratsiyalari. Makon — bo'shliq emas, balki tarang muhit. Vaqt — fundamental mavhumot emas, balki o'zaro ta'sir natijasi. Asosda — barcha imkoniyatlar maydoni.

Lekin reallik shunday tuzilgan bo'lsa, bu manzarada ongning joyi qayerda?

Bu savolga javob — uchinchi maqolada. Biz Penrose va Hameroffning Orchestrated Objective Reduction (Orch OR) gipotezasini, neyronlardagi mikronaychalarning rolini, narkoz tabiatini va — eng muhimi — kvant reallik tabiatini tushunish o'zini o'lchashga, optimallashtirishga va nazorat qilishga o'rgan insonning kundalik hayotini qanday o'zgartirishini ko'rib chiqamiz.