"От всички неща едно и от едно всички неща", пише гръцкият философ Хераклит преди около 2500 години. Той описва монизма, древната идея, че всичко е едно – че по същество всичко, което виждаме или преживяваме, е аспект на едно обединено цяло. Хераклит не е първият, нито последният, който застъпва тази идея. Древните египтяни вярвали във всеобхватно, но неуловимо единство, символизирано от богинята Изида, често изобразявана с воал и почитана като "всичко, което е било, е и ще бъде" и "майка и баща на всички неща".
Този мироглед също следва по директен начин от откритията на квантовата механика, загадъчната физика на субатомните частици, която се отклонява от класическата физика на Исак Нютон и опита ни в нашия бит. Благодарение на квантовата механика, която твърди, че цялата материя и енергия съществуват като взаимозаменяеми вълни и частици, разполагаме с компютри, смартфони, ядрена енергия, лазерни скенери и може би най-добре потвърдената теория в цялата наука. Нуждаем се от математика, която е в основата на квантовата механика, за да осмислим материята, пространството и времето. Два процеса на квантовата физика водят директно до идеята за взаимосвързана вселена и монистична основа на природата като едно цяло: "вплитането", начинът на природата да интегрира части в едно цяло и темата за Нобеловата награда за физика за 2022 г.; и "декохерентността", предизвикана от загубата на квантова информация.
И все пак, въпреки основната линия във философията и физиката, мнозинството от западните мислители и учени отдавна са отхвърлили идеята, че реалността е буквално единна, или че природата и Вселената са една система. От съдиите в Инквизицията (1184-1834) до днешните квантови физици, мисълта, че една единствена система стои в основата на всичко, е твърде странна, за да й се повярва. Всъщност, въпреки че философите са предложили монизма отпреди хиляди години и квантовата механика в крайна сметка е експериментална наука, западната култура не приема концепцията и е наказвала онези, които подкрепят идеята.
Не винаги е било така. В древни времена концепцията за монизма е имала по-голяма тежест в човешкото съзнание. Философите от школата на Питагор (около 570-490 г. пр. н. е.), известен с предполагаемото си откритие на геометричната връзка между трите страни на правоъгълен триъгълник, са определили числото едно като център на Вселената. Съвременникът на Хераклит Парменид (около 520-460 г. пр. н. е.) вярва, че реалността е извън времето "едно, което е и което не трябва да бъде". А Платон, може би най-влиятелният философ в историята, се казва, че е преподавал монизма като тайна доктрина в своята академия, която да се разпространява само устно.
Всъщност монизмът по-късно се превръща в запазена марка на неговата школа, а неоплатониците като Плотин (ок. 205-270 от н.е.) пише за "едно единственото", което е "всички неща" и "генератор на битието".
Приблизително по същото време мистичните култове, популярни в късната античност, пропагандират скритото единство зад многото богове на гръко-римския политеистичен пантеон и разбират различните божества като представяне на различните аспекти на една единствена, обединена реалност.
По-късно философските идеи, основани от монистичните инстинкти на Платон, се конкурират с християнството и са стават доминиращ светоглед на Римската империя.
Дори тогава християнството възприема платоновите идеи, идентифицирайки монистичното "Едно" с Бог. Но християнството се основава и на дуалистични философии като манихейството, което вярва в свят, обхванат в епична борба между доброто и злото. Ето как понятия като Бог и дявол, рай и ад или ангели и демони получават своята важна роля сред християнските вярвания. В същото време монистичните влияния са били изтласкани в един отвъден свят. Християнският Бог се разбира като различен от естествения свят, който управлява отвън.
Томас Ейкенхед, който е твърдял, че "Бог, светът и природата са едно", е обесен за богохулство.
С издигането на християнската църква до политическа власт и падането на Римската империя голяма част от културата и философията на античността се губят, а монизмът е преследван като ерес. Ако "всичко е едно", Бог се смесва със света и средновековната теология разбира това като атеизъм или обезценяване на Бога.
Когато през 855 г. Йоан Скот Ериугена, средновековен философ от двора на франкския император Карл Плешиви, описва Бог като "неделимо единство", което държи заедно "всички неща", той е осъден и книгите му са забранени. Разбира се, тези идеи на монизма вдъхновявали философите, но теолозите са виждали в тях заплаха за религията. До 13-ти век група учени в Париж прибягват до позицията, че съществува двойна истина: че това, което е правилно в естествената философия, може да бъде погрешно в същото време в теологията и обратното.
Тези конфликти очертават връзката между религията и развиващите се науки. След като Николай Коперник се застъпва за хелиоцентричен модел на планетарната система през 1543 г., предполагайки, че Земята и планетите да се въртят около Слънцето, вместо Вселената около Земята, книгата му е спряна от Инквизицията през 1616 г.; в продължение на повече от 200 години е разрешено да се публикува само в издания, които подчертават, че представя само математически модел, но не и твърдение за реалността. Същата година Галилео Галилей е предупреден от кардинал Робърт Белармин, инквизитор и един от съдиите, които са осъдили Джордано Бруно да бъде изгорен на клада, да преподава хелиоцентричния модел не като истина, а само като хипотеза.
През 1600 г. Бруно, ранен защитник на модела на Коперник, е изгорен жив в Рим. Сред неговите ереси е неговата монистична философия, утвърждаваща, че "цялото е едно" и че "Природата … не е нищо друго освен Бог в нещата". През 1619 г. Лучилио Ванини, който е проповядвал религия на природата, където лист трева е доказателство за Бог, отрязва езика си и е удушен на клада, а тялото му е изгорено в Тулуза. А през 1697 г. Томас Ейкенхед, още студент, който е твърдял, че "Бог, светът и природата са едно", е обесен за богохулство в Единбург.
Процесът срещу Джордано Бруно - релеф на паметника му на площада "Кампо ди фиоре", където е бил изгорен. Кредит: Wikimedia Commons
Науката в онези ранни дни често се е очертавала като нещо като "мек монизъм". Йоханес Кеплер, който открива, че Земята и другите планети се въртят около Слънцето в елиптични орбити, се опитва да разбере природата от гледна точка на хармонии и симетрии. Влиянието на Бруно и идеите на монизма директно вдъхновяват усилията му да развие единна теория и да намери хармонични, красиви модели в естествения свят.
Влиянието на монизма е още по-очевидно в работата на Нютон, най-известен със своята теория за гравитацията. Едно от най-важните постижения на Нютон е прозрението, че гравитацията действа универсално върху всички тела на Земята и другаде във Вселената. Той изрично сравнява тази характеристика с идеята за всеобхватна божественост, която възприема от платоника на Кеймбридж Ралф Кудуърт. "Една и съща божественост [упражнява] своите сили във всички тела", пише Нютон.
Майкъл Фарадей, който разкрива, че силовите полета проникват във Вселената, прави важни стъпки към обединяването на електричеството и магнетизма – една наистина монистична гледна точка.
Алберт Айнщайн, който създава такива концепции като извитата вселена и пространство-времето, е вярвал, че отделянето на хората от останалата част от Вселената е по същество оптична заблуда на съзнанието.
Монизмът се появява отново и отново, като вдъхновява най-великите творения и творци на човечеството в изкуствата. Операта на Моцарт "Вълшебната флейта" (1791) включва възхвала на Изида. Бетовен е сложил цитата "Аз съм всичко, което е, което е било и ще бъде и никой смъртен никога не е вдигнал воала ми", приписван на Изида, в рамка на бюрото си. Романтичните поети от Гьоте през Колридж и Уърдсуърт описват копнежа за помирение на егото и света в природата.
Въпреки всичко това, твърдата линия на Църквата остава: монизмът може да повлияе на науката и да вдъхнови нашето най-велико изкуство, но идеята, че той съвсем буквално описва природата, е отхвърляна от огромното мнозинство през годините. Към днешна дата сме склонни да вярваме, че монизмът и природата, или монизмът и науката, не принадлежат едно на друго; че хипотезата "всичко е едно" просто изобщо не е истинска наука.
Ако нещо трябва да ни убеди да променим решението си, това е експерименталната наука на квантовата механика и лежащата в нейната основа математика. Една известна характеристика на квантовата механика е, че няма строго разделение между частици и вълни. Това, което преди се е считало за частица, например електрон, понякога може да се държи като вълна, докато вълните (като например светлината) могат да абсорбират и излъчват енергия на отделни порции, разбирани като подобни на частици кванти. За разлика от частицата обаче вълната не съществува на определено място. Тя се простира над повърхността на езеро или простора на Вселената, т. е. "нелокално", на жаргона на физиката. Квантов обект, описан като вълна, съществува на няколко места едновременно – докато не бъде измерен. В този момент обектът сякаш се срива в едно от потенциалните си местоположения.
Това води до най-странния аспект на квантовата механика – вплитането, свойство на квантовите системи, съставени от две или повече частици. Според квантовия пионер Ервин Шрьодингер, който пише през 1935 г., вплитането е "характерната черта на квантовата механика, тази, която налага пълното й отклонение от класическите линии на мислене".
Да си представим, че виждаме вълна на повърхността на езеро, за която знаем, че е резултат от две комбинирани вълни, като например два камъка, пуснати във водата. Ако погледнем водната повърхност, няма да можем да разберем от какво са започнали тези вълнички. Например набраздяването може да е възникнало от два камъка, причиняващи две равни вълни във водата, или от малък камък, причиняващ една трета от вълната, и по-голям камък, създаващ две трети.
Илюстрация на концепцията за квантова суперпозиция или квантово вплитане. Суперпозицията е способността на една квантова система да се намира в няколко състояния едновременно, докато не бъде измерена. Квантовото вплитане е физическо явление, което възниква, когато двойки или групи частици се генерират или взаимодействат по такъв начин, че квантовото състояние на всяка частица не може да бъде описано независимо. Кредит: Public Domain Pictures
Приемайки тази логика за номинална стойност, нищо, което виждаме, наистина не съществува - няма частици, нито физици, нито котки, нито кучета
Същото важи и за вплетените квантови системи: може да познаваме напълно цялата система, но в същото време да не знаем нищо за нейните съставни части, докато не ги определим чрез експеримент, като ги измерим. В такъв експеримент самият акт на измерване би разрушил първоначалното цяло.
Шрьодингер е този, който ясно обобщава какво означава вплитане:
Най-доброто възможно познание за едно цяло не включва непременно най-доброто възможно познание за всички негови части,...
Когато две системи... влязат във временно физическо взаимодействие... и когато след време на взаимно влияние системите се разделят отново, тогава те вече не могат да бъдат описани по същия начин, както преди.
Вплитането е начинът на квантовата механика за интегриране на части в едно цяло и когато се приложи вплитането към цялата Вселена, се стига до принципа на Хераклит "От всички неща Едно". Приемайки тази логика за чиста монета, нищо, което виждаме около нас, наистина не съществува; няма частици, нито физици, нито котки, нито кучета. Единственото нещо, което наистина съществува, е Вселената като цяло.
Прочетете: "Какво всъщност е реалността?" - отговаря квантовата физика
И все пак, докато тази логика е лесна за следване, заключението изглежда странно и е далеч от общия консенсус, дори сред физиците. Всъщност това предизвика спор, който може да бъде проследен назад до ранната история на квантовата механика, когато през 1927 г. Нилс Бор и Вернер Хайзенберг осъзнават, че човек никога не може да изпита едновременно аспектите на частиците и вълните на един квантов обект. Приятелят и сътрудник на Хайзенберг Волфганг Паули се опитва да илюстрира това откритие, казвайки, че човек може да гледа на природата с две различни очи, виждайки или частици, или вълни, но ако наблюдателят се опита да отвори и двете очи заедно, те ще се объркат. Като последствие, това изглежда предполага, че реалността е фундаментално ненаблюдаема, точно като забулената египетска богиня Изида. Но физиката е експериментална наука.
Бор, Хайзенберг и Паули поне остават неубедени. Когато се опитват да осмислят квантовата механика, те стигат до заключението, че това, което виждаме, е реално и че зад него не се крие по-фундаментална квантова реалност. Според тази "Копенхагенска интерпретация", квантовата механика не описва по-дълбока реалност, а просто нашето непълно познание за природата.
Скорошно изследване на този мистериозен свят разкри вплитането в реално време на два фотона, създавайки завладяващо квантово „ин-ян“, което хвърля светлина върху сложния танц на частиците в най-малките мащаби. Кредит: Danilo Zia et al, Interferometric imaging of amplitude and phase of spatial biphoton states, Nature Photonics (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01272-3
Теоретичната вълнова функция на Шрьодингер, математическият израз, който описва различните вероятности за квантовият обект да бъде в дадено състояние или местоположение, не бе приета като модел на природата, а се разбираше просто като инструмент за предсказване на това, което нашите измервателни устройства биха регистрирали.
"Няма квантов свят", твърди Бор.
За много години напред този възглед се превръща в ортодоксална интерпретация на това какво означава квантовата механика.
От времето, когато е публикувана през 1935 г. статията на Шрьодингер за вплитането, физиците са имали възможност да възприемат монистична интерпретация на квантовата механика или поне да я приемат като основен претендент за инструменталната интерпретация на Бор, че квантовата механика е просто инструмент.
И все пак изглежда, че Хайзенберг и Бор, веднага щом са открили тази странна, нова квантова реалност, която е в основата на нашия ежедневен свят и обединява всичко във Вселената, са се отказали да се заемат да изследват тази неизследвана територия. Вместо това те решават да я обявят за несъществуваща.
Тази реакция е още по-объркваща, тъй като физиците са имали понятие за монистичните последици от квантовата механика. Например, когато през 1947 г. Бор получава Ордена на слона, най-високото отличие на Дания, той проектира свой собствен герб, който включва символа "ин и ян", изобразителното представяне на монистичната даоистка философия, че привидно противоположните сили в природата всъщност се допълват части от фундаментално цяло на по-дълбоко ниво на разбиране. В подобен дух Хайзенберг озаглавява своята автобиография Der Teil und das Ganze (1969) или "Частта и цялото".
По-конкретно, физикът Дейвид Бом пише в популярния си учебник "Квантова теория" (1951 г.), че квантовата механика изисква да се "откажем от идеята, че светът може правилно да бъде анализиран на отделни части" и "да я заменим с предположението, че цялата вселена е основно една единствена, неделима единица". През 70-те години бестселърът на Фритьоф Капра "Дао на физиката" (1975) сравнява квантовата физика с източноазиатската духовност. Така че защо монистичните последици от квантовата физика не бяха взети на сериозно? Защо квантовата физика бе подходящ математически модел, но се смяташе за недостатъчна, за да опише контурите на самата природа?
Има много причини това да не се случи.
От една страна, въпреки монистичните наклонности на визионери като Нютон и Кеплер, идеята, че "всичко е Едно" обикновено не се разбира като смислено твърдение в науката. Това "Едно" не може да се наблюдава директно и науката е експериментален опит. Освен това, западният ум е склонен да ограничи науката до решаването на проблеми, като същевременно запази абсолютните и окончателни отговори за религията. Този начин на мислене и до ден днешен устройства дори и хора, които не са непременно религиозни.
Нещо повече, оказва се, че всъщност няма значение какво предполага квантово-механичната вълнова функция. Формулите и предсказанията на квантовата физика работят перфектно и могат да бъдат приложени успешно в различните нововъзникващи изследователски области в ядрената физика, физиката на частиците и физиката на твърдото тяло, независимо от това, което вярваме за основната реалност. Нещо повече, в продължение на много години никой не разбира какво се е случило по време на квантово измерване и как квантовата механика е свързана с ежедневния ни опит в свят, направен от големи обекти, съществуващи в определени форми и места.
Тази ситуация се променя едва около 1970 г., когато физикът Хайнц-Дитер Цех (Heinz-Dieter Zeh) открива процес, известен като "декохерентност", който е важен за почти всеки клон на съвременната физика. Декохерентността предпазва ежедневния ни опит от твърде много квантови странности. И реализира последната част от принципа на Хераклит: "от всички неща Едно".
Сякаш декохерентността отваря ципа между паралелните вселени
Декохерентност се случва, когато квантов обект взаимодейства със своята среда – например, когато частица като електрон, човек наблюдател или измервателно устройство и околната среда квантово се вплитат. Ако квантовият обект е частица, съществуваща на две различни места (възможно е, ако е под формата на вълна), всяко от тях е свързано със съответното състояние на измервателното устройство, записващо частицата в съответната позиция.
Докато тези възможни реалности се наслагват във вплетеното цяло, те се разплитат от гледна точка на наблюдателя, който не знае точното състояние на околната среда, което вероятно е цялата останала част от Вселената. Сякаш наблюдавате градината си през преграден прозорец: природата изглежда разделена на отделни части, но това е артефакт от вашата перспектива.
От гледна точка на наблюдателя, потопен в собствената си реалност (наречена "жабешка поглед" от космолога Макс Тегмарк), измервателното устройство може да опише две реалности въз основа на математически вероятности във вълновата функция – частицата може да бъде разположена в позиция А с измервателно устройство наблюдавайки това място, или частицата може да бъде намерена в позиция B с друго устройство, записващо тази позиция.
Откритието на Цех подкрепя противоречивата гледна точка на квантовата механика, предложена от физика Хю Еверет, станала известна под подвеждащия етикет "интерпретация на паралелните светове или мултивселената".
Според Еверет квантовите измервания нямат само един резултат. Вместо това, всички резултати, разрешени в квантовата механика, се реализират, макар и в паралелни реалности. Сякаш декохерентността отваря ципа между паралелните вселени. На по-фундаментално ниво обаче интерпретацията на Еверет не описва много класически светове, а по-скоро една единствена квантова вселена, управлявана от универсална вълнова функция. Ако един хипотетичен наблюдател може да види цялата Вселена отвън с разкритите й възможности, космосът би се проявил като един-единствен квантов обект. Това, метафорично казано, би била "птичи поглед", отнелязва Тегмарк.
Прочетете: Котката на Шрьодингер. Различни интерпретации на квантовата неопределеност
Колкото и забележителни да са заключенията на Еверет и Цех, те не са били оценени от техните колеги физици. Вместо това в продължение на десетилетия всяко по-задълбочено изследване на основите на квантовата механика е обезкуражено и всеки, който се осмели да постави под съмнение ортодоксалната интерпретация на Бор, се натъква на токсичната смес от враждебност и догматичен прагматизъм. Отношението е подходящо обобщено през 1989 г. от физика Дейвид Мермин (David Mermin ) като "Млъкни и смятай!" (‘Shut up and calculate!’). Мотото отразява натиска върху студентите от 20-ти век да възприемат квантовата механика като инструмент, вместо да си губят времето с метафизични размишления или всякакви усилия да намерят израза му в реалността.
Прочетете: "Как вплитането на частиците откри нова ера в квантовите технологии"
Кредит: The Royal Swedish Academy of Sciences
Джон Клаузър (John Clauser), един от носителите на Нобелова награда за физика за 2022 г. за работата си върху квантовото вплитане, описа как "много мощна … стигма започна да се развива в общността на физиците към всеки, който светотатствено критикува основите на квантовата теория". Леон Розенфелд (Léon Rosenfeld), близък сътрудник на Бор, характеризира Еверет като "неописуемо [sic!] глупав" и твърди, че "не може да разбере най-простите неща в квантовата механика". Горе-долу по същото време Цех, който открива декохерентността, бе информиран от своя съветник, носител на Нобелова награда, "че всяка по-нататъшна дейност по тази тема ще сложи край на [неговата] академична кариера!" Цех подчертава паралелите между консервативната позиция на Инквизицията и догматичния антиреализъм на много физици днес:
"Галилей бе преследван, тъй като смяташе светогледа на Коперник за реален, а не само като инструмент за извършване на изчисления. Подобни опити за омаловажаване на научните прозрения са често срещани днес не само сред креационистите, но и сред много философи... и дори повечето физици."
По този начин, дори след като декохерентността бе обяснила как нашият ежедневен опит може да следва от една монистична квантова реалност, идеята остава външният поглед на малка група физици-ренегати. И всъщност за повечето от нас идеята за всеобхватно "Едно" не изглежда като истинска наука. Идва с аромат на ню ейдж глупости.
Прочетете: Преосмисляне на реалността: Дали цялата Вселена не е един-единствен квантов обект?
Млечният път над Glenfield Homestead - Northam, Западна Австралия. Кредит: Flickr/Trevor Dobson. (CC BY-NC-ND 2.0)
Защо тази идея ни звучи толкова странно?
За да разберем това пристрастие, трябва да оставим квантовата механика за момент и да погледнем назад към това как монизмът се е развил в Европа през последните 800 години. Оказва се, че спорът за това как да се тълкува квантовата механика е част от по-голямата история – конфликтът за това кой има право да дефинира основата на реалността: религията или науката?
Според Еверет и Цех фундаменталното описание на Вселената е едно вплетено състояние, описано от универсална вълнова функция. Всичко, което преживяваме в ежедневието си, възниква от тази фундаментална квантова реалност.
Ако това е вярно, това означава, че традиционният подход на физиката за разбиране на нещата по отношение на съставките вече не работи. Ако физиците обясняват как ежедневните предмети като столове, маси и книги са направени от атоми, атомите са съставени от атомни ядра и електрони, атомните ядра съдържат протони и неутрони, а протоните и неутроните се състоят от кварки, те пренебрегват, че тези частици не са фундаментални, а само абстракции от фундаменталното цяло.
Ако във Вселената съществува само едно нещо, тогава пространството вече няма смисъл
Вместо това най-фундаменталното описание на Вселената трябва да започне със самата Вселена, разбирана като вплетен квантов обект. Наистина, Нобеловата награда за физика за 2022 г. бе присъдена за експерименти, които изследват корелациите между частици, разделени на големи разстояния, но свързани една с друга въз основа на вплитане.
Този възглед също така изисква от нас да преосмислим представата си за пространство и време. Ако във Вселената съществува само едно нещо, тогава пространството, често разбирано като относителен ред на нещата, вече няма смисъл. Нито пък е лесно да си представим, че този единствен обект се развива във времето. Съответно, уравнението на Wheeler-DeWitt, описващо квантово-механичната вълнова функция на Вселената и отправна точка за голяма част от работата на Стивън Хокинг по космология, описва безвременна вселена.
Вплитането също играе решаваща роля в най-напредналите подходи към квантовите изчисления и търсенето на теория за квантовата гравитация, в която вплитането създава връзки между отдалечени региони на пространство-времето. Само няколко седмици преди новите Нобелови лауреати да бъдат почетени в Стокхолм през 2022 г., различен екип от изтъкнати учени публикува статия в Nature, който описва процес в квантовия компютър на Google, който може да се тълкува като някакъв вид червеева дупка, тунел, свързващ далечни региони в космоса. Въпреки че червеевата дупка, реализирана в този скорошен експеримент, съществува само в двуизмерна вселена - играчка, тя загатва за тясна връзка между квантовото вплитане и близостта в космоса и по този начин може да представлява пробив за бъдещи изследвания в челните редици на физиката.
3000-годишната концепция за монизма всъщност може да помогне на съвременните физици в тяхната борба да намерят теория за квантовата гравитация и да осмислят черните дупки, бозона на Хигс и ранната Вселена. Шансовете са големи да станем свидетели на началото на нова ера, в която науката е образована от монизма и Вселената се възприема като единно цяло.
Илюстрация, създадена с помощта на AI Dream от НаукаOFFNews
Авторът Хайнрих Пас (Heinrich Päs) е професор по теоретична физика в Техническия университет Дортмунд в Германия. Той е автор на The Perfect Wave: With Neutrinos at the Boundary of Space and Time (2014) и The One: How An Ancient Idea Holds the Future of Physics (2023).
Източник: All is One, Aeon
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
1
09.09 2023 в 03:48
Последни коментари