Какво би означавал фактът, че самата тъкан на нашата вселена не е единичен, непрекъснат модел, а зашеметяващ набор от скрити капани и тайни проходи? Обикновено си представяме космоса като една грандиозна, непрекъсната сцена, но може би в нея има нещо повече, отколкото се вижда на пръв поглед. Тревожна е мисълта, че нещо фундаментално може да липсва в нашето разбиране.

Сега изглежда, че червеевите дупки, тези преки тунели през времето и пространството, за които Алберт Айнщайн е теоретизирал и които научната фантастика изобразява като портали между две отдалечени галактически точки, са в основата на решаването на най-големия конфликт в космическата физика.

В продължение на десетилетия физиците се борят с някои дилеми, опитвайки се да слеят двата титана на съвременната физика: квантовата механика (която описва как изключително малки частици материя, като електроните, могат да действат едновременно като частици и вълни) и общата теория на относителността (която описва гравитацията като изкривяване на пространство-времето от масивни обекти). Стандартният ни подход от учебниците за описание на квантовата механика, особено в плоско, скучно пространство-време, постига чудеса в обяснението на света, но ако въведем някаква сериозна космическа кривина – да речем, близо до черна дупка – нещата стават странни. Тук се намесва Квантовата теория на полето в извито пространство-време, или накратко QFTCS. Тя описва поведението на квантовите полета, където гравитацията е важен играч.

Основен елемент в тази космическа драма е загубата на това, което наричаме унитарност, което представлява критичен проблем. Мислете за унитарността като за желязното обещание на Вселената, че никоя информация никога не изчезва напълно. Това е основен принцип в квантовата механика, който гарантира, че ако знаете всичко за една квантова система в даден момент, можете перфектно да предскажете нейното бъдеще (или да реконструирате нейното минало). Но когато приложите QFTCS към екстремни гравитационни среди, като хоризонта на събитията на черна дупка, това обещание сякаш се нарушава. Чистите квантови състояния сякаш еволюират в размити, смесени състояния за наблюдателя, което означава, че информацията просто... изчезва. Това явление не е просто досадно; то е прословутият информационен парадокс на черната дупка, значително предизвикателство.

Тези фундаментални проблеми – загубата на унитарност и информационният парадокс – упорито се задържат в продължение на много десетилетия, противопоставяйки се на всички опити за напълно унитарна формулировка на QFTCS. Нашата концепция за течението на времето в квантовата механика като фиксирана, непоколебима стрела се сблъсква с динамичната, променяща формата си природа на пространство-времето в общата теория на относителността.

Нещо трябва да се промени.

Тук се появяват мостовете на Айнщайн-Розен. Може би ги познавате по-добре с по-вълнуващия им, макар и по-непрецизен, прякор: червееви дупки. Далеч от това да са просто научнофантастичен материал, това са хипотетични връзки между две отделни области на пространство-времето, произтичащи директно от изумителните математически решения на теорията на общата относителност на Айнщайн. Алберт Айнщайн и Нейтън Розен сами изследват тези математически „мостове“ през 1935 г., откривайки начин, по който черна дупка теоретично може да се свърже с бяла дупка – обратното на черна дупка, където всичко винаги излиза, вместо да влиза.

Но не бързайте да си стягайте багажа за галактическо пътешествие. Червеевите дупки, които Айнщайн и Розен си представяха, бяха доста безполезни за реално пътуване, защото са нестабилни и непроходими. По-популярната идея за проходима червеева дупка, от вида, който може да видите в холивудски филм, обикновено изисква нещо, наречено „екзотична материя“ - неща с отрицателна енергийна плътност - които не сме открили наоколо. Освен това, нямаме точно никакви наблюдателни доказателства за какъвто и да е вид червеева дупка, съществуваща в космоса. Така че, дълго време тези мостове изглеждаха като очарователни, но в крайна сметка задънени улици за обединяване на нашето разбиране за Вселената.

Но какво ще стане, ако в старите ни идеи за мостовете на Айнщайн-Розен просто липсваше ключово парче от пъзела? Може би сме ги гледали погрешно, фокусирайки се върху тях като физически преки пътища през пространството, а не като нещо по-дълбоко, което свързва Вселената на по-дълбоко ниво. В този момент на сцената излиза една наистина радикална реинтерпретация.

Новопредложена теоретична рамка, наречена „квантова теория с пряка сума“, предлага провокативно решение на нашата космическа загадка. Вместо да разглежда квантовото състояние като съществуващо само в една област от пространство-времето, тази теория предполага, че то е комбинация от компоненти, всеки от които е свързан с отделна област. Мислете за него не като за едно, неразкъсано въже, а по-скоро като за множество нишки, всяка от които представлява аспект на реалността, всички вплетени в по-голямо, кохерентно цяло.

Гениалността на този подход с директно сумарно обобщение се крие във въвеждането на това, което физиците наричат ​​„геометрични суперселекционни сектори“ (ССС). Това не са просто високопарни думи; представете си ги като отделни, но сложно свързани региони на физическото пространство-време. Те са като различни страници в голямата книга на Вселената, всички свързани чрез фини, дискретни трансформации. И ето го най-интересното - моментът, в който парчетата от пъзела най-накрая си идват на мястото: тези геометрични суперселекционни сектори са по същество същите мостове на Айнщайн-Розен, които преследват физиката от близо век. Те не са проходими портали за космически кораби; те са математически мостове, представляващи ключова концепция, която възстановява реда в нашето разбиране за квантовата вселена.

Тази реинтерпретация променя коренно правилата на играта. Като преосмисля тези мостове като математически връзки между отделни пространствено-времеви региони, квантовата теория с директна сума обещава да предостави наистина унитарно описание на квантовите полета в изкривеното пространство-време. Край на информацията, изчезваща в бездната на черната дупка. Край на космическите парадокси. Вместо това се появява последователна картина. Все едно да откриеш липсващата нишка в космическата тъкан и да осъзнаеш, че тя е била там през цялото време, просто умело прикрита като шев.

И това не е просто елегантна теория, въртяща се в празнотата. Има убедителни доказателства в подкрепа на тази радикална идея. Самата вселена може би шепне улики в слабото сияние на Големия взрив – космическият микровълнов фон (CMB), ключов наблюдателен прозорец. Данните от космическата обсерватория „Планк“, която щателно картографира CMB по цялото небе, разкриват мащабни характеристики, които не винаги са еднакви по цялото небе, предоставяйки допълнителна информация. Тези леки дисбаланси в реликтово-минералното лъчение биха могли да бъдат точно това, което бихме очаквали, ако нашата вселена е изтъкана от тези геометрични сектори на суперселекция – тези преосмислени мостове на Айнщайн-Розен – вместо да е един единствен, изолиран лист.

Прекарахме десетилетия в опити да поправим една вселена, която не се сливаше, преследвана от изчезваща информация и упорития конфликт между най-добрите ни теории. Сега, с нова перспектива, виждаме, че решението може би не включва изобретяването на нови, екзотични неща, а просто разбиране на стари концепции по революционно нов начин. Става въпрос за признаването, че фундаменталната тъкан на нашата вселена може би е по своята същност по-свързана, отколкото някога сме смеели да си представим.

И в тази нова рамка на възстановена и отново свързана единна вселена, самата идея за фиксираната посока на времето, която отдавна е крайъгълен камък на нашите квантови теории, изглежда вече узряла за преоценка.

Кой знае какви други дълбоки мистерии биха могли да ни помогнат да разгадаем тези новоразбрани космически мостове? Те биха могли да намекнат за по-нататъшни открития, които само чакат в фините модели на космическото фоново лъчение или следващото поколение ускорители на частици.

Снимка: Unsplash

Виж още: Марсианска градина: Отгледаха ядливи растения с тор, произведен от марсиански прах