А что если пространство возникает из времени? Как один квантовый кубит во времени «рисует» наше 3D-пространство

Мы привыкли думать о пространстве и времени как о чем-то незыблемом, как о сцене, на которой разворачивается драма Вселенной. Эйнштейн объединил их в единое четырехмерное пространство-время, и с тех пор эта концепция стала краеугольным камнем современной физики. А что, если… это не совсем так? Что, если одно из этих измерений, наше родное трехмерное пространство, на самом деле не так уж фундаментально? Звучит безумно? Возможно. Но недавнее исследование предлагает взглянуть на эту идею под совершенно неожиданным углом.

Представьте себе: все знакомое нам пространство, с его длиной, шириной и высотой, может «вырастать» из чего-то гораздо более простого — из поведения крошечной квантовой частицы, наблюдаемой во времени. Да-да, вы не ослышались.

Так, стоп. При чем тут кубиты?

Давайте на секунду отвлечемся. Что такое кубит? В мире квантовой механики, где все ведет себя, мягко говоря, странно, кубит — это базовый элемент информации. В отличие от обычного бита в вашем компьютере (который может быть либо 0, либо 1), кубит может находиться в состоянии 0, 1, или в обоих одновременно. Это странное «и то, и другое» называется суперпозицией. Это как если бы монетка не падала орлом или решкой, а зависала в воздухе, будучи и тем, и другим сразу.

Именно эта квантовая причудливость и навела физиков Влатко Ведрала и Джеймса Фуллвуда на мысль. Они задались вопросом: а что если понаблюдать за одним-единственным кубитом в течение некоторого времени? Просто следить за тем, как меняются его состояния, как результаты измерений сегодня связаны с результатами вчера, позавчера и так далее. Никаких сложных установок, никаких предположений о том, с чего все началось. Только кубит и время.

Математика, которая удивляет

И вот тут начинается самое интересное. Анализируя математическую структуру этих связей во времени — этих корреляций между состояниями кубита в разные моменты — исследователи обнаружили нечто поразительное. Эта структура оказалась математически эквивалентна… геометрии обычного трехмерного пространства! Той самой, которую мы изучали в школе, с ее правилами измерения расстояний (помните евклидову метрику?).

По сути, из «танца» одного кубита во времени проступили очертания нашего трехмерного мира. Шутка ли?

Конечно, Ведрал признает, что реальная геометрия нашего пространства сложнее, чем та упрощенная модель, что возникла в их расчетах. Но сам факт, что из такого минимума — кубит и время — можно получить «рецепт» для построения трехмерного пространства, заставляет задуматься. А вдруг пространство — это не данность, а нечто производное, порожденное временем и квантовой информацией?

Время вперед? Прощай, пространство-время?

Эта идея, честно говоря, довольно провокационна. Она ставит под сомнение саму концепцию единого пространства-времени. Если пространство можно «вывести» из времени, значит, время — это нечто более фундаментальное, первичное. А пространство — вторично.

Для физиков это почти ересь. Специальная теория относительности Эйнштейна строится на неразрывности пространства и времени. Разделить их — значит пошатнуть основы основ. Неудивительно, что эта мысль вызывает жаркие споры.

Хотя, надо признать, Ведрал и Фуллвуд не одиноки в своих сомнениях. Есть и другие ученые, например, Ли Смолин, которые тоже считают время чем-то более главным, чем пространство. Правда, его идеи о природе времени отличаются, но сам тренд налицо — физики начинают осторожно «прощупывать» границы привычной картины мира.

А может, все не так просто?

Конечно, не все так гладко. Скептики, такие как Томас Гэлли, указывают на важные моменты. Во-первых, само по себе получение знакомой формулы для расстояний еще не объясняет механизм, как именно пространство могло бы «возникнуть» из кубита и времени. Это пока скорее интригующее совпадение, чем полное объяснение.

Во-вторых, а почему именно кубит? Может, если взять другой, более сложный квантовый объект, мы тоже сможем извлечь из его поведения во времени ту же самую геометрию пространства? Уникально ли это свойство для кубита? Вопросов пока больше, чем ответов.

Что дальше? Эксперименты и размышления

Хорошая новость в том, что некоторые из этих идей, возможно, удастся проверить в будущем. Современные технологии позволяют манипулировать ультрахолодными квантовыми объектами и кубитами в квантовых компьютерах. Кто знает, может, эксперименты подкинут нам новые загадки или, наоборот, подтвердят смелые гипотезы.

А пока физикам предстоит еще немало поспорить и поломать голову над тем, что же такое на самом деле пространство и время. Как метко заметил Ведрал, возможно, все наше привычное «пространство-время» — это просто удобная модель, полезная «карта» реальности, но не сама реальность. Может, за этой картой скрывается что-то более глубокое и удивительное, связанное с квантовой информацией и потоком времени?

Одно ясно точно: наше понимание Вселенной далеко от завершения. И самые простые, на первый взгляд, вопросы — «что такое пространство?» и «что такое время?» — могут скрывать за собой самые невероятные ответы. А вы как думаете?