Budda, kwanty i hologram 1/3

Fizyka jest pełna metafizyki. Współcześnie okazuje się, iż to szkiełko i oko daje wgląd poza naskórkową warstwę rzeczywistości. Laboratorium dostarcza strawy dla ducha, której nie potrafi zapewnić świątynia, snująca antropomorfizowane, trącące infantylną naiwnością narracje religijne. Świat opisywany przez naukę już dawno stracił kontakt z obserwowalną oczywistością. Żyjemy w czasach, gdy do eksperymentalnego potwierdzenia fizycznych teorii niezbędne jest budowanie tytanicznych maszyn mielących strukturę rzeczywistości, supernowoczesnych akceleratorów, według prasowej nomenklatury służących zabawie w boga.

To nie jest już ta epoka, gdy spadający z jabłoni owoc mógł natchnąć dociekliwego badacza do sformułowania odkrywczej syntezy. I choć co prawda te pierwociny naukowego myślenia dały początek ujmowania rzeczywistości przez pryzmat matematyki, to jednak idę o zakład, że efekt zaskoczyłby pionierów. Najpierw nadeszła einsteinowska teoria względności, która już była gwałtem zadanym ludzkiej intuicji. Zaraz za nią ze świetlistych bezkresów racjonalności wyłoniła się fizyka kwantowa. Jej osobliwy urok można by umieścić gdzieś pomiędzy abstrakcyjnym malarstwem a dadaistyczną poezją. Stworzono język, w którym opowiada się człowiekowi o jego świecie jak o odległej, nieznanej krainie.

Historia, którą chciałbym tu opowiedzieć jest związana z jednym z ontologicznych młynów współczesnej nauki. We wsi Ruthe w Niemczech znajduje się detektor fal grawitacyjnych zwany GEO 600. To wyrafinowana konstrukcja, którą w niewybaczalnym uproszczeniu można opisać jako dwa sześciuset metrowe ramiona połączone z precyzyjną aparaturą pomiarową. Ukryte pod powierzchnią ziemi cudo techniki szuka zmarszczek czasoprzestrzeni wywoływanych przez supergęste obiekty astronomiczne takie jak czarne dziury. Detektor od momentu uruchomienia odbierał zakłócenia. Badacze nie potrafili wyjaśnić ich natury. Na początku 2008 roku otrzymali list od Craiga Hogana. Naukowiec pytał czy ich maszyna przypadkiem nie rejestruje zagadkowych szumów. Uzyskawszy potwierdzenie stwierdził, że przyczyną hałasu jest ziarnista struktura wszechświata. Innymi słowy: GEO 600 doświadczał wpływu elementarnych jednostek z jakich zbudowana jest nasza rzeczywistość. To może być zaskoczeniem, ale na superhiperbipermikropoziomie czasoprzestrzeń nie jest ciągła, lecz dzieli się na elementarne części, których absolutnie minimalne parametry opisuje się stałymi Plancka.

To nie koniec niespodzianek w tej opowieści. Takie planckowskie ziarno czasoprzestrzeni nie mogłoby być zaobserwowane, gdyż jest zbyt małe. Jednak, jak wyjaśnił Hogan, GEO 600 rejestruje je, ponieważ żyjemy w hologramie, który jest jedynie projekcją pierwotnej, ontologicznej płaszczyzny. To takie niemodne, ale ta płaszczyzna jest dwuwymiarowa. Najprawdopodobniej jest sferą, w której zawiera się nasz wszechświat. Jej powierzchnia składa się właśnie z takich wzmiankowanych planckowskich ziaren. Każde ziarno zawiera jeden bit informacji. Detektor wyczuwa obecność tego podstawowego budulca, ponieważ hologram jest nieco rozmyty względem oryginału, a więc hologramowa jednostka Plancka jest większa od oryginalnej, dwuwymiarowej jednostki Plancka. Zaskakujące, wstrząsające, fascynujące. Pozostaje tylko zadać pytanie: panie Hogan – skąd taki pomysł?

Albert Einstein choć znajduje się w gronie ojców mechaniki kwantowej, nigdy nie zaakceptował tej teorii. Był jej nieprzejednanym krytykiem, ponieważ nie mógł przyjąć pewnych następstw jakie wynikały z jej założeń. Jedną z takich konsekwencji była konieczność uznania, że wszechświat nie jest lokalny. W mechanice kwantowej istnieją stany, których nie da rady opisać w rozbiciu na ich składowe elementy. Einstein wraz z Podolskim i Rosenem zaproponowali eksperyment myślowy w ich przekonaniu wykazujący niezupełność mechaniki kwantowej. Istnieją pary cząstek pozostające w stanie splątanym, tj. gdy dokonujemy pomiaru jednego z parametrów cząstki A, dla cząstki B parametr ten przyjmuje odwrotną wartość. Trzeba tu nadmienić o pewnej fundamentalnej właściwości wielkości kwantowych – nie mają one ustalonych wartości aż do momentu dokonania pomiaru. Wiem - dziwne, niezrozumiałe, ale naprawdę da radę to przełknąć i wpisać w rutynę codziennej monotonii. Po prostu, jak w słynnym przykładzie Schrödingera z kotem w pudełku – zanim pudełko otworzymy kot nie jest ani martwy, ani żywy, albo raczej martwy i żywy naraz, bo istnieje jako chmura możliwych stanów. Otwieramy pudełko i wtedy dopiero chmura możliwości przyjmuje jeden z określonych stanów. Prawda, że intuicyjne?

Podobnie sprawa ma się z omawianymi cząstkami z paradoksu EPR. Na uwadze mamy ich właściwość zwaną spinem. Wyobraźmy sobie, że Agatka i Piotruś są w posiadaniu splątanej pary cząstek AB. Każde z nich ma jedną z cząstek zamkniętą w pudełku od zapałek. Dzieciaki wskakują do rakiet i lecą w przeciwległe kąty wszechświata. Agata otwiera pudełeczko i widzi, że spin jej cząstki jest taki i owaki. W tym samym momencie spin cząsteczki, którą ma Piotruś przyjmuje odwrotną wartość (jest więc taki i siaki). To co jest tu paradoksalne to fakt, iż spin drugiej cząstki zostaje zdeterminowany natychmiast, niezależnie od odległości. Wymaga to przyjęcia założenia, że informacja wędrowała szybciej niż światło. To zaś jest wykluczone przez teorię względności – nic nie może wędrować szybciej niż światło.

Jedną z prób rozwiązania tego paradoksu było uznanie, że wszechświat nie jest lokalny. Jego korpuskularność jest pozorna. Cząstki widzimy jako oddzielne całości, ponieważ mamy ograniczony wgląd w rzeczywistość – postrzegany fragment większej całości uznajemy za odrębny byt. Wyobraźmy sobie, że istotę nie znającą luster zamykamy w pokoju o ścianach ze zwierciadeł. Istota taka będzie przekonana, iż widzi dookoła siebie mnóstwo innych istot, a do tego szybko zauważy związki pomiędzy ich i swoimi ruchami. Te obserwacje mogą stać się podstawą do zbudowania jakiejś teorii wyjaśniającej korelacje. Bohm posłużył się inną metaforą – porównał nas do obserwatorów akwarium. Z tym, że akwarium obserwujemy przez dwie kamery, ustawione w różnych miejscach, ujmujące zbiornik z różnych kątów. Nie wiedząc, iż patrzymy na jeden zbiornik, ale w dwóch rzutach, doszlibyśmy do przekonania, że zachowania pewnych rybek z jednego pojemnika są ściśle związane z zachowaniami innych rybek z drugiego pojemnika.

Wynikający ze splątania kwantowego paradoks EPR został potwierdzony eksperymentalnie w 1982 roku przez Aspecta i w 1997 roku przez Gisina. Tropiąc inspiracje Hogana warto jeszcze dorzucić pewne spostrzeżenie, jakie poczyniono przy okazji zgłębiania niezgłębionych tajemnic czarnych dziur. Hawking wskazał na istnienie paradoksu – promieniowanie czarnych dziur nie zawiera żadnych informacji o ich wnętrzu, a jedynie o ich powierzchni. Zatem wychodziłoby na to, iż cała informacja zawarta w gwieździe, której kollaps utworzył osobliwość, zniknie wraz ze zniknięciem tejże osobliwości. To zaś łamie zasadę, że informacja nie może być zniszczona. Inny fizyk, Bekenstein, wpadł na to, iż zawartość informacyjna czarnej dziury jest proporcjonalna do jej powierzchni, a nie objętości. Ot i wszystko. Hogan poskładał to w kupę i wyszło mu, że życie, wszechświat i cała reszta są zapisane na powierzchni 2D, a świat jest trójwymiarową, holograficzną projekcją tej inskrypcji.