Problem z klasycznymi wyjaśnieniami
Mechanika kwantowa słynie z paradoksów, które wymykają się zdroworozsądkowemu myśleniu. Cząstki zachowują się jak fale i cząstki jednocześnie, a splątanie kwantowe pozwala na natychmiastowe korelacje na dowolne odległości. Twierdzenie Bella pokazało dość wyraźnie, że w zwykłej, czterowymiarowej czasoprzestrzeni żadna lokalna teoria oparta na obiektywnej rzeczywistości nie jest w stanie odtworzyć pełni przewidywań mechaniki kwantowej. Eksperymenty wielokrotnie to potwierdzały, począwszy od słynnej pracy Einsteina, Podolsky’ego i Rosena. To stawia fizyków w trudnym położeniu: klasyczne, intuicyjne modele zdają się zawodzić u samych podstaw.
Czytaj też: Ten materiał można przetwarzać w nieskończoność. Przemysł lotniczy i energetyczny czeka na to od lat
W swojej pracy opublikowanej w Scientific Reports Strubbe proponuje radykalne wyjście. Zamiast kwantować grawitację, rozszerza czasoprzestrzeń o piąty wymiar, który pełni rolę parametru ewolucji. W tym ujęciu cząstki nie są od razu gotowymi obiektami, ale formują się stopniowo ze „światolinii”. Te ścieżki początkowo mogą być bardzo różnorodne, ale z czasem stabilizują się, dając w efekcie znany nam klasyczny świat.
Jeśli twierdzenie Bella mówi nam, że intuicyjne, klasyczne wyjaśnienia efektów kwantowych nie mogą działać w zwykłej czterowymiarowej przestrzeni i czasie, to może problem leży w samej czasoprzestrzeni – zauważa Strubbe
Co zaskakujące, w tej pięciowymiarowej strukturze można w klasyczny sposób wytłumaczyć zjawiska uznawane za typowo kwantowe. Splątanie (korelacje EPR) powstaje, ponieważ wpływy mogą rozchodzić się wzdłuż światolinii jako funkcje dodatkowego parametru. Dla zewnętrznego obserwatora efekt wydaje się natychmiastowy, choć sama informacja nie przekracza prędkości światła. Podobnie w eksperymencie z dwiema szczelinami: pojedyncza cząstka opisywana jest wieloma oddziałującymi światolinią, co daje wzór interferencyjny, a dotarcie do detektora rejestruje ją jako cząstkę. Teoria omija przy okazji odwieczne problemy, takie jak kwestia pomiaru czy superpozycja stanów. Grawitacja pojawia się tutaj poprzez stopniową relaksację potencjału grawitacyjnego (lub krzywizny czasoprzestrzeni) względem tego samego parametru ewolucji. Ponieważ zarówno materia, jak i geometria czasoprzestrzeni rozwijają się w jego kierunku, teoria oferuje również naturalne wytłumaczenie jednokierunkowego upływu czasu.
Perspektywy i wyzwania
Najważniejsze, że koncepcja Strubbego daje się testować. Przewiduje ona, iż efekty typowe dla niektórych teorii grawitacji kwantowej, jak „pianka czasoprzestrzenna”, w tym ujęciu nie występują. Co więcej, sugeruje, że w eksperymencie z podwójną szczeliną informację o wybranej ścieżce cząstki teoretycznie dałoby się odczytać za pomocą pomiarów grawitacyjnych, nie niszcząc przy tym wzoru interferencyjnego. To stoi w ostrej sprzeczności ze standardową interpretacją mechaniki kwantowej i stanowi wyraźny cel dla przyszłych badań.
Oczywiście to dopiero początek. Teoria musi jeszcze udowodnić, że potrafi odtworzyć wszystkie sukcesy współczesnej fizyki kwantowej, w tym model standardowy. Nie wiadomo też, jak zachowa się w ekstremalnych warunkach, np. w pobliżu osobliwości czarnych dziur. Jeśli jednak okaże się trafna, może wskazać zupełnie nową ścieżkę w dążeniu do unifikacji. Chodzi o ścieżkę, która zamiast dodawać kolejne warstwy komplikacji, próbuje odnaleźć prostsze, głębsze zasady.