Οι φυσικοί εδώ και δεκαετίες υποψιάζονται ότι η κβαντική θεωρία δεν είναι το πιο βαθύ επίπεδο της πραγματικότητας. Τώρα, ένα νέο μαθηματικό μοντέλο δείχνει πώς θα μπορούσε να είναι ένας κόσμος ακόμη πιο θεμελιώδης και, αν γίνεται, ακόμη πιο παράξενος από τον ήδη αλλόκοτο κβαντικό κόσμο.
Η ιστορία θυμίζει κάτι από το παρελθόν. Τη δεκαετία του 1920, οι επιστήμονες είχαν ισχυρές θεωρίες για το πώς λειτουργεί ο κόσμος, αλλά συνεχώς ανακάλυπταν περιπτώσεις όπου αυτές δεν ίσχυαν. Μέσα από αυτά τα κενά της κλασικής φυσικής, αποκαλύφθηκε το κβαντικό επίπεδο. Σήμερα, συμβαίνει κάτι παρόμοιο. Η κβαντική θεωρία εξηγεί πολλά, αλλά παρουσιάζει σοβαρά προβλήματα όταν εφαρμόζεται σε πολύ μεγάλα αντικείμενα που επηρεάζονται από τη βαρύτητα. Αυτό οδηγεί τους φυσικούς να αναρωτιούνται: υπάρχει κάτι πιο βαθύ από την κβαντική πραγματικότητα;
Σε αυτό το ερώτημα επιχειρούν να απαντήσουν ο James Hefford από το National Institute for Research in Digital Science and Technology και ο Matt Wilson από το Πανεπιστήμιο Paris-Saclay. Οι δύο ερευνητές παρουσίασαν ένα μαθηματικό μοντέλο ενός πιθανού μετακβαντικού κόσμου, που ίσως αποτελεί το βαθύτερο επίπεδο της πραγματικότητας.
«Η κβαντική θεωρία δεν περιγράφει όλο το σύμπαν», λέει ο Hefford. «Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα στη φυσική είναι να βρούμε μια θεωρία κβαντικής βαρύτητας, που να ενώνει την κβαντική θεωρία με τη βαρύτητα. Αυτή θα πρέπει να πηγαίνει πέρα από την ίδια την κβαντική θεωρία».
Οι επιστήμονες εμπνεύστηκαν από τη σχέση ανάμεσα στην κλασική και την κβαντική φυσική. Στην καθημερινότητά μας δεν βλέπουμε κβαντικά φαινόμενα, επειδή υπάρχει μια διαδικασία που λέγεται αποσυνοχή και «σβήνει» την κβαντική συμπεριφορά των αντικειμένων. Χάρη σε αυτήν, ο κόσμος μας φαίνεται σταθερός, παρότι στο κβαντικό επίπεδο συμβαίνουν περίεργα πράγματα, όπως σωματίδια που περνούν μέσα από τοίχους ή καταστάσεις που υπάρχουν ταυτόχρονα. Οι ερευνητές πρότειναν ότι ίσως υπάρχει μια αντίστοιχη διαδικασία, η «υπεραποσυνοχή», που κάνει την κβαντική θεωρία να προκύπτει από κάτι ακόμη πιο βαθύ.
Η ιδέα αυτή δεν είναι καινούργια, αλλά ένα θεώρημα του 2018 είχε δείξει ότι μια τέτοια διαδικασία δεν μπορεί να υπάρξει με συνεπή τρόπο. Οι Hefford και Wilson επανεξέτασαν τις υποθέσεις αυτού του θεωρήματος και βρήκαν έναν τρόπο να το παρακάμψουν. Το αποτέλεσμα ήταν μια πολύ παράξενη θεωρία, που ονομάζεται QBox.
Ένα από τα πιο εντυπωσιακά στοιχεία της QBox είναι ότι αλλάζει την έννοια της αιτιότητας. Στην καθημερινή μας εμπειρία, ένα γεγονός προκαλεί ένα άλλο με σαφή σειρά. Στην QBox όμως, μπορεί να υπάρχουν καταστάσεις όπου δεν είναι ξεκάθαρο τι προκαλεί τι. Δηλαδή, μπορεί να ισχύουν ταυτόχρονα το «Α προκαλεί το Β» και το «Β προκαλεί το Α».
Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αιτιακή απροσδιοριστία και, όπως λένε οι επιστήμονες, ίσως είναι απαραίτητο για την κατανόηση μιας θεωρίας κβαντικής βαρύτητας. Η ιδέα συνδέεται και με τη γενική σχετικότητα του Einstein, όπου διαφορετικοί παρατηρητές μπορεί να διαφωνούν για τη σειρά των γεγονότων, ανάλογα με τη θέση τους στον χωροχρόνο.
Οι ερευνητές φρόντισαν επίσης ώστε η θεωρία τους να οδηγεί σωστά στην κβαντική φυσική μέσω της υπεραποσυνοχής. Για παράδειγμα, ένα αντικείμενο που είναι ασαφές στο επίπεδο της QBox δεν πρέπει να γίνεται πιο ξεκάθαρο όταν περνά στο κβαντικό επίπεδο. Σύμφωνα με τον Wilson, αυτό μπορεί να σημαίνει ότι υπάρχουν επιπλέον «διαστάσεις» στις οποίες έχει πρόσβαση ένας παρατηρητής μέσα στη QBox, αλλά όχι εμείς.
Οι διαστάσεις αυτές φαίνεται να σχετίζονται περισσότερο με τον χρόνο παρά με τον χώρο. Η υπεραποσυνοχή ίσως «κρύβει» διαδικασίες που κινούνται προς τα πίσω στον χρόνο, αφήνοντάς μας να βλέπουμε μόνο ό,τι εξελίσσεται προς το μέλλον.
Άλλοι επιστήμονες θεωρούν τη νέα προσέγγιση σημαντική. Όπως επισημαίνει ο Ciarán Gilligan-Lee, παλαιότερες θεωρίες μπορούσαν να περιγράψουν τέτοια φαινόμενα, αλλά δεν κατάφερναν να αναπαράγουν πλήρως την κβαντική μηχανική. Το νέο μοντέλο ξεχωρίζει επειδή είναι συγκεκριμένο και σχετικά απλό μαθηματικά, χωρίς να απαιτεί εντελώς νέες υποθετικές οντότητες.
Ωστόσο, παραμένουν ανοιχτά ερωτήματα. Ο John Selby τονίζει ότι πρέπει να υπάρξει μια σαφής φυσική εξήγηση για το πώς λειτουργεί η υπεραποσυνοχή στην πράξη και γιατί βλέπουμε τα αποτελέσματά της στα σημερινά πειράματα.
Ακόμη κι αν η QBox δεν είναι η τελική απάντηση, θεωρείται ένα σημαντικό βήμα προς την κατανόηση του τι θα μπορούσε να είναι μια μετακβαντική θεωρία. Μάλιστα, ίσως στο μέλλον να μπορέσουμε να τη δοκιμάσουμε πειραματικά, καθώς θα μπορούσε να επηρεάζει συγκεκριμένα φαινόμενα όπου κβαντικά κύματα αλληλεπικαλύπτονται.
Και αν επιβεβαιωθεί, τότε προκύπτει ένα ακόμη πιο εντυπωσιακό ερώτημα: μήπως υπάρχουν πολλά επίπεδα πραγματικότητας, το ένα κάτω από το άλλο, που συνδέονται με παρόμοιους μηχανισμούς;
Η αναζήτηση για το πιο βαθύ επίπεδο της πραγματικότητας φαίνεται πως μόλις έγινε ακόμη πιο περίπλοκη.
Με πληροφορίες από το New Scientist / Physical Review A
