Более столетия два столпа современной физики — квантовая механика и общая теория относительности — остаются непримиримыми. Профессор Иветт Фуэнтес в беседе с редактором New Scientist Томасом Льютоном объясняет, почему традиционные попытки «квантовать гравитацию» могли зайти в тупик и как использование сверххолодных состояний материи (конденсатов Бозе — Эйнштейна) может наконец экспериментально проверить природу реальности и даже пролить свет на тайну сознания.
🌌 Конфликт двух миров: почему теории не сходятся 0:47
Главная проблема объединения физики, по мнению Иветт Фуэнтес, заключается в фундаментально разном понимании времени. В квантовой теории время абсолютно: все часы тикают одинаково, независимо от состояния наблюдателя . В общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна время относительно: в разных точках пространства из-за гравитации часы идут с разной скоростью .
Этот конфликт становится очевидным в мысленном эксперименте с массой в состоянии квантовой суперпозиции:
- Если объект находится в двух местах одновременно, он по-разному искривляет пространство-время в этих точках .
- Следовательно, время в этих точках должно течь с разной скоростью.
- Однако уравнение Шрёдингера (базовое уравнение квантовой механики) допускает существование только одного «времени» для системы .
Иветт Фуэнтес утверждает, что вместо того чтобы пытаться «втиснуть» гравитацию в рамки квантовой механики (квантовать пространство-время), физикам стоит рассмотреть обратный путь: изменить саму квантовую механику, внедрив в неё принципы гравитации . Эту позицию разделяет и знаменитый физик Роджер Пенроуз.
📉 Проблема измерения и роль Роджера Пенроуза 5:35
Квантовая механика за столетие своего существования так и не дала ответа на вопрос, что такое квантовое состояние в физическом смысле и почему происходит коллапс волновой функции . В стандартной интерпретации используется правило Борна: мы просто постулируем вероятности, которые возникают «из ниоткуда» в момент измерения .
Иветт Фуэнтес выделяет две основные философские позиции в этом вопросе:
- Многомировая интерпретация: Вселенная постоянно разветвляется. В одной ветке частица слева, в другой — справа. Это устраняет математическую несогласованность, но порождает бесконечное количество параллельных реальностей .
- Гравитационный коллапс (позиция Пенроуза и Фуэнтес): Гравитация сама по себе вызывает коллапс суперпозиции. Когда объект становится достаточно массивным, суперпозиция становится нестабильной и схлопывается в одно классическое состояние .
По мнению собеседников, идея одной единственной Вселенной более предпочтительна, хотя многомировая интерпретация сейчас популярна среди физиков . Фуэнтес признаёт, что её научный поиск продиктован личным желанием жить в единственном и понятном мире, а не в «нагромождении» параллельных реальностей .
❄️ Конденсат Бозе — Эйнштейна как инструмент познания 26:48
Для проверки этих теорий Иветт Фуэнтес предлагает использовать конденсаты Бозе — Эйнштейна (КБЭ) — облака атомов, охлажденные до температур, близких к абсолютному нулю (около 0,5 нанокельвина) .
Особенности КБЭ:
- При сверхнизких температурах атомы переходят в состояние с минимальной энергией и становятся «делокализованными» — один атом буквально находится во всем объеме ловушки одновременно .
- Сотни тысяч или миллионы атомов в КБЭ ведут себя как единая квантовая система .
- Квантовые возбуждения в этом «океане» атомов ведут себя как релятивистские поля и крайне чувствительны к гравитационным изменениям .
Фуэнтес утверждает, что КБЭ можно использовать как сверхчувствительные сенсоры для обнаружения высокочастотных гравитационных волн, темной материи и темной энергии . В отличие от детектора LIGO, плечи которого составляют 4 километра, КБЭ-датчик размером в 100 микрометров может достичь сопоставимой чувствительности за счет измерения частот и длительного времени жизни квантовых состояний .
🧪 Экспериментальный вызов: когда гравитация «победит»? 36:47
Главный вопрос: какой массы должен быть объект, чтобы гравитация заставила его квантовое состояние коллапсировать? Роджер Пенроуз рассчитал, что этот эффект должен проявиться при массе около 10⁹ (миллиарда) атомов .
Текущее состояние экспериментов:
- Маркус Арндт из Венского университета удерживает рекорд, создавая суперпозиции для молекул из 10 000 атомов .
- Это всё ещё на пять порядков меньше, чем необходимо для проверки теории Пенроуза .
- Преимущество КБЭ перед твердыми телами (наночастицами) в том, что их легче охладить до температур, где тепловые вибрации не маскируют гравитационные эффекты . Однако КБЭ крайне хрупки: потеря даже одного атома может привести к нежелательному коллапсу системы .
Иветт Фуэнтес обладает патентом на использование КБЭ для измерения локальных гравитационных полей и градиентов . Она надеется увидеть результаты ключевых экспериментов по проверке гравитационного коллапса ещё при своей жизни .
🧠 От атомов к сознанию: природа реальности 41:25
В завершение беседы Иветт Фуэнтес затрагивает тему связи физики и сознания — вопрос, который привел её в науку ещё в подростковом возрасте . Роджер Пенроуз предполагает, что природа человеческого мышления не алгоритмична (основываясь на теореме Гёделя о неполноте) и что момент коллапса волновой функции может быть связан с возникновением элементарного акта осознания .
Философская позиция Фуэнтес:
- Она склоняется к дуализму, считая материю и разум одинаково фундаментальными .
- По её мнению, сознание может быть не продуктом мыслей, а «фоном» или «ареной», подобно тому как пространство-время является ареной для взаимодействия полей и атомов .
- Фуэнтес полагает, что в мозге существует интерфейс между материей и тем, что мы называем опытом, и идеи Пенроуза — первый шаг к созданию математической модели взаимодействия разума и материи .
Хотя эти идеи долгое время считались табу в научной среде, развитие искусственного интеллекта вновь сделало вопросы о природе понимания и креативности крайне актуальными .
