Измерение Вселенной "Соседство"

Моя Гипотеза 17 говорит о том, что в нашей Вселенной существует дополнительно 14 измерений, помимо 3 известных. Сегодня разберем  Измерения №4 Соседство из романа "Носитель Ноль". 

Представьте два помещения на разных концах города. В обычном пространстве между ними — километры дорог, домов и улиц. Чтобы попасть из одного помещения в другое, необходимо пройти весь разделяющий их путь.

Но, например, компьютерная сеть устроена иначе. Два устройства могут стоять на соседних столах и обмениваться данными через десяток промежуточных узлов. А сервер в другой стране может оказаться для вашего компьютера «ближе» — между ними будет меньше сетевых переходов.

Получается, существуют по меньшей мере два вида расстояния:

• геометрическое — сколько метров разделяет объекты;
• структурное — сколько связей нужно пройти от одного объекта к другому.

В рамках Гипотезы 17 за второй вид близости отвечает измерение №4 — Соседство.

Соседство определяет, какие области реальности имеют общую границу и могут непосредственно взаимодействовать. Геометрическое расстояние при этом может не изменяться.

Два объекта остаются далеко друг от друга в трёх измерениях, но становятся соседними по дополнительному направлению.

Современная физика не обнаружила такого измерения. Однако некоторые её направления допускают удивительно похожую мысль: привычная геометрическая близость может оказаться не фундаментальным свойством мира, а следствием более глубокой структуры связей.

Расстояние — не единственный способ определить близость

В обычной геометрии близкими считаются точки, между которыми мало пространства.

Но в теории графов близость определяется иначе. Важны не координаты, а количество переходов между узлами.

Если вершины соединены одним ребром, они являются соседними — независимо от того, как нарисован граф на бумаге.

В Гипотезе 17 Вселенную можно представить как огромную сеть состояний. Трёхмерное пространство показывает её привычную геометрическую проекцию. Измерение Соседства отвечает за реальные связи между её узлами.

Тогда перемещение может происходить двумя способами:

1. пройти через пространство от одной точки к другой;
2. изменить структуру связей так, чтобы точки получили общую границу.

Во втором случае объект не обязан лететь быстрее света. Он вообще может не проходить через разделяющее пространство.

Меняется не скорость движения.

Меняется ответ на вопрос: что находится рядом?

Кротовые норы: далёкие области с общей границей

Общая теория относительности допускает геометрии, в которых удалённые области пространства-времени соединены своеобразным мостом.

В обычном представлении между точками лежит огромный путь. Через кротовую нору их структурное расстояние может оказаться значительно короче.

Большинство известных решений либо непроходимы, либо требуют условий, существование которых в реальной Вселенной не подтверждено. Но в 2016 году Пин Гао, Дэниел Джафферис и Арон Уолл построили теоретическую модель проходимой кротовой норы в пространстве анти-де Ситтера. Специальное взаимодействие между двумя границами меняло энергетические условия так, что сигнал получал возможность пройти через мост. При этом модель не позволяла нарушать причинность. 

Это не означает, что люди научились создавать порталы.

Однако сама математика показывает: в некоторых физических моделях можно изменить структуру доступных путей, не сокращая обычное расстояние между внешними областями.

В языке Гипотезы 17 это выглядело бы как кратковременное изменение Соседства.

Может ли геометрия возникать из связей?

Ещё более интересная идея появилась в исследованиях квантовой гравитации: возможно, пространство не является первичной сценой, на которой размещены объекты.

Возможно, сама геометрия возникает из отношений между квантовыми состояниями.

В 2010 году физик Марк ван Раамсдонк рассмотрел модели, в которых связность пространства тесно связана с квантовой запутанностью. При уменьшении запутанности две области в гравитационном описании словно отдалялись друг от друга, а при полном разделении связь между ними могла «пережиматься». 

Это важный поворот.

Обычно мы думаем так:

Сначала существуют две области пространства, а затем между находящимися в них объектами возникает связь.

Здесь логика может быть обратной:

Сначала существует определённая структура квантовых связей, а геометрическая близость появляется как её крупномасштабное выражение.

Тогда соседство объектов определяется не только координатами. Оно может зависеть от того, насколько глубоко связаны их фундаментальные состояния.

Это ещё не установленный закон природы. Рассуждение относится прежде всего к голографическим моделям квантовой гравитации. Но оно даёт научную аналогию центральной идее Гипотезы 17:

пространство может быть проекцией сети связей, а не сама сеть — следствием пространства.

ER = EPR: запутанность как мост

В 2013 году Хуан Малдасена и Леонард Сасскинд предложили гипотезу ER = EPR.

ER означает мост Эйнштейна — Розена, то есть кротовую нору. EPR — квантовую запутанность, названную по парадоксу Эйнштейна, Подольского и Розена.

Авторы рассмотрели две максимально запутанные чёрные дыры и предположили, что их квантовая связь может описываться как непроходимый геометрический мост. Они также допустили, что подобное соответствие может существовать и для более общих запутанных состояний. 

Это гипотеза, а не экспериментально подтверждённый факт.

Но она соединяет два явления, которые раньше казались совершенно разными:

• корреляцию между удалёнными квантовыми системами;
• геометрическую связь между удалёнными областями пространства.

Возможно, квантовая запутанность не является скрытым туннелем в буквальном смысле. Но сама возможность описать связь как геометрию показывает: граница между понятиями «связаны» и «находятся рядом» может быть менее очевидной, чем кажется.

Что действительно показали эксперименты с запутанностью

Эксперименты по проверке неравенств Белла показали, что корреляции между запутанными частицами нельзя объяснить простой моделью, в которой каждая частица заранее несёт набор локальных скрытых инструкций.

В 2015 году группа Басa Хенсена провела эксперимент с электронными спинами в алмазах, разделёнными расстоянием около 1,3 километра. Исследователи одновременно закрыли основные экспериментальные лазейки и получили нарушение неравенства Белла, несовместимое с рассматриваемым классом локально-реалистических моделей. 

Это один из наиболее убедительных результатов в пользу квантовой нелокальности.

Но здесь особенно важно не сделать лишний вывод.

Запутанные частицы:

• не передают управляемую информацию мгновенно;
• не позволяют отправить сообщение быстрее света;
• не доказывают существование пространственного туннеля;
• не подтверждают измерение Соседства.

Они показывают другое: описание двух удалённых систем нельзя всегда полностью разделить на два независимых локальных описания.

Расстояние между частицами существует.

Но квантовое состояние принадлежит системе целиком.

В рамках Гипотезы 17 это можно считать слабым намёком: физическая разделённость объектов ещё не означает полной разделённости их состояний.

Создали ли учёные кротовую нору в квантовом компьютере?

В 2022 году исследователи реализовали на девятикубитном квантовом процессоре упрощённую модель, динамика которой имела гравитационное описание, связанное с проходимой кротовой норой.

В эксперименте не возникла настоящая дыра в пространстве. Информация не покидала квантовый процессор и не переносилась через физический портал.

Учёные воспроизвели квантовую динамику системы, математически соответствующую определённой модели проходимой кротовой норы. 

Этот результат интересен не созданием портала, а возможностью изучать некоторые идеи квантовой гравитации в управляемой лабораторной системе.

Иначе говоря, исследователи показали, что один и тот же процесс можно описать двумя языками:

• как передачу квантовой информации между связанными системами;
• как прохождение сигнала через геометрический мост в соответствующей гравитационной модели.

Связь снова начинает выглядеть как геометрия.

Что Соседство могло бы означать физически

В Гипотезе 17 измерение Соседства не обязано быть обычной дополнительной осью, по которой можно повернуть налево или направо.

Это может быть параметр, определяющий структуру непосредственных взаимодействий.

Для двух объектов важны не только координаты:

x,  y,  z,x,\;y,\;z,x,y,z,

но и дополнительное отношение:

A∼B,A \sim B,A∼B,

означающее, что объект AAA является непосредственным соседом объекта BBB.

В нормальном трёхмерном мире это отношение почти всегда связано с малым расстоянием.

Но если Соседство является независимым параметром, возможны состояния:

• объекты геометрически близки, но не способны взаимодействовать напрямую;
• объекты геометрически удалены, но имеют общую структурную границу;
• путь между областями меняется без движения самих областей;
• пространство остаётся прежним, но карта допустимых переходов перестраивается.

Именно так Соседство работает в романе «Система мёртвой Вселенной»: система не переносит предмет сквозь пространство, а временно делает удалённые области соприкасающимися.

Что наука подтверждает, а что остаётся фантастикой

Современная физика действительно показывает, что:

• геометрия может зависеть от структуры квантовых связей в некоторых моделях;
• общая теория относительности допускает нетривиальную связность пространства-времени;
• квантовые системы способны образовывать корреляции, не сводимые к локальным скрытым параметрам;
• квантовую передачу информации иногда можно описывать геометрическим языком;
• привычное расстояние может быть не единственным фундаментальным показателем связи.

Но пока нет данных, подтверждающих, что:

• Соседство является отдельным физическим измерением;
• удалённые макроскопические объекты можно сделать непосредственно соприкасающимися;
• квантовая запутанность создаёт реальные проходимые туннели;
• изменение связности возможно без огромных энергий и специальных физических условий.

Поэтому наиболее осторожная формулировка звучит так:

Измерение Соседства не подтверждено экспериментально. Однако исследования квантовой запутанности, голографии и геометрии пространства-времени допускают, что физическая связность может быть более фундаментальной, чем наблюдаемое расстояние.

Возможно, две точки являются далёкими не потому, что между ними много пространства.

Возможно, между ними много пространства потому, что они перестали быть соседними.

Упомянутые работы

Mark Van Raamsdonk — Building up spacetime with quantum entanglement: работа о связи квантовой запутанности с возникновением геометрически связного пространства. 

Juan Maldacena, Leonard Susskind — Cool horizons for entangled black holes: формулировка гипотезы ER = EPR, связывающей запутанность и мосты Эйнштейна — Розена. 

Ping Gao, Daniel Jafferis, Aron Wall — Traversable Wormholes via a Double Trace Deformation: теоретическая модель проходимой кротовой норы без нарушения причинности. 

B. Hensen et al. — Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres: экспериментальная проверка квантовой нелокальности с закрытием основных лазеек. 

Daniel Jafferis et al. — Traversable wormhole dynamics on a quantum processor: моделирование квантовой динамики, имеющей описание через проходимую голографическую кротовую нору.