Дополнительность горизонта бросает вызов идее, что существует одно объективное пространство-время, в котором находятся все наблюдатели. Но физики Джо Полчински, Ахмед Альмейри, Дональд Марольф и Джеймс Салли (известные как АМПС по своим инициалам) нашли другой способ выпороть эту идею, используя квантовую запутанность{191}. Снова рассмотрим Фолли и черную дыру. Но на этот раз пусть черная дыра испускает излучение Хокинга, пока не уменьшится до половины своего первоначального размера, в этот момент, говорит нам квантовая теория, можно начать расшифровывать информацию в излучении.
Согласно квантовой теории поля, вакуум не просто пустота. Он бурлит па́рами виртуальных частиц. Каждый член недолговечной пары запутан со своим партнером и имеет противоположные параметры. Пара появляется, и сразу же их противоположные параметры уничтожают друг друга, оставляя вакуум, лишенный реальных частиц. Теперь рассмотрим две такие виртуальные частицы, 1 и 2, которые появились возле самого горизонта черной дыры и которые, с точки зрения Фолли до прыжка, не уничтожают друг друга. Вместо этого 2 падает в черную дыру, а 1 становится, для Фолли, реальной частицей излучения Хокинга.
Фолли, до того как прыгнуть в черную дыру, может определить, что 1 запутана с какой-то частицей, 3, излучения Хокинга, которая ранее появилась из черной дыры. Затем она может скользнуть в черную дыру, где обнаруживает, что 1 и 2 запутаны.
Но тогда возникает проблема: квантовая теория требует, чтобы запутанность была моногамной. Частица 1 может быть максимально связана с частицей 2 или частицей 3, но не с обеими.
Дополнительность горизонта не может решить проблему АМПС, потому что эта проблема не двух наблюдателей, разделенных горизонтом. Это один наблюдатель, Фолли, который видит 1 и 3 запутанными, а затем видит 1 и 2 запутанными. АМПС пытались решить эту проблему, предложив поместить возле горизонта файрвол, который сжигает бедняжку Фолли, когда она проходит сквозь него, так что она никогда не увидит 1 и 2 запутанными. Этот файрвол спасает квантовую теорию, но нарушает общую теорию относительности, которая предсказывает, что возле горизонта не должно происходить ничего необычного – Фолли должна проплыть без проблем и уж точно не должна видеть внезапно появившуюся из ниоткуда стену огня.
Парадокс файрвола АМПС вызывает ступор и множество усилий приложено, чтобы решить его. Например, Даниэль Харлоу и Патрик Хайден открыли, что расшифровать излучение Хокинга непросто{192}. Используя лучший из возможных квантовых компьютеров, Фолли потребуется слишком много времени, чтобы выяснить, что 1 и 3 были запутаны. Черная дыра уже станет ничем, так что Фолли не сможет также наблюдать, что 1 и 2 были запутаны. Ни один наблюдатель не сможет обнаружить обе запутанности.
Некоторые физики рекомендуют избегать божественного ока, заключив физику в «причинный алмаз» наблюдателя – часть пространства-времени, которая может взаимодействовать с наблюдателем.
Например, физик Рафаэль Буссо предлагает принцип дополнительности наблюдателя: «Эксперименты каждого наблюдателя признают непротиворечивое описание, но одновременное описание двух наблюдателей противоречиво. Это подразумевает увлекательный вывод, который я называю дополнительность наблюдателя… Дополнительность наблюдателя – это утверждение, что для фундаментального описания природы надо только описать эксперименты, которые согласуются с причинностью. Дополнительность наблюдателя подразумевает, что должна существовать теория для каждого причинного алмаза, но не обязательно для областей пространства-времени, в которых не содержится ни одного причинного алмаза{193}.
Физик Том Бэнкс сделал похожее заявление в интервью научному журналисту Аманде Гефтер: «Относительность говорит нам, что нет особенных наблюдателей. Между причинными алмазами должна быть оценочная равнозначность, так что все снаружи моего горизонта – это оценочная копия физики, которую я наблюдаю здесь. Поэтому, если вы думаете обо всех возможных причинных алмазах, у вас есть бесконечно дублирующее описание одной и той же квантовой системы, увиденной разными наблюдателями… и пространство-время появляется, когда вы складываете вместе все эти описания»{194}.
Это совпадает с утверждением Фукса, Мермина и Шака, обсуждаемым ранее, «что реальность отличается у разных агентов. Это не так странно, как может показаться. Что реально для одного агента, полностью опирается на опыт этого агента, а у разных агентов разный опыт»{195}. Квантовые состояния различаются у разных наблюдателей. Как и само пространство-время.
Что поднимает ставящий в тупик вопрос: а как же Большой взрыв? Разве он не произошел 13 миллиардов 799 миллионов лет назад, до появления каких-либо наблюдателей? Разве это не факт объективной реальности, а не просто описание интерфейса наблюдателя? Если ИТВ гласит, что пространство-время – свойство моего рабочего стола, а не постижение реальности, тогда она гласит то же самое и про Большой взрыв. Конечно, ни один физик с этим не согласится.
По крайней мере один физик утверждал, что Вселенная не имела истории без наблюдателей, что «истории Вселенной… зависят от того, что наблюдается, вопреки обычной идее, что Вселенная обладает уникальной, не зависимой от наблюдателя историей»{196}. Этим физиком был Стивен Хокинг, который в сотрудничестве с физиком Томасом Хертогом придерживался взгляда «сверху вниз» на космологию, которая начинается с наблюдателя, а не «снизу вверх», предполагающего всевидящее божественное око.
Они объясняют: «В нашем прошлом есть эпоха ранней Вселенной, когда квантовая гравитация была важна. Остатки этой ранней фазы повсюду вокруг нас. Центральная проблема космологии – понять, почему эти остатки такие, какие есть, и как отличительные характеристики нашей Вселенной появились из Большого взрыва»{197}. Их мнение состоит в том, что колоссальная энергия и плотность зарождающейся Вселенной требуют квантовомеханического описания, с суперпозициями состояний. Классический подход уникального первозданного состояния для Вселенной неуместен: «Если кто-то принимает подход к космологии «снизу вверх», он моментально ведет к, по сути, классическим рамкам, в которых теряет способность объяснить центральный вопрос космологии – почему наша Вселенная именно такая»{198}.
Итак, хотя ход радикальный, они отказываются от основы «снизу вверх». «Таким образом, основа, которую мы предлагаем, больше подход к космологии «сверху вниз», где истории Вселенной зависят от точности задаваемых вопросов»{199}. Измерения, которые мы проводим сегодня, – скажем, плотность энергии вакуума или скорость расширения Вселенной – ограничивают истории Вселенной, которые мы можем рассматривать.
Космология Хокинга находится в согласии с экспериментом Уилера, который мы обсуждали ранее, в котором миллиардолетняя история, которую я приписываю фотону из древнего квазара, зависит от моих сегодняшних измерений. Если я измеряю, по какой траектории вокруг гравитационной линзы он двигался, тогда я вправе приписать миллиарды лет, в течение которых он двигался, скажем, по верхней траектории. Но я уже не вправе, если вместо этого я измеряю интерференционную картину. Уилер хорошо это формулирует. «Каждый элементарный квантовый феномен является элементарным актом «создания факта». Это неоспоримо. Но является ли этот механизм единственным необходимым, чтобы создать все это? Является ли произошедшее во время Большого взрыва следствием миллиардов и миллиардов этих элементарных процессов, этих элементарных «актов наблюдатель-участие», этих квантовых феноменов? Был ли все это время механизм творения перед нашими глазами, а мы не понимали правды?»{200}
Подход Хокинга согласуется с космологией кьюбизма, в которой квантовые состояния есть уверенность наблюдателя, а не срезы реальности. То, что я вижу сейчас, сообщает состояния, которые я приписываю прошлому, включая Большой взрыв. Как говорит Фукс: «Заметив, как Большой взрыв сам по себе есть момент творения с некоторым сходством с каждым субъективным квантовым измерением, человек начинает задумываться, неужели даже он «может быть внутри». Конечно, кьюбизм считает, что творение продолжается все время и повсюду; квантовое измерение это лишь агент, поймавший попутку и участвующий в этом вездесущем процессе»{201}.
Эта глава началась с предсказания ИТВ, что пространство-время и объекты не существуют вне восприятия; они не фундаментальная реальность. Я спросил, опровергает ли это предсказание современная физика в своем поиске теории всего. У нас есть ясный ответ: нет. Наоборот, оно получает впечатляющую поддержку.
Краткий экскурс в физику в этой главе, конечно, далек от исчерпывающего. В него не включены интерпретации квантовой теории – Бома, Эверетта и других, – которые пытаются наделить реальность объектами и пространством-временем{202}. Однако моей целью было не краткое изложение физики, которое потребовало бы отдельного тома, а краткого резюме о физике, которое показывает, что ИТВ не стоит вне закона.
Примечательно, что ключевое предсказание ИТВ – что пространство-время должно уйти, прежде чем появится теория всего – близко к согласию среди физиков. Например, Нима Аркани-Хамед во время лекции в Институте теоретической физики «Периметр»[16]