Brutalna fizika

Iza mojih prethodnih članaka, "Multiverzum" i "Paralelni svemiri: znanost i duhovnost",  stoje mnogi sati laičkog proučavanja suvremene znanosti, posebice fizike. Shvaćam da bi tako nešto moglo nekome biti zamorno, ali meni je predstavljalo neizmjerno zadovoljstvo. Usporedba između vizije znanosti i mojih vlastitih spoznaja te često čudnih zamisli koje iz njih izviru, predstavljala je dobrodošlo osvježenje i otvorila neke nove puteve koji su do sada bili zatvoreni. Posljedice toga ću vjerojatno osjećati, i izraziti, u vremenu koje dolazi.

Između ostalog kontaktirao me jedan od rijetkih teorijskih fizičara u Hrvata (u tekstu pod inicijalima HF), koji se, koliko sam shvatio, primarno bavi suvremenom kozmologijom. Razmijenili smo dosta mailova, a u ovom postu sam, u obliku fingiranog "razgovora" iz njih izvukao neku vrst sažetka. Štivo je dosta zahtjevno pa ako niste baš ljubitelj znanosti... Hm, preporučio bih vam da to ipak pročitate! Naime, čak i ako ne razumijete, informacije koje slijede nisu rezultat proizvoljnih zamisli i špekulacija, niti predstavljaju nečiji uzlet mašte. Iza svakog od spomenutih zaključaka (a neki od njih vas, ako ih stvarno razumijete, mogu ostaviti bez daha!), stoji vrlo čvrsta matematika i fizika - toliko čvrsta da predstavlja sam vrhunac dosadašnje znanstvene misli čovječanstva.

***

HF: "Teorija multiverzuma je nezamislivo fascinantan spoj tri područja unutar same najtemeljnije teorijske fizike: teorije struna (najozbiljniji kandidat za najtemeljniju teoriju prirode), moderne kozmologije (teorije vječne inflacije) i zaboravljene interpretacije kvantne mehanike ("many-world" interpretacije). Već 30-tak godina teorija strune ukazuje na postojanje velikog broja vakuma (u kvantnoj mehanici vakum nije prazan prostor, nego fizikalni objekt koji može biti u velikom broju različitih stanja. Broj različith vakuma (a time i broj različitih svemira) je nevjerojatno velik: 10 na 500!"

Adrian: "To je zapravo dio takozvane 'landscape' varijante multiverzuma. Za usporedbu, u ljudskom tijelu ima 10 na 12-u stanica, a broj atoma u našem svemiru iznosi 10 na 80-u. BROJ ATOMA U NAŠEM SVEMIRU JE NEZNATAN, UPRAVO NEZAMJETNO MALEN PREMA BROJU MOGUĆIH SVEMIRA!"

HF: "Po najmodernijoj verziji teorije, u procesu vjećne inflacije, svemiri se u beskonačnom nizu granaju jedan iz drugog kao mjehurići ili "džepni" svemiri i to vrtoglavim i eksponencijalno velikim prirastom u beskonačnom prostoru. Mi živimo u jednom takvom mjehuriću. Ali, čak i u njemu možemo vidjeti samo nezamislivo malen dio. Svaki mjehurić (koji je unutar nekog većeg, a ovaj unutar još većeg, itd.) širi se brzinom većom od brzine svjetlosti pa sve veći dijelovi našeg mjehurića, izlaze iz našeg vidokruga, odlaze iza "horizonta". Broj različitih stanja koje u pricipu možemo opažati unutar našeg mjehurića je konačan. Taj broj je nezamislivo velik (1 sa 122 nule) ali ipak - konačan. Dakle, broj mjehurića je doslovno beskonačan, a broj različitosti unutar svakog od njih ogroman, ali konačan. Logika tada kaže da se pojedine konfiguracije moraju ponavljati, i to ne jednom ili puno puta nego beskonačno mnogo puta!"

Adrian: "Drugim riječima, svemir poput ovog našeg, točno ovakav, čista kopija, negdje se nalazi tamo vani, zar ne? Zajedno sa svim galaksijama, planetima i ljudima... O varijacijama da ne govorimo - njih je još više."

HF: "Ako dovoljno dugo čekamo, sigurno ćemo se pojaviti negdje, zajedno sa svojim radnim stolom i laptopom. Ali čudima moderne znanosti tu nije kraj. Fizičari dobro znaju da "priroda" najčešće izvodi stvari koje su za nju "najjeftinije" u smislu sačuvanja vjerojatnosti i energije. Tako teorija pokazuje da je puno vjerojatnije da se ponove (ili 'reinkarniraju') manje strukture. Posljedica toga je doslovno otkačena: lakše ćemo pronaći svemir s nama samima ali bez planeta, zvijezda i povijesti, kako plutamo u bezobličnom praznom prostoru! Ukoliko to slijedimo do apsurda, ispada da će se lakše 'reinkarnirati' goli mozak (takozvani Boltzmanovi mozgovi) bez tijela!"

Adrian: "To nas dovodi do pitanja o tipičnom svemiru unutar multiverzuma; o statističkom prosjeku, da tako kažem. Da li je to svemir poput našeg ili nešto sasvim drugačije?"

HF: "Ispada da mi sa tijelom, poviješću i evolucijom, nismo tipični stanovnici multiverzuma, već ovi drugi ("freaky observers"). Da li to stvarno tako, još ne znamo, jer ne znamo računati u prostoru gdje je broj mjehurića neizmjeran (problem mjere)."

Adrian: "Da, što je veće: 1% od beskonačnog ili 60% od beskonačnog? Naizgled je to ovaj drugi broj, ali i prvi i drugi broj su postoci od beskonačnosti, dakle i sami beskonačni..."

HF: "Problem je i komunikacija među dvojnicima, koji žive u različitim mjehurićima. Komunikacija s ogromnim dijelom vlastitog mjehurića (svemira) je nemoguća budući da se naš svemir iza 'promotrivog horizonta' širi brzinom većom od brzine svjetlosti. U kvantnoj fizici, kvantna informacija se može širiti trenutačno, ali klasična informacija ("signal") uvijek se širi najbrže brzinom svjetlosti. Polje, valna funkcija koja opisuje sve dvojnike je sveprožimajuća i trenutačna, ali svaki put kad se desi "klik" tj. kada se reinkarnira pojedini dvojnik, on postaje ograničen zakonima fizike i brzinom širenja signala. Možda ćemo neke odgovore naći i u tvojim budućim knjigama."

Adrian: "Mislim da je komunikacija moguća, to jest, iskustveno znam da jest. Međutim, točno kako to postići - kako ponoviti tu komunikaciju, učiniti ju praktičnom, to je područje koje zahtijeva mnogo ispitivanja. Do sada sam na tome radio u smislu istraživanja formativne tehnologije, a vidjet ćemo kuda će me to odvesti dalje. U tom smislu vidim veliku ulogu duhovnosti, ali moram napomenuti,
one 'pročišćene' od mnogih pogrešnih pretpostavki.

Ali, da se vratim na područje koje mi je za sada najmanje jasno - holografski svemir. Razumijem da površina nekog sustava (prostora), poput našeg svemira, sadrži sve informacije o njegovoj unutrašnjosti, to jest da se radi o paralelnom svemiru u smislu: površina dvodimenzionalna, unutrašnjost trodimenzionalna, odnosno unutrašnjost n dimenzionalna, površina n-1 dimenzionalna.

Ostalo mi je visjeti u zraku da li postoji bilo kakva naznaka da bi površina bila stvarnija od onog unutra? U slučaju poznatog nam holograma, komad plastike (film) s dvodimenzionalnim "uresima" stvara trodimenzionalnu sliku. Taj film je "stvarniji" od slike koju stvara, odnosno on predstavlja primarnu stvarnost, a slika sekundarnu. Da li ideja hologramskog svemira to želi reći? Da je površina primarna a unutrašnjost (ono što doživljavamo kao naš svemir) sekundarno, to jest nekako proizvedeno? Ili se radi o nekako (kako?) međusobno povezanim i koherentnim svemirima iste "razine stvarnosti", da tako kažem?"

HF: "Hm, ideju holografije je malo teže objasniti ovako ukratko. Bliski pojmovi  su "black hole complementarity" i "UV/IR mixing" koje bi trebalo usvojiti a blisko su vezani za fiziku crnih rupa. Ukratko, nova paradigma uvodi i novi pojam relativnosti - relativizira se čak  i mjesto u prostoru gdje se neki događaj zbiva."

Adrian: "Otprilike mi je jasno, ali ne u matematičke detalje, naravno. Odnosno jasan mi je slijed od entropije crnih rupa (Hawking) do informacija sadržanih na njihovoj površini (Plankova površina, ako se ne varam 10 na -66)."

HF: "Matematički, pokazuje se da je teorija  (koja sadrži gravitaciju) u unutrašnjosti nekog volumena  ekvivalentna teoriji koja živi na rubu tog volumena, a ne sadrži gravitaciju (takvim teorijima opisujemo fiziku čestica jer je tamo gravitacija zanemariva sila). To je egzaktno pokazano samo za jedan prostor (AdS u 10 dimenzija), ali se vjeruuje da vrijedi i drugdje. Dakle, naša percepcija da  živimo u trodimenzionalnom prostoru može biti samo iluzija; možda smo zapravo dvodimenzionalna stvorenja jer je broj stupnjeva slobode u našem svijetu (2-dim. ploha) ekvivalentan onome u unutrašnjosti volumena.

U modernoj fizici shvatili smo da glavni "igrač" u opisu stvarnosti nisu materija i energija (oni su "sporedni" igrači) nego upravo informacija. Mjera informacijskog sadržaja u nekom komadu materije ili dijela prostora (ili u cijelom svemiru) dana je entropijom. Ima više vrsta entropija, ali radi razumijevanja najbolje je spomenuti onu termodinamičku: ona je dana brojem mikroskopsih stanja u kojem čestice (atomi, elektroni, kvarkovi, strune) koje čine neki makroskopski komad materije mogu biti, a da taj komad makroskopski i dalje izgleda isto. Npr. kako se mijenjaju stanja kvarkova unutar protona i neutrona neće imati utjecaj (previše su "duboko") na ponašanje molekula nekog plina. Tako da entropiju (informacijski kapacitet) nekog komadića materije nije moguće izračunati bez da znamo prirodu konačnih konstituenata materije. Međutim progres u tehnologiji je tako velik, da bi možda mogli doživjeti jednog dana da i kvarkovi posluže za pohranjivanje informacije.

A sad na scenu stupaju crne rupe. Nemoguće je odrediti što je unutar crne rupe koja ima svoj horizont kao točke iza koje nema povratka u vanjski svijet. Kombinacija ponašanja materije u blizine crne rupe i drugi zakon termodinamike (koji kaže da entropija zatvorenog sistema može samo rasti ili ostati ista, da su makroskopski  procesi ireverzibilni - ili uličnim rječnikom "stvari samo mogu postati gore"), utvrdila je već 70-tih da je  entropija crne rupe proporcionalna površini horizonta. Ako imaš bilo koje tijelo volumena V koji je omeđen površinom A, onda  među svim tim tijelima (sa istim V i A) upravo crne rupe (sa istim V i A) imaju najveću entropiju, A/4 u Planckovi jedinicama (10^-66cm^2). Dakle bilo koje tijelo (volumena V omeđenom površinog A) ima entropiju manju od A/4 (u praksi eneormno manju).

Ali ta činjenica prkosi zdravom razumu! Mi znamo da informacijski sadržaj raste sa volumenom a ne površinom. Uzmi komad krede, on ima svoj informacijski sadržaj, ali kad dodam drugu (identičnu) kredu, on se udvostručio jer dvije krede imaju dva puta veći volumen nego jedna. Ako dodam na hrpu deset kreda, informacijski sadržaj će narasti deset puta, jer je hrpa deset puta povećala volumen. Ali volumen uvijek brže raste nego površina (jer ima jednu dimenziju više koja se povećava) tako da bi u principu (ako bi ovu hrpu kreda enormno povećali) mogli probiti apsolutnu granicu iz crnih rupa, A/4. E sada na scenu stupa gravitacija. To se ipak neće dogoditi, jer kad hrpu kreda konstantno povećavamo (i na taj način povećavamo informacijski sadržaj koji raste sa volumenom hrpe), u jednom trenutku će hrpa (pod utjecajem vlastite gravitacije) kolapsirati u crnu rupu (koja ima informacijski sadržaj proporcionalan površini a ne volumenu), a svako novo dodavanje kreda samo će povećavati površinu (novostvorene) crne rupe i granica A/4 nikada neće biti probijena.

Ovaj čudesni rezultat, da informacijski kapacitet ovisi o površini (a ne volumenu) je najbitniji dio holografskog principa. Dakle sva informacija koja opisuje trodimenzionalnu arenu je enkodirana (na ovaj ili onaj način) na dvodimenzionalnoj granici koja okružuje naš sistem. U realnosti, u našem  3+1 dimenzionalnom svemiru, problem je odrediti što bi bila granica ako je svemir bezgraničan. Ali
i to su fizičari riješili. Dvije različite teorije (koje nemaju ništa zajedničko) i koje operiraju na prostoru različitih dimenzija su ekvivalentne.

Jednostavnim riječima rečeno, to znači da su bića koja nastanjuju jedan od ova dva svemira, nesposobna utvrditi da li nastanjuju svijet dimenzije N opisane jednom teorijom, ili svijet dimenzije N-1 opisane potpuno različitom teorijom. Percepcija koja prevladava u njihovim umovima da je npr. njihov svemir ima tri prostorne dimenzije, mogla bi vrlo lako biti lažna."

Adrian: "Sve ovo je vrlo zanimljivo. Zahtijeva malo mentalnog naprezanja, ali spoznaje su zapanjujuće. Svježi dah novih vizija, za razliku od duhovnosti koja kao da služi za ponavljanje prastarih teza koje su odavno prestale biti aktualne ili izmišljanje novih koje nemaju nikakve veze sa stvarnoišću, osim sa stvarnošću nečije mašte..

Upravo zbog toga, duhovnost bi mogla - i trebala! - doživjeti mnoge revizije. Međutim, postavlja se pitanje praktičnosti. Baš kao što mi još uvijek u svakodnevnom životu, što se tiče velike većine praktičnih stvari živimo po Newtonu, a ne prema Einsteinu ili kvantnoj fizici, tako će vjerojatno i ostati, osim u nekim posebnim slučajevima, jednako tako ćemo i dalje u većini "duhovnih" područja slijediti pojednostavljene, zapravo aproksimativne zakone.

U tom smislu, mene ne zanimaju previše dodatna objašnjenja ili profinjavanja postojećih duhovnih postavki - što bi samo po sebi mogao biti ogroman posao. Najviše me zanima praktična primjena tih ideja iz fizike. To je otprilike ono na što mislim kad spominjem "formativne tehnologije". Duhovnost bi trebala - morala bi, zapravo, ako želi zadržati vjerodostojnost u vremenima koja dolaze - pronaći način da otvori nove puteve u smislu najpraktičnije svakodnevne uporabe zakona fizika koji su sada i za fiziku samu izvan eksperimentalnog dohvata."

HF: "Što se tiče duhovnosti, slažem se da ova mora ostati u okviru praktčnosti, a ove nove ideje iz moderne fizike u stvari samo potvrđuju sve ono što smo već prije znali na tom polju, jedino možda kazuju to na malo drastičniji i brutalniji način."

Adrian: "Što brutalnije, to bolje, što se mene tiče - sada smo u takvom vremenu. Ukrasi će morati nestati, a to će za mnoge "duhovnjake" biti priličan šok i "reallity check".