Czy przestrzeń i czas są potrzebne? Nowe fundamenty fizyki kwantowej
Czy przestrzeń i czas to rzeczywiste składniki Wszechświata, czy tylko użyteczne narzędzia jego opisu? To jedno z kluczowych pytań, na które próbuje odpowiedzieć dr hab. Antonio Vassallo z Wydziału Administracji i Nauk Społecznych Politechniki Warszawskiej.
Trzyletni projekt badawczy dr Vassallo, zatytułowany „Machiańskie ramy dla fizyki kwantowej”, podejmuje próbę przeformułowania podstaw fizyki. Badania finansowane są przez Narodowe Centrum Nauki, w ramach grantu OPUS, a ich budżet wynosi 1,2 mln zł.
Jak czytamy w aktualnościach Politechniki Warszawskiej, inspiracją prowadzonych badań są idee dwóch myślicieli: filozofa Gottfrieda Leibniza i fizyka Ernsta Macha. Twierdzili oni, że przestrzeń i czas nie istnieją niezależnie, lecz wynikają z relacji między obiektami. Zamiast traktować czasoprzestrzeń jako tło, na którym rozgrywają się zdarzenia, Vassallo bada, czy to właśnie relacje między obiektami nie są fundamentem rzeczywistości.
“A co, jeśli struktura rzeczywistości nie jest utkana z przestrzeni i czasu, lecz z sieci relacji między rzeczami? Badania mają na celu odkrycie ukrytej struktury leżącej u podstaw naszych najgłębszych teorii fizycznych”, tłumaczy Vassallo.
W tym celu wykorzystuje teorię zwaną Pure Shape Dynamics. To podejście zakłada, że opisywać można jedynie wzajemne konfiguracje obiektów, bez odwoływania się do zewnętrznego układu odniesienia. Czas i przestrzeń mogłyby być w takim ujęciu czymś wtórnym – zjawiskami wyłaniającymi się z bardziej podstawowych, bezczasowych zasad.
Pure Shape Dynamics pozwala spojrzeć na fizykę kwantową i grawitację z nowej perspektywy – jako zjawiska emergentne, czyli wyłaniające się z innych, z natury bardziej podstawowych zasad. W praktyce może to pomóc rozwiązać problemy, które pojawiają się przy próbie połączenia mechaniki kwantowej z teorią względności (czyli stworzenia tzw. kwantowej teorii grawitacji).
Choć badania Vassallo mają charakter teoretyczny, ich potencjalne skutki są dalekosiężne. Mogą wpłynąć na rozwój technologii kwantowych, lepsze zrozumienie grawitacji i natury czasu, a nawet na to, jak postrzegamy sam wszechświat. Projekt stawia pytanie fundamentalne: czy nasza codzienna intuicja jest dobrym przewodnikiem w świecie, który – jak pokazuje fizyka kwantowa – może być zupełnie inny, niż się nam wydaje.
“Fizyka kwantowa wystawia naszą intuicję na próbę, ale co, jeśli prawdziwa tajemnica nie tkwi w świecie kwantowym, lecz w naszym rozumieniu przestrzeni i czasu? Ten projekt polega na przemyśleniu samej sceny, na której rozgrywa się fizyka”, w materiale Politechniki Warszawskiej podsumowuje Vassallo.