Izdavač: LAGUNA

Knjiga je prvi deo SF triologije kineskog autora po imenu Cisin Liju. U osnovi je tragična ovozemaljska priča, smisaono isprepletana sa puno fizike i astronomije i SF obrtima i rešenjima. Celovit prikaz ove knjige je posao za prave poznavaoce žanra. Ovde ćemo dati samo nekoliko utisaka o hipotetičnoj fizici korišćenoj u ovoj knjizi, utisaka koji mogu da budu od koristi čitaocima koji su knjigu pročitali ili koji to tek planiraju.

Iz  SF priča i romana uvek se sazna ponešto o sredini i vremenu iz koga potiče autor tako da u ovom romanu imamo snažan uvid u realnu kinesku sredinu, u Kinu i Kineze van uobičajenih stereotipa. U ovom slučaju to nije nešto što se vidi samo metaforično ili izmedju redova već je integralni deo narativa kao i motivacije i profila glavnih likova. Mnogo bi tu moglo da se kaže, dovoljno je reći da „Problem 3 tela“  vredi pročitati samo zbog toga. Pogotovo u sadašnje vreme.

Malu teškoću u praćenju knjige mogu za naše čitaoce da budu kineska imena. Za utehu, u Kini svi pišu isto a čitaju po svom lokalnom jeziku ili dijalektu, tako da su varijacije u izgovoru uobičajene. Na Internetu čak može da se nadje i ova kompilacija različitih izgovora imena autora: https://www.pronouncekiwi.com/Cixin%20Liu. Tu navedena četiri kineska izgovora (a ima ih sigurno više) osetno se razlikuju makar i bili bliski. Pri čitanju i praćenju radnje dva trika mogu da pomognu. Prvo, lakše je pamtiti likove samo po prezimenima, jer ona su obično kraća i nama lakša za izgovor. Drugo, kad god se naidje na ime koje se ponavlja, treba ga zapisati uz kratki opis uloge, i taj list ili cedulju držati u knjizi. To pomaže dok se radnja ne razvije i upoznaju glavni likovi kojih ustvari i nema tako mnogo.

Izvor slike: Subterraneanpress

Medjutim kao i kod svih SF priča najinteresantnije je preplitanje S i F. Šta su ovde činjenice a šta je fantastika? Cisin Liju je maštovit autor koji je očito entuzijasta fizike, astronomije, i svemirskih istraživanja. Osvrnućemo se ovde samo na dve teme korišćene u knjizi: ekstra dimenzije i povezanost na daljinu. Komentari su manje više sami za sebe da ne bi baš sasvim otkrili razvoj radnje onim čitaocima koji još nisu pročitali „Problem 3 tela.“ Čitaoci kojima je knjiga već poznata lako će prepoznati o čemu se radi.

Ekstra dimenzije

Zamislimo jednu šustiklu, lepo prostrtu po stolu. To je klasičan skoro dvodimenzionalni objekat jer debljina šustikle je mnogo manja od njenog prečnika. Ako je rasparamo dobijamo jednodimenzionalni objekat – konac, i to dugačak. To je primer raspakivanja više dimenzionalnog objekta u objekat koji ima jednu dimenziju manje i koji je veliki u toj dimenziji. Da naglasimo opet da zanemarujemo debljinu konca.

Zamislimo sada veknu hleba. To je trodimenzionalan objekat. Ako je sada pažljivo isečemo na tanke kriške dobijamo seriju praktično dvodimenzionalnih objekata koji mogu da pokriju veliku površinu. Ovog puta radi se o raspakivanju iz tri dimenzije u dve, pri čemu je skup konačnih objekata velik u dve dimenzije iako nije izgledao tako velik u tri.

Po analogiji, ako postoji neka četvorodimenziona vekna, možemo opet tanko da je isečemo na veliki broj nama dobro poznatih trodimenzionalnoh vekni. Kao što kriške hleba mogu da imaju različite oblike i veličine tako i raspakivanje četvorodimenzionalne vekne nam daje skup „običnih“ vekni raznih veličina i oblika, koje sve skupa zahvataju veliku trodimenzionalnu zapreminu.

Da vidimo sada kakve to ima veze sa fundamentalnom fizikom.

Postoji nekoliko razloga iz kojih fizičari razmatraju mogućnost da elementarne čestice postoje u više od tri prostorne dimenzije. Na primer, fizička konzistentnost teorije superstruna zahteva da elementarne čestice zamislimo kao strune koje osciliraju u 9 prostornih dimezija. Energija tih oscilacija daje masu te elementarne čestice.

Protoni i neutroni nisu fundamentalne čestice već imaju kompleksnu unutrašnju strukturu pa nije zgodno razmatrati ih u ovom kontekstu. Elektroni koliko znamo jesu fundamentalne čestice bez ikakve unutrašnje strukture ali imaju naelektrisanje, što kao što ćemo videti predstavlja problem. Od poznatih čestica ostaje nam samo neutrini, koji imaju (malu) masu i nemaju naelektrisanje.

Pokušajmo po analogiji sa veknom i kriškama hleba da zamislimo raspakivanje jednog neutrina od objekta u devetodimenzionalnom prostoru do kolekcije objekata u osmodimenzionalnom prostoru, pa svaki od njih u sedmodimenzionalne, i tako dalje sve do velikog broja trodimenzionalnih objekata u „našem“ prostoru.

Izvor slike: Fermilab

Prvo sa čime se suočavamo je da postoji najmanja moguća prostorna dužina, takozvana Plankova dužina i da u standardnoj slici teorije struna veličina extra dimenzija je jednaka Plankovoj dužini! Ili ne mnogo veća. To znači da naše višedimenzionalne vekne možda imaju samo jednu krišku ili ne tako mnogo kriški, tako da na kraju u našem trodimenzionalnom prostoru dobijamo veliki broj pravih trodiminzionalnih vekni ali možda nedovoljno veliki broj, kao što ćemo videti.

Postoje doduše alternativne hipoteze koje nisu sasvim uskladjene sa teorijom struna u kojima veličina ekstra dimenzija može da bude velika u odnosu na Plankovu dužinu. U tom slučaju raspakivanjem dobijamo daleko veći broj trodimenzionalnih objekata ali nažalost scenario sa velikim ekstra dimenzijama je iz svojih razloga konstruisan baš tako da čestice koje znamo postoje samo kao trodimenzionalne, dok samo gravitacija „oseća“ ekstra dimenzije. U tom slučaju nema pravog raspakivanja čestica.

S druge strane, u teoriji struna ekstra dimezije nisu nešto što je dodato rukom već su neophodne: sve fundamentalne čestice postoje samo u devet prostornih dimenija. Kada ih raspakujemo u tri dimenzije dobijamo neku kolekciju trodimenzionalnih objekata ali to više NISU elementarne čestice (!)... jer one postoje samo u devet prostornih dimenzija. Drugim rečima, ono što mi vidimo kao elektron ili neutrino je samo njihov „otisak“ u tri dimenzije dok oni postoje u devet. Trodimenzionalni objekti koje dobijamo raspakivanjem nisu isto što i trodimenzionalni neutrino koji znamo! Da opet upotrebimo analogiju, nismo sekli veknu u korisne kriške, isekli smo funkcionalni auto u gomilu komada beskorisnog metala.

Treći problem sa raspakivanjem čestica iz esktra dimenzija u tri je u tome što ako su ekstra dimenzie male u njima vladaju zakoni kvantne fizike. U makroskopskom svetu srednje veličine mase, radijusa, položaja, brzine... daleko su veće od fluktuacija oko tih srednjih vrednosti. U malim razmerama ekstra dimenzija to nije tako, fluktuacije su esencijalni deo slike. Tako da raspakivanje iz ekstra dimenzija predstavlja u isto vreme prelaz iz malog u veliko, iz domena mikroskopske kvantne fizike u domen klasične makroskopske fizike. To je moguće samo uz efektivno povećavanje stepeni slobode, drugim rečima raspakivanje podrazumeva povećanje broja objekata. Rezultat je da naša kolekcija trodimenzionalnih obekata – šta da su – ima daleko veću masu od mase elementarne čestice koju raspakujemo!

To povećanje mase je rezultat rada uloženog u proces raspakivanja. Pošto naelektrisanje nije moguće stvoriti iz ničega, zato je neophodno raspakivati masivne neutralne čestice kao što je neutrino.

Rezultat je da imamo veliki broj trodimenzionalnih masivnih kvazi-čestica. Njihova ukupna masa je daleko veća od mase raspakovanog neutrina, potencijalno dovoljno velika da može da se primeti, zavisno od scenarija raspakivanja. Uz to, postavlja se pitanje kako te „kvazi-čestice“ interaguju jedna sa drugom ili sa okolinim, šta ih drži na okupu u makroskopski objekat, i kojom fundamentalnom interkcijom je moguće manipulisati sa takvim objektom? Neutrino, ili boja koja fundamentalna čestica od koje smo pošli, ima ograničen broj vrlo specifičnih interakcija sa ostalom materijom.

Dalje, ako sada zamislimo obrnut proces kojim se takvi trodminezionalni objekti ponovo spakuju u jedinstveni objekat koji postoji u svih devet prostornih dimenzija, to više neće biti jedan neutrino male mase već daleko masivnija čestica! Ubrzati takvu čestu do brzine bliske brzini svetlosti nije više tako lako kao da ubrzavamo jedan pravi neutrino, elektron ili proton. Biće nam potrebna energija koja je bliska sadašnjoj godišnjoj potrošnji energije na svoj Zemlji, ili još veća! Sa realnijim ubrzanjem i manjom brzinom takvoj čestici će trebati desetine ili stotine godina da prevali rastojanje od jedne svetlosne godine.

Sve u svemu, ideja raspakivanja čestica iz ekstra dimenzija u tri, njihova preparacija, pa pakovanje nazad u male ekstra dimenije i ubrzanje tog objekta do brzine bliske brzini svetlosti jeste fascinatna ideja, ali je definitivno u domenu F, a ne S.

Povezanost na daljinu

Standardni primer za ovu situaciju je kada se nekim procesom stvore dva elektrona. Zbog očuvanja impulsa jedan ode na levo, drugi na desno. Zbog očuvanja ugaonog impulsa jedan elektron se obrće oko vertikalne ose u smeru kazaljke na satu a drugi u smeru suprotnom smeru kazaljke na satu. Ali kvantna mehanika nam samo kaže da postoji 50% šanse za jednu ili drugo kombinaciju. Fizičar onda izmeri u kom smeru se obrće recimo desni elektron i tako automatski zna u kom smeru se obrće i elektron koji je otišao na levo i koji je možda već veoma daleko.

Da li to znači da su se elektroni tako obrtali već otkako je par stvoren, a fizičar je samo napravio evidenciju? NE! Eksperimentalno je potvrdjeno da takva slika nije tačna!

Da li to onda znači da kada je fizičar izmerio kako se jedan elektron obrće da je u tom momentu promenio ili konkretizovao iz dve mogućnosti kako se i drugi elektron obrće? NE! Trenutna komunikacija na daljinu je u suprotnosti sa brzinom svetlosti kao najvećom mogućom brzinom prostiranja interakcije.

Izvor slike: Science.org

Pa šta to onda znači?! Fizičari tu daju odgovor koji liči na ono narodno „kao kiša oko Kragujevca“: pre merenja znamo da postoje dve mogućnosti za levi i dve povezane mogućnosti za desni elektron; posle merenja na levom saznali smo stanje i jednog i drugog elektrona. U 50% slučajeva biće jedna kombinacija a u 50% slučajeva druga. To je sve!

Ako to nekoga ostavlja nezadovoljnim, u pravu je! I dalje traje debata o interpretaciji ovog rezultatai o hipotetičkim objašnjenjima „na dubljem nivou“. U medjuvremenu činjenice su činjenice. Sav razvoj kvantne informatike i kvantnih kompjutera polazi od ove slike takve kakva je i traženja načina da se ona realizuje u materijalima gde su manipulacije lakše a moguća eksploatacija usmerena.

U literaturi na našem jeziku obično se kaže da su takva dva elektrona u zamršenom ili zapletenom stanju. To jesu manje više direktni prevodi izraza koji se koristi u tehničkoj literaturi na engleskom ili ruskom jeziku ali niti zvuče dobro niti su dovoljno informativan. Jasnije je reći da se radi o povezanim stanjima ili o sparenim stanjima.

Ostavimo dakle po strani misteriju postojanja povezanih stanja i zamislimo da imamo jedan takav kvantni kompjuter u orbiti oko neke vansolarne planete a drugi u orbiti oko Zemlje gde je stigao posle nekog vremena. Samo što u ovom slučaju stepeni slobode jednog kompjutera nisu povezani samo unutar tih samih kompjutera već su spareni i izmedju njih! Tako da kada vanzemaljci primete (nekako) da je jedna čestica njihovog kompjutera u stanju obrtanja u smeru kazaljke na časovniku (desna ljubičasta kugla gore) oni znaju da je nekim procesom oko Zemlje odgovarajuća čestica na kvantnom komjuteru u orbiti oko Zemlje prevedena u stanje obrtanja suprotno smeru kazaljke na časovniku (leva ljubičasta kugla gore). Ako su takvi kompjuteri dovoljno kompleksni a njihovo programiranje predvidja „sve“ mogućnosti, vanzemaljci imaju prilku da u istom momentu znaju šta se dešava sa njihovim kvantnim kompjuterom kod nas pa time posredno i šta se dešava na Zemlji. I obrnuto, ako oni iniciraju neku promenu na svom kvantnom kompjuteru ovaj kod nas trenutno prelazi u stanje odredjeno njihovom povezanošću. Što bi nda trebalo da posluži kao okidač neke promene na Zemlji.

Izvor slike: PLUNGJIT, originalno http://cheyun.com .

Mogućnosti su beskonačne! Vanzemaljci odmah znaju sve šta se ovde događa i mogu da utiču na to šta se ovde dogadja!

Izazovi su medjutim takodje beskonačni. Dve čestice mogu da opstanu u povezanom stanju samo ako ne interaguju sa bilo kojom drugom česticom! Svaki slučajni sudar, toplotne vibracije, medjuzvezdana prašina, magnetna polja, itd., sve to narušava povezanost i svaka čestica je od tada sama za sebe, njeno stanje je odredjeno lokalnim interakcijama. Nema više povezanosti na daljinu. Eliminisanje tog „šuma“ koji ruši povezanost je glavni izazov u sadašnjem razvoju kvantnih kompjutera. Teško je zamisliti održanje takve povezanosti u toku pakovanja u male ekstra dimenzije (što podrazumeva interakciju sa spoljašnjom aparaturom) pa onda u toku i posle putovanja kroz medjuzvezdani prostor koje traje godinama. Možda ako dramatično povećamo broj takvih povezanih parova izmedju dva kvantna kompjutera, tako da bar neki ostanu u stanju povezanosti? Da li je raspakivanje stvorilo dovoljno stepeni slobode za to? Da li je masa takvog kvantnog kompjutera postala tako velika da možemo da ga ubrzamo samo na brzine koje su još uvek male u poredjenju sa brzinom svetlosti? Tada mogu da prodju stotine godina pre nego što jedan takav kompjuter stigne od vanzemaljaca do nas pa da može da počne korišćenje povezanosti na daljinu.

Dalje, kada se stanje jedne čestice, tamo ili  ovde, izmeri, to jest odredi nekim procesom, bio on spontan ili nameran, mi saznajemo stanja te dve povezane čestice, što jeste naš cilj, ali od tog momenta povezanost se prekida! Taj par ispada iz igre, postaje neaktivan deo i jednog i drugog kompjutera. Sparivanje dve čestice u povezano stanje nije moguće ostvariti na daljinu, već samo kao početni uslov. U sadašnjem razvoju kvantnih kompjutera radi se o česticama koje su povezane unutra jednog istog kompjutera pa čak i tu ponovno uspostavljanje povezanosti predstavlja veliki problem. U slučaju fzički idaljenih čestica problem izgleda nepremostiv.

Dakle, kako vreme prolazi i vanzemaljci prate šta se događa ili se mešaju u to šta se ovde događa, oba povezana kvantna kompjutera postaju sve manje efikasna, sve manje moćna. Trajaće duže ukoliko imaju veći broj stepeni slobode, ali kao što je opisano gore proces raspakivanja možda neće dati dovoljan broj stepeni slobode ili će dovesti do kreiranja objekta koji je suviše masivan d bi ga za dogledno vreme dobacili do Zemlje. Fascinatni efekti povezanosti su korisni samo kada jedan kvantni kompjuter stigne do nas, a vreme za to je utoliko duže što je taj kompjuter masivniji pa time i moćniji.

Tako da i fascinatna ideja o medjuzvezdanoj povezanosti dva kvantna kompjutera spada u domen F, a ne S.

 

I na kraju

Sve ovo nije kritika knjige Cisin Lija. SF je SF i „Problem 3 tela“ pruža i stimuliše maštanja u najboljoj tradiciji žanra. Svrha ovih komentara je da se razume ta S/F granica jer moderna fizika često zvuči kao fantastika i kad nije hipotetična.