جورج موسر (George Musser)، ویراستار همکار Scientific American، نویسنده‌ی کتاب‌های راهنمای احمق کامل به نظریه ریسمان‌ها و کنش شبح‌وار از راه دور است. این مقاله در سال ۲۰۱۱ برنده جایزه ارتباط علمی مؤسسه فیزیک آمریکا شده است.
این مقاله خرد، یکی از بخش‌های بزرگ‌ترین سؤالات علم است. برای دسترسی به تمام محتوا اینجا کلیک کنید.
مردم همیشه فضا را چیزی از پیش تعیین شده فرض می‌کنند. فضا همان جای خالی است؛ پرده‌ی پشت صحنه‌ی همه چیز. زمان هم مثل فضا؛ بی‌وقفه پیش می‌رود. ولی اگر فیزیکدانان از تقلای دور و دراز خود برای یکی کردن نظریه‌هایشان فقط یک چیز آموخته باشند، آن این است که فضا و زمان سیستمی با پیچیدگی حیرت‌آور می‌سازند که شاید مشتاقانه‌ترین تلاش‌های ما هم از درک آن عاجز باشد.
آلبرت اینشتین نوامبر ۱۹۱۶ چیزی را که در حال فرود بر عقل بشر بود، دید. یک سال قبل‌تر، او نظریه‌ی نسبیت عام خود را فرموله کرده بود که بیان می‌داشت، گرانش نیرویی نیست که در فضا منتشر می‌شود، بلکه خود، یکی از ویژگی‌های فضا زمان است. وقتی شما توپی را به هوا پرتاپ می‌کنید، کمانه کرده و برمی‌گردد؛ چون زمین، فضا زمان اطراف آن را منحرف می‌کند و مسیرهای توپ و زمین دوباره با هم متقاطع می‌شوند. اینشتین در نامه‌ای به یکی از دوستانش، از چالش‌های ادغام نسبیت عام و دیگر زاییده‌ی افکارش، نظریه‌ی نوپای مکانیک کوانتوم، می‌نویسد. این کار به سادگی پیاده کردن قطعات فضا نیست. از جنبه‌ی ریاضی، او به سختی می‌دانست که باید از کجا شروع کند. او می‌نویسد:
چقدر خودم را در این راه گرفتار کرده‌ام!
اینشتین هیچ وقت فراتر از این پیش نرفت. حتی همین امروز به اندازه‌ی تعداد دانشمندانی که روی موضوع کار می‌کنند، ایده‌ی متضاد درباره‌ی یک نظریه‌ی کوانتومی گرانش وجود دارد. این اختلافات شاید حقیقتی را از دید ما پنهان سازد: همه‌ی این روش‌های رقیب هم، می‌گویند که فضا، از چیزی عمیق‌تر مشتق شده است. نظریه‌ای که رابطه‌ی ما را با ۲,۵۰۰ سال فهم فلسفی و علمی قطع می‌کند.
پیش به سوی درون سیاه‌چاله‌ها
آهنربای آشپزخانه‌ی شما به سادگی مشکلی را که فیزیکدانها با آن روبه‌رو هستند، نشان می‌دهد. آهنربا می‌تواند یک گیره‌ی کاغذ را در برابر گرانش کل زمین نگه دارد. گرانش از مغناطیس ضعیف‌تر است؛ از نیروهای الکتریکی و هسته‌ای هم ضعیف‌تر می‌باشد. هر اثر کوانتومی که گرانش داشته باشد، ضعیف است. تنها شاهد محسوس، دالّ بر این که این پروسه‌ها اتفاق می‌افتند، الگوی لکه دار ماده در جهان اولیه می‌باشد که فکر می‌کنیم، بخشی از آن، توسط نوسانات کوانتومی میدان گرانشی ایجاد شده باشد.
سیاه‌چاله‌ها بهترین مدل آزمایشی برای گرانش کوانتوم هستند. تد جاکوبسون از دانشگاه مریلند می‌گوید “[سیاه‌چاله‌ها] نزدیک‌ترین چیز به آزمایش‌ها هستند”. او و بقیه‌ی نظریه‌پردازان سیاه‌چاله‌ها را به عنوان نقطه اتکاء مطالعه می‌کنند. چه اتفاقی می‌افتد وقتی شما معادلاتی می‌سازید که تحت شرایط آزمایشگاهی عالی عمل می‌کنند و آن‌ها را برای شدیدترین شرایط ممکن برون‌یابی می‌کنید؟ آیا عیب و نقص‌های ظریف خود را نشان خواهند داد؟
نسبیت عام پیش‌بینی می‌کند که ماده با سقوط در سیاه‌چاله با نزدیک شدن به مرکز آن، بدون محدودیت فشرده می‌شود. یک چرخه‌ی ریاضی به نام تکینگی (singularity). نظریه‌پردازان نمی‌توانند مسیر یک شیء را فراتر از تکینگی برون‌یابی کنند؛ در واقع خط زمانی آن شیء آن جا تمام می‌شود. حتی صحبت کردن از “آن جا” هم مشکل‌ساز است؛ چون همان فضا-زمانی که مکان تکینگی را تعیین می‌کند، دیگر وجود ندارد. محققان امیدوارند نظریه‌ی کوانتوم بتواند موشکافانه روی آن نقطه تمرکز کرده و اتفاقی را که بر سر ماده می‌آید، کشف کند.
بیشتر بخوانید:
- نسبیت عام؛ تحریف فضا-زمان
- ظهور بیگ بویل؛ چرا بیگ بنگ سِفر پیدایش نبوده است؟
- اصطلاح بیگ بنگ برای اولین بار از سوی کسی مطرح شد که با آن مخالف بود!
- شاید جهان در نهایت با یک حباب از هیچ ادغام شده و نابود گردد
بیرون، در مرزهای سیاه‌چاله، ماده آنقدرها فشرده نیست، گرانش ضعیف‌تر است، و اساساً قوانین شناخته شده فیزیک باید هنوز حاکم باشند. این جاست که قضیه پیچیده‌تر می‌شود؛ چون این گونه نیست. هر سیاه‌چاله‌ای یک افق رویداد دارد؛ نقطه‌ای که از آن، بازگشتی نیست: ماده‌ای که نزدیک‌تر از آن شود، نمی‌تواند برگردد. این نزول برگشت‌ناپذیر است. مشکل همین جاست؛ چون همه‌ی قوانین اساسی شناخته شده فیزیک، که شامل مکانیک کوانتوم هم می‌شود، برگشت‌پذیرند. حداقل روی کاغذ، باید قادر باشیم که حرکت همه ذرات را عکس کرده و چیزی را که داشته‌ایم، بازیابیم.
مسئله بغرنج مشابهی در اوایل قرن نوزدهم نیز فکر فیزیکدانان را به خود مشغول کرده بود. آن زمان، محاسبات یک “جسم سیاه” مطرح شده بود که با یک حفره‌ی پر از پرتوهای الکترومغناطیس توصیف می‌شد. نظریه‌ی الکترومغناطیس جیمز کلرک ماکسول پیش‌بینی می‌کرد که چنین چیزی همه‌ی پرتوهایی را که به سمتش تابانده شده، جذب خواهد کرد و هیچ وقت با ماده‌ی محیط به تعادل نمی‌رسد. رافائل سورکین از مؤسسه‌ی پریمتر برای فیزیک نظری در اونتاریو بیشتر توضیح می‌دهد:
جسم سیاه مقدار بی‌نهایتی از گرمای مخزنی را که در دمای ثابت قرار دارد، جذب خواهد کرد.
به زبان ترمودینامیک، جسم سیاه عملاً دمای صفر مطلق را خواهد داشت. این نتیجه‌گیری با مشاهدات واقعی در تناقض بود (مثلاً فر آشپزخانه را در نظر بگیرید). اینشتین با همکاری ماکس پلانک نشان داد که یک جسم سیاه می‌تواند به تعادل دمایی برسد، اگر انرژی پرتوی در واحدهایی گسسته، یا کوانتا بر آن وارد شود.
فیزیکدانان نظری تقریباً نیم قرن کار کردند تا به چنین معادله‌ی تعادلی برای سیاه‌چاله‌ها دست یابند. مرحوم استیون هاوکینگ از دانشگاه کمبریج گام مهمی در اواسط دهه‌ی ۱۹۷۰ برداشت. او نظریه‌ی کوانتوم را به میدان پرتوتابی اطراف سیاه‌چاله اعمال کرد و نشان داد که آن‌ها دمایی غیر از صفر دارند. در نتیجه، آن‌ها نمی‌توانند فقط جذب کنند، بلکه از خود انرژی هم ساطع می‌کنند. با این که کارهای او سیاه‌چاله را تحت سلطه قوانین ترمودینامیک درآورد ولی باعث نشد چیزی از مشکل برگشت‌ناپذیری حل شود. پرتوی که از سیاه‌چاله می‌آید، تنها از ناحیه‌ی بیرونی حفره آمده است و هیچ اطلاعاتی درباره‌ی داخل آن به ما نمی‌دهد. این انرژی گرمایی رَندم است. اگر شما فرآیند را عکس کنید و انرژی را دوباره برگردانید، شیئی که داخل سیاه‌چاله افتاده بیرون نخواهد پرید؛ تنها چیزی که نصیبتان خواهد شد، گرمای بیشتر است. همچنین نمی‌توانید تصور کنید که شیء اصلی هنوز آن جاست و فقط داخل سیاه چاله به دام افتاده؛ چون با ساطع شدن انرژی از آن، سیاه چاله آب می‌رود و بر اساس بررسی‌های هاوکینگ در نهایت ناپدید خواهد شد.
این مشکل پارادوکس اطلاعات نام دارد؛ چون سیاه‌چاله اطلاعات اشیائی را که درون آن سقوط کرده‌اند نابود می‌کند و برعکس کردن حرکت آن‌ها ناممکن می‌شود. اگر فیزیک سیاه‌چاله‌ها واقعاً برگشت‌پذیر باشد، چیزی باید اطلاعات را بیرون بکشد و مفهومی که ما از فضا زمان می‌شناسیم، برای ممکن کردن آن نیاز به تغییر دارد.
اتم‌های فضا-زمان
گرما، جنبش تصادفی ذرات میکروسکوپی، مثل مولکول‌های گاز است. چون سیاه‌چاله‌ها می‌توانند گرم یا سرد شوند، چنین استدلال می‌شود که آن‌ها از ذرات تشکیل شده‌اند یا در کل، ساختاری میکروسکوپی دارند. و چون سیاه‌چاله تنها فضایی خالی است (بر اساس نسبیت عام، ماده‌ای که از افق رد شود دیگر برگشتی ندارد)، ذرات سیاه‌چاله باید ذرات خود فضا باشند. برخلاف سادگی یک قسمت از فضا، پیچیدگی عظیمی در آن نهفته است.
حتی نظریه‌هایی که روی مفهوم متعارف فضا-زمان تأکید می‌کنند، به این نتیجه می‌رسند که چیزی پشت این نمای بی‌هویت فضا کمین کرده است. برای مثال، در اواخر دهه‌ی ۱۹۷۰ استیون واینبرگ تلاش کرد تا گرانش را به شیوه‌ی بقیه نیروهای طبیعت توصیف کند. او دریافت که فضا-زمان در ظریف‌ترین مقیاس‌های خود تغییر یافته است.
فیزیکدانان ابتدا فضای میکروسکوپیک را به عنوان موزائیکی از تکه‌های کوچک فضا تصویرسازی کردند. اگر شما در مقایس پلانک زوم کنید، اندازه‌ی بسیار کوچک ۱۰-۳۵ متر را به شکل یک صفحه شطرنج خواهید دید. ولی این نمی‌تواند کاملاً درست باشد. به خاطر این که خطوط شبکه‌ای یک فضا صفحه شطرنجی، بعضی از مسیرها را به بقیه ترجیح خواهد داد و این عدم قرینگی به وجود آمده با نظریه‌ی نسبیت خاص در تضاد است. برای مثال، نور رنگ‌های مختلف شاید در سرعت‌های متفاوتی حرکت کنند؛ درست مثل یک منشور شیشه‌ای که نور را به رنگ‌های تشکیل‌دهنده‌ی آن می‌شکند. برخلاف اثرات روی مقیاس‌های کوچک که معمولاً مشاهده‌ی آن‌ها دشوار است، تخطی از نسبیت نمی‌تواند از چشم دور بماند.
ترمودینامیک سیاه‌چاله‌ها تردیدهای بیشتری را درباره‌ی یک تصویر موزائیکی ساده از فضا ایجاد کرد. با اندازه‌گیری رفتار گرمایی هر سیستمی، حداقل روی کاغذ، می‌توان شمار ذرات آن را به دست آورد. انرژی را اضافه کن و حواست به ترمومتر باشد. اگر ناگهان عقربه ترمومتر بالا پرید، انرژی بایستی بین چند مولکول قابل قیاس پخش شود. عملاً شما در حال اندازه‌گیری آنتروپی این سیستم هستید که پیچیدگی میکروسکوپی آن را نشان می‌دهد.
اگر این آزمایش را با مواد معمولی انجام دهید، تعداد مولکول‌ها با افزایش حجم ماده، بیشتر خواهد شد. ساده است: اگر شما شعاع یک توپ را ۱۰ برابر افزایش دهید، تعداد مولکول‌های آن ۱۰۰۰ برابر می‌شود. اما اگر شعاع یک سیاه‌چاله ۱۰ برابر شود، تعداد مولکول‌های آن فقط ۱۰۰ برابر خواهد شد. در واقع تعداد مولکول‌ها نه با حجم، بلکه با ناحیه‌ی سطحی آن نسبت دارد. شاید سیاه‌چاله سه بعدی به نظر برسد، ولی دو بعدی رفتار می‌کند.
این اثر عجیب تحت نام قانون هولوگرافیک بحث می‌شود؛ چون یادآور هولوگرام است که ما آن را به شکل سه بعدی می‌بینیم و اگر دقیق‌تر نگاه کنیم، تنها تصویری دو بعدی خواهیم دید. اگر اصل هولوگرافیک تعداد کل اجزاء فضا و محتویات آن را تعیین کند (همان طور که اکثر فیزیکدانان، اما نه همه آن‌ها، قبول دارند)، ساختن فضا، کاری بیشتر از کنار هم قرار دادن قطعات آن می‌طلبد.
به هر حال، رابطه‌ی جزء با کل، به ندرت سر راست است. یک مولکول H2O تنها جزء کوچکی از کل آب نیست. کاری را که آب مایع انجام می‌دهد در نظر بگیرید: جاری می‌شود، قطره تشکیل می‌دهد، حامل موج است، یخ می‌بندد و بخار می‌شود. یک مولکول H2O هیچ کدام از این‌ها را ندارد: رفتارهایی مجموعه‌ای وجود دارد. به همین شیوه، نیاز نیست که واحدهای ساختاری فضا هم، فضایی باشند. دنیل اوریتی (Daniele Oriti) از مؤسسه‌ی فیزیک گرانشی ماکس پلانک بیشتر توضیح می‌دهد:
اتم‌های فضا، کوچک‌ترین قسمت‌های آن نیستند. آن‌ها اجزای تشکیل‌دهنده‌ی فضا هستند. خصوصیات هندسی فضا، ویژگی‌های جدید، به‌هم پیوسته و تقریبی سیستمی است که از اتم‌های بسیار ساخته شده است.
چیزی که آن واحدهای ساختاری واقعاً هستند، بستگی به نظریه دارد. در گرانش کوانتومی حلقه‌ای (loop quantum gravity)، کوانتاهای حجم هستند که با اِعمال قوانین کوانتوم جمع می‌شوند. در نظریه‌ی ریسمان‌ها، آن‌ها میدان‌هایی شبیه میدان‌های الکترومغناطیس هستند که روی سطحی که به وسیله‌ی حرکت ریسمان یا لوپ انرژی ایجاد شده (namesake string)، حضور دارند. در نظریه‌ی M که مربوط به نظریه ریسمان‌هاست و در زمینه‌ی آن قرار دارد، این واحدهای ساختاری فضا، نوع ویژه‌ای از ذره هستند: پرده‌ای که به یک نقطه تقلیل یافته است. در نظریه مجموعه‌های سببی، وقایعی را داریم که با شبکه از علت و معلول به هم مرتبط می‌شوند. در نظریه آمپلیتوهدرون و برخی دیگر از رهیافت‌ها، هیچ واحد ساختاری، حداقل چیزی که متعارف باشد، وجود ندارد.
بیشتر بخوانید:
- “کنش شبح‌وار از راه دور” اینشتین در اجسامی که با چشم دیده می‌شوند، اثبات شد
- نظریه‌ای علمی درباره‌ی چیزی که بیگ‌بنگ را به وجود آورد
- آزمایش بزرگ بل فرضیه اینشتین را در مورد در هم تنیدگی کوانتومی نقض نمود
- اینشتین، آسوده بخواب؛ ماده و پادماده هنوز با نسبیت تو کاری ندارند!
با این که قوانین سازماندهی این نظریه‌ها متفاوت از یکدیگر است، ولی همگی نسخه‌ای از رابطه‌گرایی قرن هفدهمی لایب نیتس فیلسوف را دارند. در این مورد، رابطه‌گرایی یعنی این که همه این نظریات فضا را برخاسته از نوعی الگوی ارتباطی بین اشیاء می‌دانند. در این دیدگاه، فضا به یک پازل می‌ماند. شما باید کار را با چندین تکه از آن شروع کنید، رابطه‌ها را بیابید و هر کدام را در جای خودش قرار دهید. اگر دو تکه خصوصیات مشابهی، مثل رنگ یکسان داشتند، احتمالاً باید کنار یکدیگر باشند و بالعکس. معمولاً فیزیکدانها این ارتباطات را به عنوان شبکه‌ای با الگوی خاص ارتباطی بیان می‌کنند. ارتباطات را نظریه کوانتوم یا دیگر اصول دیکته و ترکیب‌بندی فضایی از آن پیروی می‌کند.
انتقال بین فازها نیز تِم معمول دیگری است. اگر فضا جمع شده است، پس شاید از هم نیز بپاشد. سپس واحدهای ساختاری آن می‌تواند دوباره جمع شده و چیزی بسازد که هیچ شباهتی به فضا ندارد. Thanu Padmanabhan از مرکز بین‌دانشگاهی برای ستاره‌شناسی و اختر فیزیک در هند بیشتر توضیح می‌دهد:
درست مانند فازهای مختلف ماده، مثل یخ، آب و بخار آب، اتم‌های فضا هم می‌توانند خود را در فازهای مختلفی قرار دهند.
با این دید، شاید سیاه چاله جایی باشد که فضا در آن ذوب می‌شود. نظریات شناخته شده‌ی ما، در این جا از کار می‌افتند ولی نظریه‌ای جامع‌تر، می‌تواند اتفاقات فاز جدید را توصیف کند. حتی اگر فضا به انتهای خودش برسد، فیزیک پایان نمی‌یابد.
شبکه‌های درهم‌تنیده
یکی از باورهایی که در چند سال اخیر به آن دست یافتیم (و واقعیتی که مرزهای قوانین قدیمی را رد کرده)، ارتباطات به هم پیوسته‌ی درهم‌تنیدگی کوانتومی است. درهم‌تنیدگی، نوع قوی و بیرونی ارتباط در دنیای مکانیک کوانتوم، به نظر می‌آید قدیمی‌تر از خود فضا باشد. برای مثال، یک آزمایش‌گر شاید دو ذره بسازد که در جهات مختلف از هم دور شوند. ولی اگر درهم‌تنیده باشند، آن‌ها بدون توجه به فاصله‌شان از هم، مرتبط باقی خواهند ماند.
رسم این بود که وقتی حرف از گرانش “کوانتومی” می‌شد، درباره‌ی گسستگی، نوسانات و تقریباً همه اثرات کوانتوم در کتاب‌ها صحبت می‌کردیم، به جز درهم‌تنیدگی. این قضیه با ظهور سیاه‌چاله‌ها عوض شد. در طول عمر یک سیاه چاله، ذرات درهم‌تنیده وارد سیاه‌چاله می‌شوند، اما پس از ناپدید شدن آن، شرکای درهمتنیدهی آن ذرات در بیرون سیاه‌چاله با “هیچ” در هم‌تنیده می‌مانند. هاوکینگ به این، مشکل درهم‌تنیدگی می‌گفت.
حتی در یک خلأ که هیچ ذره‌ای در آن نیست، الکترومغناطیس و دیگر میدان‌ها در داخل درهم‌تنیده اند. اگر میدانی را در دو نقطه‌ی متفاوت اندازه بگیریم، خوانش‌های ما به صورت تصادفی ولی هماهنگ با هم، کمی تفاوت خواهند داشت. و اگر ناحیه‌ای را به دو بخش تقسیم کنیم، قسمت‌ها با درجه‌ی همبستگی وابسته به کیفیت هندسی مشترک‌شان، با هم ارتباط خواهند داشت: این اشتراک، ناحیه‌ی تداخل نام دارد. در سال ۱۹۹۵، حاکوبسون ادعا کرد که درهم‌تنیدگی رابطه‌ای را بین حضور ماده و هندسه فضا-زمان برقرار می‌کند. باید گفت، این موضوع شاید قانون گرانش را توجیه کند. “درهم‌تنیدگی بیشتر، یعنی گرانش ضعیف‌تر که باعث خواهد شد فضا-زمان به راحتی خم نشود”.
چندین رویکرد به گرانش کوانتومی، بیشتر از همه نظریه ریسمان‌ها، اکنون نگاهی حیاتی به درهم‌تنیدگی دارند. نظریه ریسمان‌ها اصل هولوگرافیک را نه فقط برای سیاه چاله ها، بلکه به مقیاس بزرگ‌تری از جهان تعمیم می‌دهد و با این کار دستورالعملی برای ساخت فضا، یا حداقل قسمتی از آن دارد. مثلاً، یک فضای دوبعدی می‌تواند توسط میدان‌هایی نخ‌کشی شده باشد که اگر در طریق درستی قرار بگیرند، شاید بعد دیگری بر فضا بیافزایند. فضای دو بعدی اصلی به عنوان مرز یک قلمرو وسیع‌تر عمل می‌کند که ما آن را با نام فضای توده‌ای می‌شناسیم. درهم‌تنیدگی چیزی است که فضاهای توده‌ای را به هم می‌بافد.
Mark Van Raamsdonk از دانشگاه بریتیش کلمبیا در سال ۲۰۰۹ استدلال ظریفی برای این فرآیند ارائه داد. فرض کنید که میدان‌ها در مرز درهم‌تنیده نباشند و یک جفت سیستم بدون همبستگی می‌سازند. آن‌ها به دو دنیای جدا تعلق خواهند که هیچ راهی برای مسافرت بین‌شان وجود ندارد. وقتی سیستم‌ها درهم‌تنیده شدند، مثل این است که یک تونل یا کرم چاله بین دو جهان باز شده و فضاپیما می‌تواند از یکی به دیگری برود. با افزایش درجه درهم‌تنیدگی، طول کرم چاله کم می‌شود تا دو جهان به هم نزدیک‌تر شوند. آنقدر نزدیک که دیگر نمی‌توان آن‌ها را جهان‌های جدا از هم نامید. ظهور فضا-زمان‌های بزرگ مستقیماً وابسته به درهم‌تنیدگی درجه آزادی این نظریه‌ی میدان‌هاست. وقتی روابط بین الکترومغناطیس و دیگر میدان‌ها را می‌بینیم، آن‌ها بقایای درهم‌تنیدگی هستند که فضا را به هم می‌چسبانند.
بسیاری از ویژگی‌های دیگر فضا مثل پیوستگی نیز شاید بازتابی از درهم‌تنیدگی باشند. Van Raamsdonk و Brian Swingle هر از دو از دانشگاه مریلند ادعا دارند که وفور درهم‌تنیدگی جهان شمول بودن گرانش (این که همه چیز را تحت تأثیر قرار می‌دهد و نمی‌توان آن را غربال کرد) را توجیه می‌کند. برای سیاه چاله ها هم، Leonard Susskind از استنفورد و Juan Maldacena از پرینستون پیشنهاد می‌کنند که درهم‌تنیدگی بین یک سیاه چاله و پرتوتابی که دارد، یک کرم چاله می‌سازد که درِ پشتی ورود به داخل حفره است. این شاید به حفظ اطلاعات کمک کند و اطمینان دهد که فیزیک سیاه چاله ها، برگشت‌پذیر است.
برخلاف این ایده‌های نظریه ریسمان‌ها که فقط برای هندسه‌های مخصوصی کاربرد دارند و تنها یک بعد از فضا را بازسازی می‌کنند، محققان دیگر به دنبال همه آن هستند. برای مثال، ChunJun Cao، Spyridon Michalakis و Sean M. Carroll، همگی از کالتک، کار را با توصیف مینیمالیستی کوانتومی از سیستم شروع کرده‌اند که بدون هیچ رجوعی به فضا-زمان یا حتی ماده فرموله شده است. اگر الگوی درستی از روابط حاکم باشد، این سیستم می‌تواند به قسمت‌های مجزایی تقسیم شود که مناطق مختلف فضا-زمان هستند. در این مدل، درجه درهم‌تنیدگی مفهومی از فاصله‌ی فضایی را می‌رساند.
در فیزیک و به طور کل، همه علوم طبیعی، فضا و زمان اساس همه نظریه‌هاست. با این حال، ما هیچ وقت فضا-زمان را مستقیماً ندیده‌ایم. به جای آن، وجودش را از زندگی روزمره دریافت می‌کنیم. فرض ما بر این است که مقرون به صرفه ترین توضیح پدیده‌ای که ما می‌بینیم، مکانیسمی است که از طریق فضا-زمان عمل می‌کند. ولی حرف آخر گرانش کوانتومی این است که همه‌ی پدیده‌ها متناسب با فضا-زمان نیستند. فیزیکدانان بایستی ساختار بنیادین جدیدی پیدا کنند، و وقتی این کار را انجام دادند، انقلابی را کامل کرده‌اند که بیش از یک قرن پیش اینشتین آن را آغاز کرد.
