Юрий Артамонов - Ли Смолин. Возрожденное время: От кризиса в физике к будущему вселенной

• Название: Ли Смолин. Возрожденное время: От кризиса в физике к будущему вселенной
• Автор: Юрий Артамонов
• Жанр: Современная проза

════Реально ли время? Релятивистский и квантовый полюса современной физики свидетельствуют, что нет, и время является иллюзией. Будущее с точки зрения законов физики фундаментально не отличается от прошлого и полностью определено этими законами и начальными условиями вселенной. Однако, иллюзорность времени приводит к ряду парадоксов и вопросов, на которые нет ответа или приходится отвечать так, что остается неудовлетворенность и чувство тупика. Пример: почему мы имеем те законы, которые имеем? Доминирующая сейчас космологическая парадигма ссылается на теории мультивселенной и антропный принцип, что принципиально не проверяемо и не дает предсказаний наблюдаемых явлений.

════Американский физик-теоретик Ли Смолин в своей четвертой книге "Возрожденное время" утверждает, что есть иной выход. Все обоснования иллюзорности времени опровергаемы. Признание реальности времени открывает ряд новых интригующих возможностей. Например, что законы природы эволюционируют в этом реальном времени и могут быть объяснены своей историей. Или что можно обойти конфликт между объяснением квантовых явлений через скрытые переменные (неизбежно нелокальным) и принципом относительности.

════ Книга программная и вводная, она анонсирует строгий натурфилософский труд по вопросу реальности времени и эволюции законов, который пишется сейчас Смолином вместе с бразильским философом Роберто Унгером. Будет крайне интересно проследить за развитием объявленных идей.

---

    Замороженное состояние вселенной не единственная вещь, которая идет не так, как надо, когда мы пытаемся применить квантовую механику к космологии [7].

    Имеется только одна вселенная, так что вы не можете сконструировать совокупность систем в одинаковом квантовом состоянии и сравнить измерения, сделанные над ними, с предсказанными квантовой механикой вероятностями. Сразу же значительно ограничиваются возможности сравнения теории с экспериментом или наблюдением.

    И даже хуже того, поскольку вы не можете приготовить вселенную в начальном квантовом состоянии, остается только единственное - изучение следствий различных выборов начального состояния. Вселенная произошла только раз и имела какое-нибудь начальное состояние, какое имела. Нас там не было, чтобы выбрать ее начальное состояние, и даже если бы мы были, мы не могли бы манипулировать со вселенной, поскольку мы были бы частью ее. Сама идея приготовления вселенной в начальном состоянии предполагает для нас божественный статус существования вне вселенной.

    Трагедии квантовой космологии составляют огромный список: Мы не можем приготовить начальное состояние квантовой вселенной, и мы не можем действовать на него из-за пределов вселенной, чтобы трансформировать его. У нас нет доступа к собранию вселенных, чтобы придать смысл вероятностям, проистекающим из квантового формализма. Во главе этого тот факт, что вне вселенной

к оглавлению

нет места для размещения наших измерительных инструментов. Так что нет понятия измеряющего изменения в часах, внешних по отношению к изучаемой квантовой системе.

    С операционалистской точки зрения было бредовым даже начинать применение квантовой механики к вселенной. Оно потерпело неудачу, поскольку мы применяли ее в контексте, в котором нет операционалистских определений, которые придают теории смысл. Всё это расплата за совершение ошибки, заключающейся в распространении на всю вселенную метода, хорошо адаптированного для ее малых частей.

    Проблема даже чуть тяжелее, чем тут отмечено, так как выбор временной координаты в ОТО, как мы уже говорили, является полностью произвольным. Так что вы должны спросить: 'Если имелись часы вне вселенной, то чему могло бы соответствовать понятие времени внутри вселенной?' И еще: 'Если имелось квантовое состояние, которое колебалось, какие часы во вселенной могли быть для этого подобраны в качестве стандартного осциллятора?' Ответ таков: 'Любое возможное понятие времени и любые возможные часы'. В итоге имеется не одно уравнение Уилера-ДеВитта, а бесконечное число таких уравнений. Они утверждают, что частота, с которой колеблется квантовое состояние, равна нулю для любого возможного понятия времени и любых возможных часов внутри вселенной. Для любых возможных часов, переносимых любым возможным наблюдателем, в квантовой вселенной ничего не происходит.

    Все это оставалось в рамках академического интереса два десятилетия, поскольку никто на самом деле не смог бы решить уравнения Уилера-ДеВитта. До изобретения подхода к квантовой гравитации, именуемого петлевая квантовая гравитация, не было ситуации, в которой эти уравнения могли бы быть сформулированы достаточно точно для решения. Эта революция была запущена в 1985 открытием Абэя Аштекара новой формулировки ОТО [8]. Несколькими месяцами позже мне посчастливилось достаточно поработать в Институте Теоретической Физики (ныне Институт Теоретической Физики Кавли) в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре с Тедом Джекобсоном (ныне сотрудник университета Мэриленда), и мы нашли первое точное решение уравнений Уилера-ДеВитта - фактически, бесконечное количество решений [9]. Необходимо было решить другие уравнения, чтобы записать полное

к оглавлению

квантовое состояние гравитационного поля, и это было выполнено двумя годами позже Карло Ровелли, тогда работавшим в Национальном институте Ядерной Физики университета Рима [10]. Вопрос быстро прогрессировал, и в начале 1990-х Томасом Тиеманном в Гарварде был открыт намного больший набор решений [11]. С тех пор были разработаны еще более мощные методы для генерирования решений, основанные на том, что мы сегодня называем моделями спиновой пены [12]. Эти результаты повысили безотлагательность решения проблемы времени во вневременной вселенной, чтобы придать физический смысл всем этим математическим решениям и возвысить их до теории квантовой гравитации.

    Загвоздка в том, можно ли сказать, что время 'возникает' из вневременной вселенной так, что теория не находится в явном конфликте с теми аспектами времени, которые, как мы видим, действуют в мире. Некоторые из моих коллег высказывают мнение, что время есть часть приблизительного описания вселенной - описания, которое пригодно на больших масштабах, но разрушается, когда мы смотрим слишком близко. Температура подобна этому: Макроскопические тела имеют температуры, но отдельные частицы не имеют, поскольку температура тела есть среднее от энергий атомов, составляющих тело. Другие подходы имеют целью открыть время в корреляциях между различными подсистемами вселенной.

    Я потратил бесчисленные часы, размышляя над этими подходами к вопросу, как время могло бы возникнуть из вневременной вселенной, и я остаюсь сомневающимся, что любой из них работает. В некоторых случаях обоснования носят технический характер и не уместны для их описания здесь. Более глубокие основания для моего скептицизма в отношении квантовой космологии будут в центре нашего внимания в Части II.

    Мои друзья на другой стороне указанных дебатов утверждают, что допущения, приводящие к уравнениям Уилера-ДеВитта, привлекают только принципы квантовой механики и ОТО, взятые вместе. Факт, что каждый из этих принципов в их индивидуальной области хорошо подтвержден экспериментально, и было бы мудро в первую очередь серьезно принять все их предпосылки и попытаться понять и усовершенствовать их.

    Когда я был одним из постдоков Брюса ДеВитта, он, чтобы подстегнуть нас, предпочитал не навязывать теории наши метафизические предубеждения, а давать

к оглавлению

теории возможность диктовать ее собственные интерпретации. Я все еще слышу, как он убеждает нас своим благородным голосом, что 'пусть теория говорит'.

    Лучший додуманный до конца подход к приданию смысла квантовой космологии, очерченной уравнениями Уилера-ДеВитта, был предложен британским физиком , философом и историком науки Джулианом Барбуром, который описал его в 1999 в своей книге Конец Времени. Идея Барбура радикальна, но ее нетрудно объяснить словами. Он заявляет, что всё, что существует, фундаментально представляет собой бескрайнюю коллекцию замороженных моментов. Каждый момент имеет форму конфигурации вселенной. Каждая конфигурация существует - и переживается любым существом, захваченным в этой конфигурации, - как момент времени. Барбур называет коллекцию всех моментов 'кучей моментов'. Моменты в куче не следуют один за другим, один после другого. Для них нет порядка. Они просто есть. В метафизической картине Барбура совсем ничего не существует, кроме этих чистых моментов времени.

    Вы можете возразить: 'Но я переживаю течение времени'. Барбур скажет, что нет. Всё, что переживает любой из нас, будет настаивать он, есть моменты - моментальные кадры впечатлений. Снимок вашего пальца - это один моментальный кадр, один момент в куче. Снимок вашего пальца еще раз - это другой момент. У вас есть впечатление, что второй следует за первым, но это иллюзия. Вы так думаете, потому что во второй момент у вас есть память о первом моменте. Но эта память не есть переживание течения времени (которого, говорит Барбур, не происходит); это означает, что память о первом моменте есть часть переживания второго момента. Все, что мы переживаем - и все, что согласно Барбуру реально, - есть индивидуальные моменты из кучи.

    Однако, в куче имеется немного структуры. Моменты могут быть представлены более чем однажды. Тогда вы можете говорить об относительной частоте моментов; один момент может быть представлен в миллион раз чаще, чем другой момент.

    Эти относительные частоты моментов есть то, на что ссылаются заданные квантовым состоянием вероятности. Две конфигурации имеют относительную вероятность появиться в куче, заданную их относительной вероятностью в квантовом состоянии.

    Это все, что имеется. Имеется одна квантовая вселенная, описываемая одним

к оглавлению

квантовым состоянием. Эта вселенная состоит из очень большого собрания моментов. Некоторые из них более частые, чем другие. На самом деле, некоторые чрезвычайно более часты, чем другие.