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.

---

    Космологи описывают вариации в плотности материи параметром, называемым масштабом флуктуаций плотности. Это не параметр Стандартной Модели Физики Частиц, но имеются модели ранней вселенной, в которых есть настраиваемые параметры, которые могут повысить флуктуации плотности, и справедливо задать вопрос, не являются ли они несовместимыми с космологическим естественным отбором. В большинстве версий инфляции имеется параметр, который может быть увеличен, чтобы повысить уровень флуктуаций плотности и, тем самым, наводнить вселенную изначальными черными дырами. Но в некоторых из простейших инфляционных моделей увеличение этого параметра сокращает вселенную путем резкого ограничения времени, в течение которого вселенная может подвергаться инфляции. Итогом является намного меньшая вселенная, которая, хотя и заполнена изначальными черными дырами, в целом имеет намного меньше черных дыр, чем наша собственная вселенная [8]. Это означает, что космологический естественный отбор совместим только с простой теорией инфляции, которая не может устроить перепроизводство изначальных черных дыр. Если будет найдено подтверждение, что инфляция происходит способом, требующим более сложной теории, космологический естественный отбор должен быть исключен [9]. Следовательно, то, что нет такого подтверждения, является предсказанием космологического естественного отбора.

    Конечно, правильной теорией очень ранней вселенной может оказаться не инфляция, но эти примеры служат для демонстрации того, что космологический естественный отбор уязвим перед опровержением со стороны открытия любого механизма, действующего в ранней вселенной, который может произвести много изначальных черных дыр [10].

    Космологический естественный отбор немыслим вне контекста,

к оглавлению

в котором время реально. Одна из причин в том, что все, что необходимо заявить, это что наша вселенная имеет только преимущество относительной подгонки перед вселенными, отличающимися малым изменением в параметрах. Это очень слабое условие. Нам не надо допускать, что параметры нашей вселенной имеют большую вероятность; вполне могут быть другие выборы параметров, приводящие к еще более плодородной вселенной. Все, что предсказывает сценарий, это что они не могут быть достигнуты за счет малых изменений в существующих величинах.

    Таким образом, популяция вселенных может быть разнообразна, может состоять из множества видов, каждый из которых относительно плодороден по сравнению с другими, которые слегка отличаются. Набор видов вселенных будет непрерывно изменяться во времени, по мере того, как путем проб и ошибок открываются новые способы быть плодородной. Таким же образом работает биология. Нет максимально приспособленных видов, которые сохраняются навсегда; вместо этого каждая эра в истории жизни характеризуется различными наборами видов, которые все приспособлены относительно. Жизнь никогда не достигает равновесного или идеального состояния; она всегда развивается. Сходным образом, какие бы законы ни были типичными в популяции вселенных, они будут изменяться во времени, так что популяция развивается. Там, где конечное состояние, - в котором, один раз его достигнув, коктейль вселенных будет оставаться тем же самым - время должно будет прекратиться, и мы сможем сказать, что достигнуто вневременное равновесие. Но сценарий естественного отбора не предполагает или не подразумевает это. Время в сценарии космологического естественного отбора всегда присутствует.

    Более того, сценарий требует, чтобы время было универсальным так же, как и реальным. Популяция вселенных быстро развивается, вырастая в любой момент, любая вселенная создает черную дыру. Если мы выводим из теории предсказания, она должна установить, как много вселенных имеют такие и такие свойства в каждый момент времени. Это время должно иметь смысл не только на протяжении каждой вселенной, но и по всей популяции. Так что нам нужно понятие времени, которое дает нам картину одновременности внутри каждой вселенной и на протяжении всей популяции [11].

*

    Теперь сравним все это со случаем вечной инфляции. Ранняя вселенная постулируется как подверженная инфляции, поскольку квантовые поля, отвечающие за ее частицы и силы, находятся в фазе, которая производит очень большую темную энергию.

к оглавлению

Это приводит вселенную к экспоненциально быстрому расширению. Инфляция обычно прекращается, когда в результате фазового перехода формируется пузырь. Это аналоги пузыря водяного пара, возникающего в нагреваемом котелке с водой; пузырь содержит газообразную фазу воды, которая формируется из жидкой фазы. В космологическом сценарии пузырь содержит фазу квантовых полей, которой недостает темной энергии, так что его расширение замедляется, и он становится нашей вселенной.

    Виленкин и Линде заметили, что в окружающей среде, все еще содержащей большую темную энергию, будет продолжаться быстрая инфляция. Формируется много пузырей, которые затем становятся другими вселенными, как и наша собственная. Они нашли, что при определенных условиях процесс может продолжаться всегда, поскольку подверженная инфляции среда никогда никуда не девается, даже если она производит бесконечное число пузырей вселенных. Если этот сценарий правильный, то наша вселенная лишь один из бесконечного числа сформированных пузырей в вечно подверженной инфляции среде.

    В простейшей версии, на которую я буду ориентироваться для целей нашего обсуждения, законы, которые управляют каждым пузырем, выбираются хаотически из ландшафта возможных законов [12]. Во многих обсуждениях этот ландшафт предполагается заданным различными теориями струн, но любая теория с изменяющимися параметрами, включая саму Стандартную Модель, будет действовать.

    В простейшем случае доля пузырей, которые выбирают каждый закон, постоянна, так что по мере производства все большего и большего числа пузырей вселенных вероятности сохранения различных законов во всей популяции остаются теми же самыми. В таком простом сценарии время и динамика не играют роли в том, как законы нашей вселенной определяются среди всех других (возможно, бесконечного числа) возможностей. Таким образом, распределение вселенных (то есть, вероятностей для вселенных иметь различные законы и свойства) достигает некоторой разновидности равновесия и остается таким навсегда. Сценарий в этом смысле вневременной, что дает хороший пример противоположности по отношению к космологическому естественному отбору.

    Поскольку законы в каждом пузыре выбираются хаотически, вселенные с тонко настроенными законами, необходимые для существования жизни, чрезвычайно редки. Так что наша вселенная оказывается нетипичной вселенной в популяции пузырей вселенных.

    Чтобы соединить данный сценарий с наблюдениями нашей вселенной, космологи

к оглавлению

должны обратиться к антропному принципу, который, как отмечено, устанавливает, что мы можем жить только во вселенной, чьи законы и начальные условия создают гостеприимный для жизни мир. Антропный принцип заставляет нас выбрать ничтожную долю гостеприимных вселенных из несопоставимо большей коллекции безжизненных миров, поскольку мы могли бы находиться только в одной из первых.

    Замечательно, что имеется много общего в списке особенностей, делающих мир гостеприимным для жизни и делающих мир способным производить много черных дыр. Так что две теории - космологический естественный отбор и антропный принцип - по-видимому, объясняют некоторые из тех же тонко настроенных параметров Стандартной Модели. Но отметим, насколько различны эти объяснения. В космологическом естественном отборе наш мир является типичной вселенной и большая часть популяции будет разделять особенности, которые дают вселенной высокую приспособленность, тогда как в мультивселенной вечной инфляции миры вроде нашего экстремально редки. В первом случае мы имеем настоящее объяснение, в последнем - только принцип отбора.

    Эти различные виды объяснения отличаются и в их способности делать подлинные предсказания еще не наблюдавшихся особенностей вселенной. Как мы видели, космологический естественный отбор уже предложил несколько настоящих предсказаний. Но сценарии, привлекающие антропный принцип как объяснение законов и начальных условий для нашей вселенной, до сих пор не дают ни одного фальсифицируемого предсказания для выполнимого в настоящее время эксперимента. Я сомневаюсь, что когда-нибудь дадут.

    Ниже излагается, почему так. Рассмотрим любое свойство нашей вселенной, которое вы можете захотеть объяснить. Это свойство или необходимо для разумной жизни, или нет. Если первое, то это свойство уже объясняется нашим существованием, так как оно должно поддерживаться в любой очень малой доле вселенных с разумной жизнью. Теперь рассмотрим второй класс свойств, которые для разумной жизни не нужны. Поскольку законы выбираются хаотически в каждом пузыре, эти свойства хаотически распределены по популяции вселенных. Но поскольку эти свойства ничего не должны делать с жизнью, они также будут хаотически распределенными по коллекции вселенных с жизнью. Так что теория не делает предсказаний о том, что мы должны наблюдать в нашей вселенной по поводу этих свойств.