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.

---

    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.

    Хорошим примером первого вида свойств является масса электрона;

к оглавлению

имеются хорошие основания считать, что условия для жизни могли бы быть разрушены, если масса электрона сильно отличалась бы от наблюдаемой величины [13]. Хорошим примером второго вида свойств является масса топ-кварка; насколько мы знаем, она могла бы варьироваться в большом диапазоне без влияния на биологическое дружелюбие нашей вселенной. Отсюда антропный принцип не может помочь нам объяснить наблюдаемую величину указанной массы.

    Вечная инфляция делает одно потенциально проверяемое предсказание, что кривизна пространства в каждом пузыре вселенной слабо отрицательна. (Пространство с отрицательной кривизной искривлено подобно седлу - в отличие от пространства с положительной кривизной, подобного сфере). Если наша вселенная была создана в пузыре инфляционной мультивселенной, это должно быть верно и для нее тоже. Это настоящее предсказание, но есть несколько проблем относительно его проверяемости. Первое, отрицательная кривизна очень близка к нулю, а нуль очень трудно отличить от очень малого числа, положительного или отрицательного. На самом деле кривизна исчезает в пределах экспериментальной ошибки. Даже с лучшими данными, ожидаемыми от проводимых сейчас экспериментов, будет очень тяжело сказать, равна кривизна точно нулю, слабо отрицательна или слабо положительна. Как и во всех научных экспериментах, всегда будет некоторая неопределенность в измерениях. При заданной указанной неопределенности маловероятно, что какие-либо наблюдения в скором времени смогут фальсифицировать данное предсказание.

    Даже если мы справились с проверкой того, что пространственная кривизна слабо отрицательна, это не обеспечивает доказательства, что наша вселенная является одним из пузырей гигантской мультивселенной. Имеется немало космологических моделей и сценариев, совместимых с небольшой отрицательностью кривизны; одна из них заключается в том, что наша вселенная уникальна и просто является решением уравнений Эйнштейна с отрицательной кривизной. Такие решения существуют и не требуют инфляции для их подтверждения. Другая модель, что инфляция произвела только одну вселенную. И ни одно наблюдение не может подтвердить гипотезу о свойствах предполагаемой коллекции других вселенных, которые никаким образом не влияют на нашу собственную.

*

    Сценарий вечной инфляции требует выбора возможных теорий, и это может быть удовлетворено огромным числом возможных теорий струн.

к оглавлению

То, что имеется большой ландшафт возможных струнных теорий, было ясно из вышеупомянутой статьи Строминджера 1986 года, но ситуация стала кризисом, который невозможно игнорировать, когда в 2003 было открыто подтверждение существования астрономического числа теорий струн с малыми положительными величинами космологической константы [14]. Их число грубо оценивается в 10500. Однако, по крайней мере, до сегодняшнего дня, это число, хотя и чрезвычайно велико, все еще конечно. Далее в 2005 физик из Массачусетского Технологического Института Вашингтон Тейлор и его коллеги смогли сконструировать подтверждение бесконечного числа струнных теорий с малыми отрицательными космологическими константами [15].

    Это имеет интересное следствие, на которое указал физик из Южной Африки Ф.Р. Эллис [16]. Если на самом деле имеется бесконечное число струнных теорий с малыми отрицательными величинами космологической константы, но только конечное число с малой положительной космологической константой, то мы должны предсказать космологическую константу малой и отрицательной. Если реальная величина хаотически распределена среди вселенных в мультивселенной, то мы бесконечно более вероятно будем жить во вселенной с отрицательной величиной, чем во вселенной с положительной величиной, поскольку имеется бесконечно больше первого, чем последнего. Это могло бы быть настоящим предсказанием теории струн, а такие вещи редки. Принимая это за чистую монету, свидетельствуем, что теория ошибочна, так как измеренная величина космологической постоянной положительна.

    Некоторые струнные теоретики предостерегали, что в конструировании струнных теорий все еще есть много чего открывать, так что еще может быть открыто доказательство для бесконечного числа струнных теорий с положительной величиной космологической постоянной. Другой реакцией было привлечение антропного принципа для утверждения, что вселенные с отрицательными величинами космологической константы, описанные Тейлором и его коллегами, должны быть исключены, поскольку они неблагоприятны для жизни [17]. Однако, все, что нам нужно для того, чтобы бесконечность вселенных с отрицательной космологической константой доминировала над конечным числом вселенных с положительной космологической константой, это чтобы любая конечная доля первых содержала жизнь.

    Проблема с антропной космологией в том, что вы всегда можете манипулировать допущениями, когда вы работаете с такими теоретическими объектами как другие вселенные, которые в принципе не наблюдаемы [18]. Мы

к оглавлению

не можем проверить гипотезу, что имеется гигантское или бесконечное число других вселенных, также мы не можем рассчитать, как среди них распределены различные свойства. Мы можем рассуждать, могут или не могут иметь жизнь вселенные, отличные от нашей, но мы не можем проверить наши аргументы путем наблюдений.

    Впечатляющая разница между антропными теориями и космологическим естественным отбором заключается в том, как они обращаются с запутанной проблемой космологической константы. Как отмечалось, эта важная константа физики была измерена и оказалась малой, но положительной величиной: в единицах шкалы Планка 10-120. Тайна в том, почему она так мала. Один существенный факт состоит в том, что если мы увеличиваем космологическую константу от ее наблюдаемой величины, оставляя все другие константы физики и космологии фиксированными, мы вскоре достигнем величины, при которой вселенная расширяется настолько быстро, что галактики никогда не формируются. Назовем это критической величиной. Она примерно в двадцать раз превышает наблюдаемую величину.

    Почему это важно? Я начну с ошибочного рассуждения, которое проводится подобно следующему:

(1) Галактики необходимы для жизни. Иначе звезды бы не сформировались, а без звезд не было бы ни углерода, ни энергии, чтобы обеспечить возникновение сложных структур, включая жизнь, на поверхности планет.   (2) Вселенная полна галактик.   (3) Но космологическая константа должна быть меньше, чем критическая величина, если галактики должны формироваться.   (4) Отсюда антропный принцип предсказывает, что космологическая константа должна быть меньше критической величины.  

    Вы сможете увидеть ошибку? Пункт ?1 справедлив, но он не играет роли в логике рассуждения. Настоящая аргументация начинается с пункта ?2. Тот факт, что вселенная заполнена галактиками, очевиден из наблюдений; не важно, возможна или не возможна будет жизнь вне галактик. Так что первый пункт может быть отброшен из рассуждения без ослабления итогового заключения. Но пункт ?1 единственное место, где упомянута жизнь,

к оглавлению

так что раз уж он отброшен, антропный принцип не играет роли. Правильное заключение таково:

(4) Отсюда наблюдаемый факт, что вселенная полна галактик, подразумевает, что космологическая константа должна быть меньше критической величины.