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.

---

, вы получаете новую формулировку квантовой физики. Эта формулировка не может быть выражена за пределами структуры, в которой время реально, поскольку она делает существенным использование разницы между прошлым и будущим. Так что мы можем отказаться от идеи, что имеются вневременные и детерминистические законы природы без какой-либо потери объяснительной мощи физики.

    Тот результат, что квантовые системы максимизируют свою свободу, был почти тривиальным шагом, заданным предыдущей работой Харди, Масанеса и Мюллера. Новый взгляд, который я принес в проблему, была реальность времени.

к оглавлению

    Первой реакцией некоторых друзей и коллег, когда я объяснил эту идею, был смех. Определенно, тут есть детали, которые остаются незаполненными, вроде того, как выстраивается прецедент из свободы первого случая, через несколько последующих случаев и к установлению случаев со многими прецедентами [9]. Но и за пределами деталей предложение о принципе прецедента имеет элемент неправдоподобности. Как система распознает все свои прецеденты? С помощью какого механизма система различает хаотичный элемент в коллекции ее прецедентов? Кажется, будет необходим новый вид взаимодействия, при котором физическая система может взаимодействовать со своими собственными копиями в прошлом.

    Принцип не говорит, как это имеет место; в этом отношении он не лучше, чем обычная формулировка квантовой механики. В старой формулировке первичным понятием было измерение; в текущей формулировке первичным понятием является быть квантовой системой того же вида (что означает, приготовленной и преобразованной тем же способом). Но кто-то может задать аналогичные вопросы по поводу идеи о вневременных законах природы, действующих, чтобы вызвать и изменить движение. Откуда электрон 'знает', что он электрон, так что для него применимо уравнение Дирака, а не другое уравнение? Откуда кварк 'знает', к какому виду кварков он относится и какой должна быть его масса? Как вневременная сущность, такая как закон природы, как-то проникает внутрь времени, чтобы действовать на каждый отдельный электрон?

    Мы привыкли к идее вневременных законов природы, действующих внутри времени, и мы больше не находим их странными. Но отойдите назад достаточно далеко, и вы сможете увидеть, что они покоятся на некоторых больших метафизических допущениях, которые далеко не очевидны. Принцип прецедента также полагается на метафизические допущения, но они менее привычны для нас, чем допущения, которые позволяют нам верить в вечные законы природы.

    Если метафизика, предполагаемая принципом прецедента, нова, то, на мой взгляд, это не в пример более экономно, чем некоторые современные фантастические подходы к квантовой теории - как то, что наша реальность одна из бесконечного набора одновременно существующих миров. Когда дело доходит до квантовой теории, вы должны принять некоторые очень странные понятия. Но мы свободны подобрать наши собственные странные понятия - по меньшей мере, до тех пор, пока эксперимент не скажет нам, что один из подходов к квантовой теории является лучшим среди остальных.

к оглавлению

Я готов держать пари, что принцип прецедента будет генерировать новые идеи для экспериментов, чьи результаты могут навести нас на физику за пределами квантовой механики.

    Вы можете возразить, что квантовая механика уже обеспечила предсказания того, как должны себя вести новые свойства. Противоречит ли эта новая идея указанным предсказаниям? Да, и это наиболее вероятная причина, по которой идея может провалиться. Допустим, мы произвели в квантовом компьютере новый вид запутанного состояния, никогда ранее не производившегося в природе. В традиционной квантовой теории вы могли бы рассчитать, как эта запутанная система будет вести себя, когда она измерена. Принцип прецедента, который я предложил, подсказывает, что эти предсказания могут не подтвердиться в эксперименте. Это эквивалентно предположению, что новый вид запутанных состояний дает начало новым взаимодействиям в природе или контекстно-зависимым изменениям в существующих взаимодействиях. Такие новые взаимодействия никогда не наблюдались, также не было контекстной зависимости взаимодействий, так что скептицизм в порядке.

    Но изредка в нашей истории человеческая изобретательность приводит к творению новых видов запутанных состояний. Мы только учимся делать это, и если эти новые гипотезы верны, результаты экспериментов с квантовыми компьютерами могут быть неожиданными. Наконец, это, вероятно, уязвимо для фальсификации в экспериментах с квантовыми приборами, которые производят новые запутанные состояния. Это противоречит фундаментальному принципу редукционизма, согласно которому будущее составной системы, не имеет значение, какой сложности, может быть предсказано путем задания только знания о силах, существующих между парами элементарных частиц. Но сопутствующие нарушения редукционизма редкие и мягкие, так что я буду твердить, что разумно позволить эксперименту рассудить.

    Это новое понимание квантовой физики осуществляет два критерия для космологической теории. Оно удовлетворяет требованию объяснительной замкнутости (хотя и в ограниченной форме, которая допускает подлинную свободу в новых случаях). Принцип прецедента говорит, что результаты будущих измерений определяет именно коллекция прошлых случаев. Эти случаи были реальны, так что мы имеем только влияние вещей, которые были реальны в прошлом, на вещи, которые будут реальны в будущем. Ясно, что это также удовлетворяет критерию эволюции законов, и делается это тоже вызывающе,

к оглавлению

предполагая, что беспрецедентные измерения не управляются предшествующим законом. Когда результаты накопятся, прецедент будет установлен; только когда установлен достаточный прецедент, будущие исходы экспериментов станут подобны законам.

    Когда в природе возникает новое состояние, развиваются новые законы, чтобы управлять им - что предполагает, что фундаментальные взаимодействия, которые мы наблюдаем и описываем Стандартной Моделью Физики Частиц, возникают из 'фиксации' новых законов, когда состояния, соответствующие электронам, кваркам и их родственникам, впервые появляются, когда вселенная охлаждалась вскоре после Большого Взрыва.

    Кое-что в этом новом предложении не удовлетворяет принципу достаточного обоснования. В той степени, в которой квантовые системы на самом деле свободны - в смысле, что индивидуальные результаты недетерминированы - принцип достаточного обоснования разрушен, тогда нет рационального обоснования для исхода индивидуального эксперимента. Тут просто нет оснований для определения, когда распадаются радиоактивные ядра, или для точных результатов любого из других случаев, для которых квантовая механика дает только вероятностные предсказания.

    Какой бы ни была судьба этой идеи - а, как и для любой умозрительной новой идеи, мы должны ожидать, что она может провалиться, - мы можем видеть плодотворность гипотезы о реальности времени. Реальность времени это не только метафизическое рассуждение; это гипотеза, способная инспирировать новые идеи и привести в движение крепкую исследовательскую программу.

к оглавлению

13

Битва относительности и квантов

    Принцип достаточного основания является центральным для программы расширения физики до масштаба вселенной как целого, поскольку он устанавливает в качестве цели открытие рационального основания для любого выбора, который делает природа. Очевидно свободное, не обусловленное причиной поведение индивидуальной квантовой системы представляет грозный вызов для этого принципа.

    Может ли требование достаточного основания быть удовлетворено даже в квантовой физике? Это зависит от того, можно ли расширить квантовую механику на вселенную как целое и сделать возможным наиболее фундаментальное описание природы или она только приближение к сильно отличающейся космологической теории. Если мы можем расширить квантовую теорию до вселенной как целого, то теорема о свободе воли применима на космологическом масштабе. Поскольку мы предполагаем, что нет более фундаментальной теории, это подразумевает, что природа действительно свободна. Свобода квантовых систем на космологическом масштабе будет предполагать ограничение принципа достаточного основания, поскольку рациональное или достаточное основание не может быть дано для мириад свободных выборов, которые делают квантовые системы.

    Но, предлагая указанное расширение квантовой механики, мы совершаем

к оглавлению