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.

---

    Другим способом выделить привилегированное семейство наблюдателей является использование космического микроволнового фона. Эти привилегированные наблюдатели видят КМФ, приходящий к ним с одинаковой температурой со всех направлений в небе [4].

    К счастью, два семейства привилегированных наблюдателей совпадают. Галактики оказываются, в среднем, покоящимися в той же системе отсчета, в которой КМФ приходит к нам с той же температурой со всех направлений. Так что вселенная организована таким образом, что выделяет привилегированное состояние покоя. Но этот факт не обязательно противоречит принципу относительности движения. Теория может иметь симметрию, которая не соблюдается ее решениями. Иначе: Решения теорий часто нарушают симметрии теорий. Факт, что не имеется фундаментально

к оглавлению

привилегированного направления в пространстве, не предотвращает ветра, дующего сегодня с севера. Наша вселенная представляет собой только одно решение уравнений ОТО. Это одно решение может быть асимметричным - то есть, оно может включать привилегированное состояние покоя - без противоречия с тем принципом, что теория имеет симметрию. Вселенная могла стартовать путем, который нарушает симметрию.

    С другой стороны, мы хотим спросить, почему вселенная находится в таком специальном состоянии, что явно выделяет привилегированное семейство наблюдателей. Это другой вопрос о том, почему начальные условия вселенной были такими особыми. Это вопрос, на который сама ОТО не может ответить - еще одно свидетельство, что имеется нечто в отношении вселенной, что не ухватывается ОТО. Итак, достойна рассмотрения возможность, что привилегированное состояние покоя во вселенной представляет собой нечто более глубокое. Возможно, она говорит нам что-то об уровне физики, более глубоком, чем ОТО.

    Если привилегированное состояние покоя во вселенной представляет нечто более глубокое, то это состояние должно проявиться в других видах экспериментов. Но на масштабах меньше космологических принцип относительности инерциальных систем отсчета проверен достаточно хорошо. Предсказания СТО Эйнштейна подтверждает гигантское количество экспериментальных доказательств, многие из которых могут пониматься как проверка того, существует или нет в природе привилегированное состояние покоя [5].

    Так что наблюдения дают нам разнородные сообщения. На большом масштабе имеется подтверждение привилегированного состояния покоя, которое должно быть объяснено чем-то специальным в начальных условиях вселенной. Но на любом меньшем масштабе имеется подтверждение, что господствует принцип относительности. Изобретательное решение указанной загадки было придумано только недавно. Оказывается, ОТО может быть красиво переформулирована как теория с привилегированным понятием времени. Эта новая формулировка только другой способ понимания ОТО, но она раскрывает физически предпочтительную синхронизацию часов по всей вселенной. Более того, выбор этой привилегированной синхронизации зависит от распределения материи и гравитационного излучения по всей вселенной, так что это не возврат к Ньютоновскому абсолютному

к оглавлению

времени. Также этот выбор не может быть открыт никакими локальными измерениями, так что он полностью совместим с принципом относительности для малых подсистем вселенной.

    Теория, которая сделала возможным это полное изменение перспективы, называется динамика формы [6]. Ее главный принцип в том, что все, что в физике реально, связано с формами объектов, и любое реальное изменение есть просто изменения в их формах. Размер ничего фундаментально не означает, и факт, что объекты кажутся нам имеющими внутренний размер, есть иллюзия.

    Динамика формы была создана последователями цепочки идей, предложенных Джулианом Барбуром, чья вневременная квантовая космология обсуждалась в Главе 7. Барбур великий защитник реляционистской философии, и дорога к динамике формы началась с его настойчивого требования сделать физику настолько реляционистской, насколько возможно. Многие из ключевых шагов были предприняты им в течение последнего десятилетия вместе с Найлом О'Мурчадхой и несколькими молодыми соавторами, но заключительные части были введены в действие летом и в конце 2010 тремя молодыми людьми, работающими в Институте Периметра: аспирантами Шоном Грайбом и Энрике Гомесом и постдоком Тимом Козловски [7].

    Раз уж мы знаем базовые идеи теории относительности, легко понять и динамику формы, поскольку эта теория является естественным следующим шагом. Повторим некоторые аспекты одновременности: Имеет смысл говорить о двух соседних событиях, происходящих одновременно. Мы можем также упорядочить их во времени, и это имеет смысл делать, так как одно событие могло бы быть причиной другого. Но когда мы пытаемся упорядочить события, находящиеся далеко друг от друга, мы находим, что не существует абсолютного упорядочения, с которым могут согласиться все наблюдатели. Для некоторых наблюдателей два события могут быть одновременны; для других наблюдателей одно событие может оказаться в прошлом другого события.

    Барбур говорит нам, что размер ведет себя аналогичным образом. Если мы имеем два соседних объекта, имеет смысл ранжировать их по размеру: Если вы можете поместить мышь в ящик, имеет смысл сказать, что мышь меньше ящика. Если вы имеете два футбольных мяча, имеет смысл сказать, что у них одинаковый диаметр. Эти сравнения имеют физический смысл, и все наблюдатели с ними согласятся.

    Но теперь спросим, меньше ли мышь здесь, чем ящик в соседней

к оглавлению

галактике. Этот вопрос все еще имеет смысл? Имеется ли ответ на него, с которым согласятся все наблюдатели? Проблема в том, что, поскольку они удалены друг от друга, вы не можете поместить мышь в ящик, чтобы убедиться, что она входит.

    Чтобы ответить на вопрос, вы можете передвинуть ящик туда, где находится мышь, и посмотреть, поместится ли мышь внутрь. Но это будет ответ на другой вопрос, поскольку теперь ящик и мышь находятся в одном и том же месте. Откуда мы знаем, нет ли некоторого физического эффекта, расширяющего все, что мы двигаем в нашу галактику, так что ящик величиной с мышиный глаз становится в пути достаточно большим, чтобы вместить мышь? Мы можем оставить ящик там, где он есть, и, вместо этого, послать к нему линейку. Но как мы узнаем, что линейка не подвергнется обратному эффекту, сжавшись во время путешествия от размера мыши до размера далекого ящика?

    Это одно из направлений размышления, которое привело Барбура и друзей к предположению, что бессмысленно сравнивать размеры удаленных друг от друга объектов. Что мы можем сделать, это сравнить формы, поскольку формы не подвержены тому же виду произвольных модификаций. Единственным исключением из относительности размеров является то, что объем целой вселенной в каждый момент времени должен оставаться неизменным. Это нелегко объяснить на пальцах без использования технического языка, но это означает, что если вы сожмете все в одном месте, в то же самое время должно быть где-то еще место, где вы компенсируете сжатие увеличением всего в той же степени, так что полный объем вселенной не меняется. Объем, конечно, может меняться во времени по мере расширения вселенной.

    Хотя динамика формы радикальна, когда речь идет о размерах, она консервативна, когда речь идет о времени. Имеется единственный темп, с которым течет время. Он один и тот же по всей вселенной, и вы не можете изменить его.

    ОТО более или менее противоположна. Размер объектов фиксирован и остается фиксированным, когда вы двигаете их вокруг, так что имеет смысл сравнивать размеры удаленных вещей. В чем ОТО гибкая, это в темпе времени. Бессмысленно спрашивать, идут ли удаленные от нас часы быстрее или медленнее по отношению к часам вблизи нас, поскольку ускорение и замедление удаленных часов

к оглавлению

находится среди изменений в зеркалах комнаты смеха, по поводу которых наблюдатели расходятся во мнениях. Даже если вы синхронизируете ваши часы с удаленными часами, они могут рассинхронизироваться, поскольку нет физического смысла в том, чтобы их темпы оставались одинаковыми.

    Одним словом, в ОТО размер универсален, а время относительно, тогда как в теории динамики формы время универсально, а размер относителен. Примечательно, однако, что эти две теории эквивалентны друг другу, поскольку вы можете - путем ловкого математического трюка, в который нет необходимости вдаваться здесь, - обменять относительность времени на относительность размера. Так что вы можете описывать историю вселенной двумя путями, на языке ОТО или на языке динамики формы. Физическое содержание двух описаний будет одно и то же, и любой вопрос по поводу наблюдаемой величины будет иметь один и тот же ответ.