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.

---

    Раз уж мы допустили нелокальные связи, имеется гигантское число способов, которыми локальность может быть нарушена. Вы могли бы также иметь несколько узлов, которые соединены со многими другими узлами. Эти очень общительные узлы могли бы действовать, как

к оглавлению

сплетники действуют в социальной сети, канализируя через вселенную большое количество информации, выступая как кратчайший путь.

    Может ли вселенная быть полна таких нелокальных соединений? Как их можно было бы обнаружить?

    Очевидная идея в том, что запутывание и другие проявления нелокальности в квантовой теории являются примерами нарушения локальности. Возможно, фундаментальный уровень описания - на котором нет пространства, только сеть взаимодействий, в которой все потенциально связано со всем остальным - представляет собой теорию со скрытыми переменными, доводы в пользу существования которой я приводил в Главе 14. Если это так, то квантовая теория и пространство возникают вместе [14].

Рис.17. Дальняя связь, как и червоточина, захватывающая линии электрического потока. Вокруг горлышка червоточины имеется электрическое поле, выглядящее исходящим из точки, которая выглядит как заряженная частица.

к оглавлению     Другая (и только умеренно сумасшедшая) гипотеза состоит в том, что нелокальные связи объясняют тайну темной энергии, которая является причиной возрастания темпа расширения нашей вселенной [15]. Еще более смелой и менее вероятной гипотезой является то, что они могут объяснять темную материю [16]. И все же более дикая гипотеза в том, что заряженные частицы есть ни что иное, как концы нелокальной связи [17]. Это напоминает старую идею Джона Уилера, что заряженные частицы вполне могут быть горлышками червоточин в пространстве, поскольку червоточины есть (гипотетически) маленькие туннели, которые соединяют очень сильно разнесенные локации в пространстве. Полевые линии электрического поля оканчиваются на заряженных частицах, но они также появляются на концах червоточин, где они (предположительно) перепрыгивают через туннель и выходят из другого конца. Один конец будет вести себя как частица с положительным зарядом, другой как частица с отрицательным зарядом [18]. Нелокальная связь могла бы делать ту же вещь. Она могла бы захватывать линии электрического поля и выглядеть как частица и сильно удаленная античастица (см. Рис.17).

*

    Малое число нелокальных соединений может быть допустимо и даже полезно, если одна из упомянутых выше идей окажется работоспособной. Но если имеется слишком много указанных соединений, вы сталкиваетесь с проблемой, как получить возникновение пространства. Это называется обратная проблема.

    Легко получить приблизительное описание отдельной гладкой двумерной поверхности - скажем, поверхности сферы - в виде сети треугольников (см. Рис.18). Такой граф называется триангуляцией поверхности. Это именно то, что сделал Бакминстер Фуллер, когда изобрел геодезический купол (*), и был непродолжительный период, когда эти купола заполнили ландшафт, до момента, когда люди вспомнили о преимуществах квадратных помещений. Но теперь рассмотрим обратную проблему. Предположим, я даю вам большое количество треугольников и прошу вас сконструировать структуру путем склеивания их вместе, ребро к ребру. Я не даю вам никаких указаний; я только прошу вас собрать поверхность из треугольников хаотически. Крайне маловероятно, что вы пойдете по пути создания сферы. Вероятнее, что вы будете получать сумасшедшую форму вроде той, что показана на Рис.19 - поверхность с острыми выступами или каким-то другим усложняющим беспорядком.

Ричард Бакминстер Фуллер (1895 - 1983) - американский архитектор, дизайнер, инженер и изобретатель. Предложенные им геодезические купола (структуры из треугольных компонентов, покрывающих поверхность сферы) становятся все более прочными с ростом размеров, так как напряжение перераспределяется по всей их поверхности. Это теоретически позволяет строить купола гигантских размеров. В честь Фуллера фуллеренами названа аллотропная форма углерода, открытая в 1985 (прим. перев.)

к оглавлению

Рис.18. Триангуляция гладких двумерных поверхностей.

    Проблема в том, что имеется намного больше способов соединить друг с другом треугольники, чтобы получить ненормальные формы, чем получить красивую двумерную сферическую поверхность. Во всех этих нестандартных формах атомная структура выставляется наружу, поскольку на масштабе индивидуальных треугольников имеется большая сложность формы. Так что не возникает ничего, похожего на красивую структуру.

    Результаты, показывающие как ОТО возникает из петлевой квантовой гравитации, избегают обратной проблемы, поскольку базируются на особом выборе графов, которые могут быть сконструированы с помощью триангуляции пространства. Эти результаты, в их контексте, впечатляют, но они не говорят нам, как описать эволюцию более общего графа, который имел бы много нелокальных связей.

    Это еще раз подчеркивает, насколько ограничивающим и специальным свойством является локальность

к оглавлению

Рис.19. Искаженные геометрии, полученные путем хаотического склеивания треугольников друг с другом по их сторонам. пространства. И она преподает важный урок. Если пространство возникает из квантовой структуры, тогда должны быть некоторые принципы или силы, которые ведут 'атомы' пространства к объединению таким способом, который ограничивает возможное упорядочение в то, что 'выглядят как' пространство. В особенности, должен быть обеспечен факт, что каждый атом пространства имеет по соседству только несколько других атомов пространства - поскольку этого не происходит в случайном ансамбле атомов пространства.

    Я говорил о квантовой ОТО, сконструированной через петлевую квантовую гравитацию, но вопрос обратной проблемы беспокоит и другие подходы к квантовой гравитации, содержащие идею пространства или пространства-времени, имеющую то, что эквивалентно атомной структуре. Эти подходы включают в себя так называемую теорию причинных серий, матричные модели теории струн и динамические триангуляции. Каждый подход имеет привлекательные особенности, которые мотивируют людей им заниматься, и каждый сталкивается с обратной проблемой.

    Главный вопрос, которым задаются эти подходы, почему реальный мир выглядит как трехмерное пространство, а не как сильно связанная сеть.

    Чтобы оценить сложность, представьте, что вы живете в сети

к оглавлению пользователей сотовых телефонов. Пространство несуществующее, и единственное понятие расстояния, или кто является, а кто не является соседом, определяется тем, кто кому звонит. Если вы разговариваете с кем-то, по меньшей мере, раз в день, мы будем рассматривать вас двоих как ближайших соседей. Чем меньше вы звоните кому-то, тем дальше от этого индивидуума вы будете. Теперь заметим, насколько отличается и является более гибким это понятие расстояния по сравнению с расстоянием в пространстве. В пространстве, как мы видели, каждый имеет одинаковое число потенциальных ближайших соседей; в трехмерном пространстве, в отличие от сети сотовых телефонов, это число ни у кого не может быть больше шести.

    В сотовой сети вы также свободны быть настолько рядом или настолько вдали от любого другого пользователя сети, насколько вы захотите. Если я знаю, насколько далеко вы находитесь, скажем, от 50 000 других пользователей, это ничего не говорит мне о том, насколько далеко вы можете быть от 50 001-го пользователя. Следующий добавленный пользователь может быть чужаком, а может быть вашей матерью. Но в пространстве близость жесткая. Раз вы мне сказали, кто ваши ближайшие соседи, я знаю, где вы живете. Я могу сказать, как далеко вы находитесь от любого другого.

    Следовательно, для определения того, как соединена сеть, требуется намного больше информации, чем ее нужно для определения того, как упорядочены объекты в двух- или трехмерном пространстве. Чтобы определить, как связаны 5 миллиардов пользователей телефонной сотовой сети, я должен дать отдельный кусочек информации о каждой потенциальной паре пользователей. Грубо это будет квадрат от 5 миллиардов, который записывается как 2,5 х 1019. Но для определения, где находится каждый пользователь на поверхности Земли, требуется только два числа для каждого: его долгота и широта - то есть жалкие 12 миллиардов чисел. Так что если пространство возникает из выключения соединений в сети, то имеется гигантское число потенциальных соединений, которые должны быть отключены.