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.

---

    Поскольку это такой простой случай, у нас есть довольно хорошая идея о том, что произойдет. Следствием экспоненциального расширения будет, что скопления галактик разделятся настолько быстро, что вскоре они будут не видны друг для друга. Фотоны, покидающие одно скопление и двигающиеся со скоростью света, не перемещаются достаточно быстро, чтобы быть захваченными другими скоплениями. Наблюдатели в каждом скоплении будут окружены горизонтом, за пределами которого исчезли их соседи. Каждое скопление станет изолированной системой. Так что внутренняя часть каждого горизонта будет разновидностью ящика, отграничивая подсистему от остальной вселенной. Так что к каждой такой подсистеме будут применимы методы физики в ящике - что означает, мы можем при рассуждении о ней использовать методы термодинамики.

    В этот момент в данной истории включается новый эффект квантовой механики, приводящий к заполнению внутренней части каждого горизонта газом фотонов в тепловом равновесии - разновидностью тумана, созданного процессами, аналогичными процессам, которые создают излучение черных дыр Хокинга. Этот газ называется излучением горизонта. Его температура экстремально низкая, и такова же его плотность, но они остаются постоянными в процессе расширения вселенной. Тем временем все остальное, включая вещество и КМФ, становится все более и более разреженным, так что после прохождения достаточного времени вселенную будет заполнять только излучение горизонта. Вселенная пришла к равновесию.

    Это состояние равновесия сохранится навсегда. Нельзя избежать концовку как в вечной вселенной Больцмана. Будут, конечно, флуктуации и возвраты к прежнему, и иногда та или иная конфигурация

к оглавлению вселенной будет происходить вновь - включая то, что относится к парадоксу мозга Больцмана, который я описывал в Главе 16 как финал сведения к абсурду Ньютоновской парадигмы. В соответствии с этим сценарием очевидная сложность нашей вселенной до настоящего момента является только кратчайшей вспышкой перед тем, как вселенная успокоится в своем вечном равновесии.

    Мы знаем с некоторой определенностью, что мы не являемся Больцмановскими мозгами, поскольку (как отмечалось в Главе 16) если бы мы таковыми были, мы, вероятно, не увидели бы гигантскую и упорядоченную вселенную вокруг нас. Тот факт, что мы не есть мозги Больцмана, означает, что этот сценарий для будущего нашей вселенной ошибочен. Принцип достаточного основания, действуя через своего заместителя, принцип идентичности неразличимых, также требует, чтобы этот сценарий был ошибочен. Вопрос в следующем: Как его избежать?

    Простейший способ избежать вечно мертвую вселенную будет иметь место, если вселенная имеет достаточную плотность вещества, чтобы остановить расширение и вызвать коллапс. Вещество притягивает вещество гравитационно, и это замедляет расширение, так что если вещества достаточно, вселенная будет коллапсировать к финальной сингулярности. Или может быть, что квантовые эффекты остановят коллапс и заставят вселенную отскочить, развернув сжатие на расширение, приводящее к новой вселенной. Но сейчас не кажется, что вещества достаточно, чтобы развернуть расширение, не говоря уже о противодействии тенденции темной энергии это расширение ускорять.

    Следующий простейший способ избежать бесконечного мертвого будущего имеется, если космологическая константа на самом деле не постоянна. Несмотря на то, что мы имеем подтверждение, что темная энергия - которая для всех намерений и целей есть космологическая константа - не меняется на масштабах сегодняшней эры вселенной, у нас нет доказательств, что она не будет изменяться в конце концов. Это изменение могло бы быть следствием более глубокого закона, одного из тех, что действуют столь медленно, что их действие проявляется ощутимо только на больших временных масштабах. Или изменение могло бы быть просто эффектом общей тенденции законов эволюционировать. На самом деле принцип отсутствия действия без взаимности предполагает, что космологическая константа должна быть подвержена влиянию со стороны вселенной, на которую указанная константа столь решительно действует.

    Космологическая константа может распадаться до нуля. Если это происходит,

к оглавлению расширение замедляется, но, вероятнее всего, не обращается вспять. Вселенная может быть вечной, но статической; это, по меньшей мере, аннулирует парадокс мозга Больцмана.

    Расширяется ли вселенная без космологической константы вечно или коллапсирует, зависит, в конечном счете, от начальных условий. Если энергии в расширении в конечном счете достаточно, чтобы преодолеть взаимное гравитационное притяжение всего во вселенной, последняя никогда не коллапсирует. Но даже если вселенная существует вечно, имеются богатые возможности для возрождения, поскольку каждая черная дыра в результате ликвидации ее сингулярности может привести к рождению дочерней вселенной. Как отмечалось в Главе 11, имеются хорошие теоретические свидетельства, что это должно происходить.

    Если это так, то наша вселенная, которая еще далека от смерти, уже имела, по меньшей мере, миллиард миллиардов потомков. Каждая из этих новых вселенных даст рождение следующим потомкам. Так что тот факт, что каждая вселенная может рано или поздно умереть после рождения такого большого количества других, кажется несущественным.

    Имеются также возможности возрождения, которые содержат целую вселенную, а не только ее черные дыры. Это гипотезы, исследующие класс космологических моделей, называемых циклическими моделями. Одна из разновидностей циклических моделей, изобретенная Полом Стейнхардтом из Принстонского Университета и Нилом Туроком из Института Периметра, достигает этого, допуская, что космологическая константа уменьшается до нуля, а затем продолжает двигаться к сильно отрицательным величинам [4]. По причинам, которые я не хочу тут объяснять, это приводит к драматическому коллапсу целой вселенной. Однако, они утверждают, что этот коллапс сменяется отскоком и новым расширением. Этот отскок должен был бы быть следствием эффектов квантовой гравитации, или финальная сингулярность могла бы быть обойдена чрезмерной величиной темной энергии.

    Теоретическое обоснование того, что вследствие квантовых эффектов от финальной космологической сингулярности можно отскочить, приводит к новому расширению вселенной, которое даже более сильное, чем в случае сингулярностей черных дыр [5]. В рамках петлевой квантовой гравитации изучались некоторые модели квантовых эффектов вблизи космологических сингулярностей, и оказалось, что отскок является универсальным феноменом. Однако, необходимо предостеречь, что это только модели, и до сих пор в них применяются радикальные допущения. Ключевое допущение в том, что вселенная пространственно однородна.

к оглавлению В чем мы совершенно уверены, так это в том, что очень однородные регионы вселенной - регионы без гравитационных волн или черных дыр - отскакивают, чтобы дать начало новым вселенным.

    В худшем случае регионы, которые сильно неоднородны, не отскакивают. Они просто коллапсируют к сингулярностям, где время останавливается. Однако, даже в этом плохом случае нет худа без добра, ибо это обеспечивает принцип отбора для определения, какие регионы вселенной отскочат и воспроизведут себя. Если отскакивают только более однородные регионы, тогда начало новых вселенных сразу после отскока также будет сильно однородным [6]. Это дает предсказание: В очень ранние времена сразу после отскока вселенная в высшей степени однородна - нет черных или белых дыр и нет гравитационных волн, точно как мы видим в нашей вселенной.

    Но чтобы сценарий отскакивающей вселенной был наукой, должно быть, по меньшей мере, еще одно предсказание, посредством которого гипотеза могла бы быть проверена. Имеется, по меньшей мере, два, которые нужно проделать со спектром флуктуаций в КМФ. Циклический сценарий предлагает объяснение для этих флуктуаций, которое не требует короткого периода экстремальной инфляции, часто принимаемого в качестве их причины. Спектр флуктуаций, который мы видим до сих пор, воспроизводится, но имеется два отличия между предсказаниями циклических инфляционных моделей, и эти предсказания могут быть проверены в экспериментах сегодня и в ближайшем будущем. Первая проверка заключается в том, будут ли наблюдаться гравитационные волны в КМФ; инфляция говорит 'да', циклические модели говорят 'нет'. Циклические модели также предсказывают, что излучение КМФ не полностью хаотично - на техническом языке, они предсказывают негауссовость.

    Циклические модели являются примерами, как рассмотрение времени как фундаментального - в том смысле, что время не началось в Большом Взрыве, но существовало до него, - приводит к более предсказывающей космологии. Другими примерами являются теории, в которых предполагается, что скорость света была другой - фактически, более быстрой - в самой ранней вселенной. Эти так называемые теории с переменной скоростью света выбирают предпочтительное понятие времени способом, который нарушает принципы теории относительности. Вследствие этого они не популярны, но перспективны для объяснения флуктуаций КМФ в отсутствие инфляции.