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.

---

Будьте осторожны, чтобы отличить симметрию от калибровочной симметрии. Первая влечет за собой физические преобразования, оставляющие законы неизменными. Вторая есть математическая перезапись описания конфигурации системы. Аргумент, который я тут привожу, мешает первому, но не второму.

E. Noether, "Invariante Variationsprobleme" <Инвариантые Вариационные Задачи>, Nachr. v. d. Ges. d. Wiss. zu Gottingen, pp. 235-57 (1918).

Общее рассуждение подтверждается в ОТО, которая, будучи применена к целой вселенной, не имеет ни симметрий, ни законов сохранения.

Роджер Пенроуз утверждал это много времени назад. Действительно, мы видим на примере теории струн, что чем больше симметрии имеет теория, тем меньше ее способность что-либо объяснить.

Единственная вещь в заключении Пирса, которая не точна, это то, что он думает об эволюции. Последователи утверждали, что он ссылался на что-то вроде Дарвиновского естественного

к оглавлению отбора. Известно, что он был очень сильно подвержен влиянию Дарвина. Но из самого текста мы можем предположить только то, что он имел в виду эволюцию в более общем смысле изменения во времени в соответствии с некоторым динамическим процессом. Этого достаточно для наших сегодняшних доводов, которые заключаются в установлении, что вопрос Почему такие законы? может быть научно объяснен, только если время реально.

Roberto Mangabeira Unger, черновик рукописи.

11. Эволюция законов

Lee Smolin, "Did the Universe Evolve?" <Развивалась ли Вселенная?>, Class. Quant. Grav. 9: 173-91 (1992).

Alex Vilenkin, "Birth of Inflationary Universes" <Рождение Инфляционных Вселенных>, Phys. Rev. D, 27:12, 1848-55 (1983); Andrei Linde, "Eternally Existing Self-Reproducing Chaotic Inflationary Universe" <Вечно Существующая Само-Воспроизводящаяся Хаотическая Инфляционная Вселенная>, Phys. Lett. B, 175:4, 395-400 (1986).

Было опубликовано несколько критических работ по космологическому естественному отбору и, насколько я знаю, на все был дан ответ в приложении к книге Жизнь Космоса и в последующих статьях. По поводу критики см. T.Rothman and G.F.R.Ellis, "Smolin's Natural Selection Hypothesis" <Гипотеза Смолина Естественного Отбора>, Q. Juor. Roy. Astr. Soc. 34, 201-12 (1993); Alex Vilenkin, "On Cosmic Natural Selection" <О Космическом Естественном Отборе>, arXiv:hep-th/0610051v2 (2006); Edward R. Harrison, "The Natural Selection of Universes Containing Intelligent Life" <Естественный Отбор Вселенных, Содержащих Разумную Жизнь>, Q. Juor. Roy. Astr. Soc. 36, 193-203 (1995); Joseph Silk, "Holistic Cosmology" <Глобальная Космология>, Science, 277:5326, 644 (1997); и John D. Barrow, "Varying G and Other Constants" <Изменение G и других констант>, arXiv:gr-qc/9711084v1 (1977). В особенности, утверждение, что имеется простой довод, что изменение Ньютоновской константы (при фиксировании всех остальных параметров) повышает число черных дыр, неверно, поскольку не принимаются во внимание запутанные эффекты при формировании галактик и звезд, а также звездная эволюция.

В биологической эволюции на самом деле два ландшафта: ландшафт генов, который описывает возможные генотипы (последовательности ДНК), и ландшафт фенотипов, которые являются физическим выражением генов. В применении естественного отбора к физике мы также имеем два уровня описания. Вероятность воспроизводства вселенной зависит от величин параметров Стандартной Модели - они являются аналогами фенотипов. Но в фундаментальной теории вроде теории струн Стандартная Модель является приблизительным описанием; в основе нее лежит выбор теорий - они являются аналогами генотипов. В биологической эволюции соотношение между генотипом и фенотипом может быть сложным и непрямым, то же самое верно и в физике. Таким образом, чтобы быть аккуратным, вы должны поводить отличие между ландшафтом предложений для фундаментальной теории, такой как теория струн, и ландшафтом параметров Стандартной Модели.

Другими способами являются (1) изменение на обратный знака разницы масс протон/нейтрон; (2) увеличение или уменьшение константы Ферми, достаточно большое, чтобы повлиять на энергию и материю, выбрасываемую сверхновыми; (3) увеличение разницы масс протон/нейтрон, массы электронов, массы электрон/нейтрино и постоянной тонкой структуры, или уменьшение константы связи сильного взаимодействия, достаточно большое, чтобы дестабилизировать углерод (или любые одновременные изменения, имеющие тот же эффект); и (4) увеличение массы странного кварка.

James M. Lattimer and M. Prakash, "What a Two Solar Mass Neutron Star Really Means" <Что Такое на Самом Деле Нейтронные Звезды с Двумя Солнечными Массами>, arXiv:1012.3208v1 [astro-ph.SR] (2010).

В оригинальной статье по космологическому естественному отбору, как и в книге Жизнь

к оглавлению Космоса, я использовал нижнюю оценку для критической массы - то есть 1,6 массы Солнца. Когда я изучал сообщения о наблюдениях нейтронных звезд с двойной массой Солнца, я начал читать со статьи, в которой указывалось на то, что космологический естественный отбор фальсифицирован. Я ожидал этого, поскольку вторая лучшая вещь, которая может случиться в области квантовой гравитации, это сделать предсказание, которое опровергается экспериментом. Однако, я еще раз просмотрел теоретические оценки для критической массы и нашел, что эксперты предупреждают, что она будет допускать каон-нейтронные звезды с 2-кратной солнечной массой.

См. A.D. Linde, Particle Physics and Inflationary Cosmology <Физика Частиц и Инфляционная Космология> (Chur, Switzerland: Harwood, 1990), pp. 162-8; интересен, главным образом, аргумент, приводящий к уравнению 8.3.17. (Книга также доступна на arXiv:hep-th/0503203v2). Параметром, который может повысить флуктуации плотности, является сила, с которой взаимодействуют инфлатоны (частицы, переносящие инфляционные силы). Как показал Линде, в некоторых простых моделях увеличение этого параметра уменьшает размер вселенной экспоненциально от обратного квадратного корня от параметра взаимодействия. Большое спасибо Полу Стейнхарду за обсуждение, прояснившее этот вопрос.

Более подробно о космологическом естественном отборе см. Жизнь Космоса или следующие мои статьи: "The Fate of Black Hole Singularities and the Parameters of the Standard Models of Particle Physics and Cosmology" <Судьба Сингулярностей Черных Дыр и Параметры Стандартных Моделей Физики Частиц и Космологии>, arXiv:gr-qc/9404011v1 (1994); "Using Neutron Stars and Primordial Black Holes to Test Theories of Quantum Gravity" <Использование Нейтронных Звезд и Изначальных Черных Дыр для Проверки Теорий Квантовой Гравитации>, arXiv:astro-ph/9712189v2 (1998); "Cosmological Natural Selection as the Explanation for the Complexity of the Universe" <Космологический Естественный Отбор как Объяснение Сложности Вселенной>, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications 340:4, 705-13 (2004); "Scientific Alternatives to the Anthropic Principle" <Научные Альтернативы Антропному Принципу>, arXiv:hep-th/0407213v3 (2004); "The Status of the Cosmological Natural Selection" <Статус Космологического Естественного Отбора>, arXiv:hep-th/0612185v1 (2006); и "A Perspective on the Landscape Problem" <Взгляд на Проблему Ландшафта>, приглашенный доклад в специальное издание Foundations of Physics, озаглавленное "Forty Years of String Theory: Reflecting on The Foudations" <Сорок Лет Теории Струн: Размышления об Основах>, DOI: 10.1007/s10701-012-9652-x, см. также arXiv:1202.3373.

Роджер Пенроуз возражал мне, что сингулярности черных дыр имеют геометрию, весьма отличающуюся от начальной космологической сингулярности, что делает невероятным, что черные дыры могли бы являться источниками нашей вселенной или любых других. Это проблема, но ей можно заниматься, если квантовые эффекты играют большую роль в устранении сингулярности.

Заметим, что идея эволюционирующих законов сама по себе не требует глобальной одновременности. Изменение в законах могло бы происходить при событии, которое влияет на события только в своем причинном будущем. Как объяснялось в Главе 6, причинное упорядочение согласуется с относительностью одновременности. Но космологический естественный отбор требует глобального времени, чтобы иметь смысл - и это на самом деле вступает в конфликт с относительностью одновременности.

Обоснование этого в том, что масштабом физики, производящей пузыри, обычно выбирается масштаб великого объединения, который, по меньшей мере, на 15 порядков величины больше, чем массы кварков и лептонов Стандартной Модели. Так что вероятно, что массы этих легких фермионов в конечном итоге при формировании пузыря вселенной выбирались существенным образом хаотически.

B.J. Carr & M.J. Rees, "The Anthropic Principle and the Structure of the Physical World" <Антропный Принцип и Структура Физического Мира>, Nature 278: 605-12 (1979); John D. Barrow & Frank J. Tipler, The Anthropic Cosmological Principle <Антропный Космологический Принцип> (NewYork: Oxford University Press, 1986).