Ли Смолин - Возвращение времени. От античной космогонии к космологии будущего

В биологической эволюции два ландшафта: генов и фенотипов. При применении естественного отбора в физике также имеется два уровня описания. Вероятность воспроизведения Вселенной зависит от значений параметров стандартной модели (СМ) – это аналог фенотипов. Но в фундаментальной теории, такой как теория струн, СМ – это приближенное описание, ее основу составляет выбор более глубоких теорий – это аналог генотипов. В биологии отношения между генотипом и фенотипом могут быть сложны, то же самое верно в физике. Поэтому необходимо различать ландшафт фундаментальной теории, такой как теория струн, и ландшафт параметров СМ.

Другие: 1) изменение знака в разнице масс протона и нейтрона; 2) увеличение или уменьшение постоянной Ферми, достаточно большое, чтобы повлиять на энергию и количество материи, выделяющиеся при взрыве сверхновых; 3) увеличение разницы масс нейтрона и протона, массы электрона, массы электрона/нейтрино, постоянной тонкой структуры или достаточно большое уменьшение постоянной сильного взаимодействия с тем, чтобы дестабилизировать углерод (или любое другое изменение, имеющее тот же эффект); 4) увеличение массы странного кварка.

Lattimer, James M., M. Prakash What a Two Solar Mass Neutron Star Really Means // arXiv:1012.3208v1 [astro-ph.SR] (2010).

В статье о космологическом естественном отборе и “Жизни космоса” я использовал нижнюю оценку критической массы – 1,6 массы Солнца. Когда я узнал о наблюдении нейтронной звезды, масса которой двукратно превышала массу Солнца, я взялся было писать статью о том, что гипотеза космологического естественного отбора опровергнута. Однако посмотрел еще раз на теоретические оценки критической массы и обнаружил, что эксперты по-прежнему позволяют нейтронной звезде с каонами обладать массой в две солнечные массы.

См.: Linde, A. D. Particle Physics and Inflationary Cosmology . Chur, Switzerland: Harwood, 1990. Pp. 162–168, esp. eq. 8.3.17. (См. также: arXiv: hep-th/0503203v1.) Параметр, который может повысить флуктуации плотности – это сила, с которой взаимодействуют частицы, ответственные за расширение Вселенной. Линде показывает на примере простой модели, что увеличение этого параметра приводит к уменьшению размеров Вселенной пропорционально экспоненте от обратного квадратного корня от величины этого параметра взаимодействия. Спасибо Полу Стейнхардту за прояснение этого вопроса.

Подробнее о космологическом естественном отборе я рассказываю в книге “Жизнь космоса” и других своих работах: The Fate of Black Hole Singularities and the Parameters of the Standard Models of Particle Physics and Cosmology // arXiv: gr-qc/9404011v1 (1994); Using Neutrons Stars and Primordial Black Holes to Test Theories of Quantum Gravity // arXiv: astro-ph/9712189v2 (1998); Cosmological Natural Selection as the Explanation for the Complexity of the Universe // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications 340:4, 705–713 (2004); Scientific Alternatives to the Anthropic Principle // arXiv: hep-th/0407213v3 (2004); The Status of Cosmological Natural Selection // arXiv: hep-th/0612185v1 (2006); A Perspective on the Landscape Problem // DOI: 10.1007/s10701-012-9652-x arXiv:1202.3373.

Роджер Пенроуз возразил мне, что геометрия сингулярности черных дыр сильно отличается от начальной космологической сингулярности, поэтому маловероятно, чтобы черные дыры могли быть источником нашей или любой другой Вселенной. Это, очевидно, повод для беспокойства, но проблема может быть решена, если квантовые эффекты играют большую роль в ликвидации сингулярности.

Заметьте, что идея эволюции законов не требует глобальной одновременности. Изменение законов может произойти в событии, которое влияет лишь на будущие события, связанные с ним причинно-следственной связью. Как описано в главе 6, причинно-следственный порядок соответствует относительности одновременности. Но космологический естественный отбор требует глобального времени, и это противоречит относительности одновременности.

Основанием для этого является то, что масштаб физических процессов при рождении пузырей, как правило, принимается порядка масштаба Великого объединения, что по крайней мере на 15 порядков больше, чем массы кварков и лептонов стандартной модели. Таким образом, вполне вероятно, что эти легкие фермионы произвольно выбраны при формировании пузыря-Вселенной.

Carr, B. J., and M. J. Rees The Anthropic Principle and the Structure of the Physical World // Nature 278: 605–12 (1979); Barrow, John D., and Frank J. Tipler The Anthropic Cosmological Principle . New York: Oxford University Press, 1986.

Kachru, Shamit, et al. De Sitter Vacua in String Theory // arXiv: hep-th/0301240 v2 (2003).

DeWolfe, Oliver, et al. Type IIA Moduli Stabilization // arXiv: hep-th/0505160v3 (2005); Shelton, Jessie, Taylor, Washington, and Brian Wecht Generalized Flux Vacua // arXiv: hep-th/0607015 (2006).

Ellis, George F. R., and Lee Smolin The Weak Anthropic Principle and the Landscape of String Theory // arXiv:0901.2414v1 [hep-th] (2009).

Вселенные с отрицательной космологической постоянной, описанные Вашингтоном Тейлором и коллегами, отличаются от наших в двух отношениях. Во-первых, как утверждают все струнные теории, существуют дополнительные измерения пространства. Они не наблюдаемы, потому что занимают крошечные и компактные объемы, но во Вселенных Тейлора они могут быть очень большими. Это еще сильнее противоречит наблюдениям, чем неправильный знак космологической постоянной, и может рассматриваться как еще одно неправильное предсказание теории струн. Однако вы можете сказать, что жизнь в этих мирах не смогла бы существовать. Почему это так, мне не совсем ясно, потому что существуют сценарии, в которых частицы и силы живут на трехмерных поверхностях (бранах) в дополнительных измерениях. В конфигурации такого рода жизнь может быть совместима с дополнительными измерениями на больших масштабах. Гипотетические миры с отрицательной космологической постоянной также обладают симметрией, которой наш мир не обладает (суперсимметрия). Это может предотвратить образование сложных структур, однако, возможно, в части из них суперсимметрия может быть спонтанно нарушенной, и в этом случае жизнь может процветать и там. Пока струнных теорий с отрицательной космологической постоянной бесконечно больше, чем с положительной (даже если очень небольшая доля первых пригодна для жизни), они будут преобладать над вторыми. Благодарю Бена Фрайфогеля за обсуждение этого вопроса.

В лучшем случае мы могли бы обнаружить влияние прошлых столкновений других Вселенных с нашей. Эта возможность была изучена, и результаты этого исследования носят односторонний характер. Если бы удалось обнаружить что-то интересное, это могло быть истолковано как столкновение иных миров с нашим, но если ничего не наблюдается (как, кажется, и есть на самом деле), гипотеза не может быть опровергнута. См.: Feeney, Stephen M., et al. First Observational Tests of Eternal Inflation: Analysis Methods and WMAP 7-Year Results // arXiv:1012.3667v2 [astro-ph.CO] (2011); Aguirre, Anthony, and Matthew C. Johnson A Status Report on the Observability of Cosmic Bubble Collisions // arXiv:0908.4105v2 [hep-th] (2009); Rept. Prog. Phys. 74:074901 (2011).