Шон Кэрролл - Вечность. В поисках окончательной теории времени

Вернуться

234

В теории струн хорошо то, что она выглядит уникальной; плохо же то, что у нее, похоже, много разных фаз, которые сами по себе кажутся совершенно разными теориями. Так же как вода в зависимости от обстоятельств может принимать форму льда, жидкости или пара, в теории струн само пространство – время может пребывать во множестве разных фаз с разными типами частиц и даже с разным числом различимых измерений пространства. И когда мы говорим «множество», это не шутка – ученые называют такие значения, как 10 500разных фаз, и с большой вероятностью их число может быть вовсе бесконечным. Таким образом, теоретическая уникальность теории струн не сильно помогает в практическом понимании частиц и взаимодействий, существующих в нашем конкретном мире. Обзор теории струн см. в работах Greene, B . The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory. New York: Vintage, 2000; Musser, G. The Complete Idiot’s Guide to String Theory. New York: Alpha Books, 2008. Обсуждение (на оптимистической ноте) проблемы множества разных фаз вы найдете в работе Susskind, L . The Cosmic Landscape: String Theory and the Illusion of Intelligent Design. New York: Little, Brown, 2006.

Вернуться

235

Strominger, A., Vafa, C . Microscopic Origin of the Bekenstein – Hawking Entropy // Physics Letters , 1996, B 379, p. 99–104. Объяснение на популярном уровне см. в книге Susskind, L . The Black Hole War: My Battle with Stephen Hawking to Make the World Safe for Quantum Mechanics. New York: Little, Brown, 2008.

Вернуться

236

Хотя работа Строминджера – Вафы подразумевает, что пространство состояний черной дыры в теории струн обладает подходящим размером, чтобы дать объяснение энтропии, в ней не говорится в точности, как эти состояния должны выглядеть при включенной гравитации. Самир Матур и его коллеги предположили, что это должны быть «пушистые клубки» ( fuzzball ) – конфигурации осциллирующих струн, заполняющие объем черной дыры внутри горизонта событий ( Mathur, S. D. The Fuzzball Proposal for Black Holes: An Elementary Review // Fortschritte der Physik , 2005, 53, S. 793–827).

Вернуться

237

В XVIII веке Готфрид Вильгельм Лейбниц поставил Изначальный экзистенциальный вопрос: «Почему существует что-то, а не ничего?» (на что можно было бы ответить: «А почему бы, собственно, и нет?»). Впоследствии несколько философов пытались доказать, что само существование Вселенной должно казаться нам чем-то неожиданным и поразительным, аргументируя это тем, что «ничто» проще «чего-то» ( Swinburne, R. The Existence of God. Oxford: Oxford University Press, 2004). Однако это утверждение предполагает верным несколько сомнительное определение «простоты», так же как и идею о том, что данный конкретный вариант простоты – это свойство, которым Вселенная просто обязана обладать. Ни опыт, ни логика ничего из этого не подтверждают и не гарантируют. Подробное обсуждение см. в работе Grünbaum, A . The Poverty of Theistic Cosmology // British Journal for the Philosophy of Science , 2004, 55, p. 561–614.

Вернуться

238

Кто-то может утверждать, что роль Вселенской Курицы, которая создала Вселенную в низкоэнтропийном начальном состоянии, сыграл Бог. Это не кажется минимальным подходом к объяснению чего-либо, кроме того, совершенно неясно, почему энтропия должна была быть именно такой низкой, а также (помимо прочего) зачем было начинять Вселенную сотнями миллиардов галактик. Еще важнее то, что мы, будучи учеными, стремимся объяснять максимум, предполагая минимум, и если мы сумеем в итоге прийти к натуралистическим теориям, объясняющим низкую энтропию нашей наблюдаемой Вселенной, не прибегая к помощи ничего иного, помимо законов физики, это будет настоящим триумфом. История подтверждает, что данная стратегия всегда оказывается наиболее успешной; в противоположность этому, попытки указывать на «пробелы» в натуралистических объяснениях мира, заявляя, что только Бог способен их заполнить, приводят к довольно печальным результатам.

Вернуться

Это не совсем верно, хотя и близко к тому. Если определенный тип частиц очень слабо взаимодействует с остальной материей и излучением Вселенной, их взаимное влияние может в какой-то момент прекратиться, после чего этот тип частиц выпадет из окружающей равновесной конфигурации. Этот процесс называется «вымораживанием», и он чрезвычайно важен для космологов, например, когда у них возникает необходимость подсчитать распространенность частиц темной материи, которая, вероятно, выморозилась в ранней Вселенной. В действительности материя и излучение поздней (сегодняшней) Вселенной выморозились уже очень давно, и наше состояние нельзя называть равновесным, даже если полностью игнорировать гравитацию. (Температура космического микроволнового фона составляет около 3 кельвинов, так что если бы мы находились в равновесии, то все вокруг нас пребывало бы при температуре около 3 кельвинов.)

Вернуться

240

Отношение скорости света к постоянной Хаббла определяет «длину Хаббла», которая в современной Вселенной равна 14 миллиардам световых лет. Для тех, кто не столь придирчиво относится к космологическим деталям, данная величина практически равна возрасту Вселенной, умноженному на скорость света, поэтому эти величины можно считать взаимозаменяемыми. Поскольку Вселенная в разные периоды времени расширяется с разной скоростью, текущий размер нашего сопутствующего объема может быть несколько больше длины Хаббла.

Вернуться

241

См., например, статью Kofman, L., Linde, A., Mukhanov, V . Inflationary Theory and Alternative Cosmology // Journal of High Energy Physics , 2002, 0210, p. 57. Она была написана в ответ на статью Голландса и Уолда ( Hollands, S., Wald, R. M. An Alternative to Inflation // General Relativity and Gravitation , 2002, 34, p. 2043–2055), в которой поднимаются вопросы, схожие с теми, которые мы исследуем в данной главе, в узком контексте инфляционной космологии. Обсуждение на популярном уровне, придерживающееся схожей точки зрения, вы найдете в книге Chaisson, E. J. Cosmic Evolution: The Rise of Complexity in Nature. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2001.

Вернуться

242

Действительно, Эрик Шнайдер и Дорион Саган ( Schneider, E. D., Sagan, D . Into the Cool: Energy Flow, Thermodynamics, and Life. Chicago: University of Chicago Press, 2005) утверждали, что «смысл жизни» заключается в увеличении скорости производства энтропии путем сглаживания градиентов во Вселенной. Предположение, подобное этому, вряд ли может быть точным, и на то существует множество причин. Как минимум, хотя второе начало термодинамики утверждает, что энтропия стремится к увеличению, нет такого закона природы, согласно которому энтропия должна была бы увеличиваться с максимально возможной скоростью.

Вернуться

243

А также в противоположность гравитационным эффектам источников плотности энергии, отличных от «частиц». Эта лазейка важна для реального мира из-за присутствия в нем темной материи. Темная энергия – это не набор частиц; это однородное поле, распространяющееся на всю Вселенную, и его гравитационное воздействие заключается в том, что оно расталкивает объекты. Никто и не говорил, что это будет просто.