Шон Кэрролл - Вечность. В поисках окончательной теории времени

Вернуться

283

Еще одна проблема – очевидная опасность появления больцмановских мозгов, если Вселенная в будущем войдет в вечную фазу де Ситтера. Кроме того, концепция «сингулярности» из классической общей теории относительности вряд ли в теории квантовой гравитации сохранит свой первоначальный вид. Более реалистичная версия гипотезы кривизны Вейля должна быть сформулирована на языке квантовой гравитации.

Вернуться

284

Gold, T. The Arrow of Time // American Journal of Physics , 1962, 30, p. 403–410.

Вернуться

285

В течение небольшого периода времени Стивен Хокинг полагал, что его подход к квантовой космологии предсказывает, будто стрела времени на самом деле развернется в обратную сторону в случае повторного сжатия Вселенной ( Hawking, S. W. The Arrow of Time in Cosmology // Physical Review D, 1985, 32, p. 2489). Дон Пейдж убедил его, что это не так – согласно правильной интерпретации, у волновой функции две ветви, ориентированные в противоположных направлениях во времени ( Page, D. N. Will Entropy Decrease If the Universe Recollapses? // Physical Review D, 1985, 32, p. 2496). Хокинг позже назвал это своим «величайшим промахом» – по аналогии с величайшим промахом Эйнштейна, когда тот предложил космологическую постоянную, вместо того чтобы предсказать расширение Вселенной ( Hawking, S. W. A Brief History of Time: From the Big Bang to Black Holes. New York: Bantam, 1988).

Вернуться

286

Price, H . Time’s Arrow and Archimedes’ Point: New Directions for the Physics of Time. New York: Oxford University Press, 1996.

Вернуться

287

См., например, Davies, P. C. W., Twamley, J . Time Symmetric Cosmology and the Opacity of the Future Light Cone // Classical and Quantum Gravity , 1993, 10, p. 931–945; Gell-Mann, M., and Hartle, J. B. Time Symmetry and Asymmetry in Quantum Mechanics and Quantum Cosmology / In: Physical Origins of Time Asymmetry / J. J. Halliwell, J. Pérez-Mercader, W. H. Zurek. Cambridge: Cambridge University Press, 1996, p. 311–345. Другая форма граничного условия в будущем, не приводящая к переворачиванию стрелы времени, была исследована в физике элементарных частиц; см. работы: Lee, T. D., Wick, G. C. Finite Theory of Quantum Electrodynamics // Physical Review D, 1970, 2, p. 1033–1048; Grinstein, B., O’Connell, D., Wise, M. B. Causality as an Emergent Macroscopic Phenomenon: The Lee-Wick O(N) Model // Physical Review D 79, 2009, p. 105019.

Вернуться

288

И снова в языке не хватает терминов и конструкций для нестандартных стрел времени. Мы договариваемся, что «направление времени» определяется нами здесь, в «обычной» фазе Вселенной, последовавшей за Большим взрывом. По отношению к этому уговору в фазе коллапса энтропия уменьшается «по направлению к будущему». Разумеется, организмы, реально живущие в этой фазе, будут естественным образом определять все ровно противоположным образом; но это наша книга, и выбор зависит всего лишь от каких-то условностей, поэтому мы можем сами устанавливать правила.

Вернуться

289

Грег Иган рассмотрел поразительные следствия данного сценария в своем рассказе «Дневник, посланный за сотню световых лет» (The Hundred Light-Year Diary) (переиздано в книге Egan, G. Axiomatic. New York: Harper Prism, 1997).

Вернуться

290

Вспомните яйца Фаберже Каллендера, о которых мы говорили в главе 9.

Вернуться

291

См. также Carroll, S. M. What If Time Really Exists? (2008). http://arxiv.org/abs/0811.3772.

Вернуться

292

Один из первых сценариев отскока назывался просто «сценарий до Большого взрыва». В нем используется новое поле под названием «дилатон» из теории струн, изменение которого влияет на силу гравитации ( Gasperini, M., Veneziano, G . Pre-Big-Bang in String Cosmology // Astroparticle Physics , 1993, 1, p. 317–339. Схожий пример – сценарий «экпиротической Вселенной», позднее давший начало «циклической Вселенной». В этой картине энергия, питающая то, что мы воспринимаем как «Взрыв», высвобождается, когда скрытое компактное измерение сжимается до нулевого размера. Идея циклической Вселенной в подробностях обсуждается в популярной книге Пола Стейнхардта и Нила Турока ( Steinhardt, P. J., Turok, N . Endless Universe: Beyond the Big Bang. New York: Doubleday, 2007); ее предшественница, экпиротическая Вселенная, была предложена Хури и др. ( Khoury, J., Ovrut, B. A., Steinhardt, P. J., Turok, N . The Ekpyrotic Universe: Colliding Branes and the Origin of the Hot Big Bang. // Physical Review D, 2001, 64, p. 123522). Также под рубрикой «циклическая квантовая космология» существуют другие отскакивающие космологические теории, не включающие струны или дополнительные измерения, но полагающиеся на квантовые свойства самого пространства – времени ( Bojowald, M. Loop Quantum Cosmology // Living Reviews in Relativity , 2006, 8, p. 11).

Вернуться

293

Надеюсь, после публикации этой книги ситуация изменится.

Вернуться

294

Тот же аргумент работает и для циклической Вселенной Стейнхардта и Турока. Несмотря на название, их модель не обладает свойством периодичности, которое демонстрирует модель Больцмана – Лукреция. В вечной Вселенной с пространством состояний конечного размера допустимые последовательности событий происходят в обоих направлениях времени: как вперед, так и назад, причем с одинаковой частотой. Но в модели Стейнхардта – Турока стрела времени всегда указывает в одном и том же направлении, а энтропия постоянно возрастает, требуя бесконечной тонкой подстройки в каждый момент времени. Что интересно, Ричард Толмен ( Tolman, R. C. On the Problem of Entropy of the Universe as a Whole // Physical Review , 1931, 37, p. 1639–1660) уже давно озвучил проблемы энтропии в циклической Вселенной, хотя он говорил только об энтропии вещества, не включая гравитацию. См. также Bojowald, M., Tavakol, R. Recollapsing Quantum Cosmologies and the Question of Entropy // Physical Review D, 2008, 78, p. 23515.

Вернуться

295

Эта дискуссия подразумевает, что предположения, которые мы делали раньше, обсуждая энтропию нашего сопутствующего объема, все так же верны; в частности, мы продолжаем считать, что объем допустимо рассматривать как автономную систему. Определенно это допущение вполне может оказаться ошибочным, но ученые, исследующие эти сценарии, обычно неявно подразумевают именно такой вариант.

Вернуться

296

Aguirre, A., Gratton, S. Inflation Without a Beginning: A Null Boundary Proposal // Physical Review D, 2003, 67, p. 083515. Хартл, Хокинг и Хертог ( Hartle, J. B., Hawking, S. W., Hertog, T. The Classical Universes of the No-Boundary Quantum State // Physical Review D 77, 2008, p. 123537) также исследовали Вселенные с высокой энтропией в прошлом и будущем и низкой энтропией посередине, но в контексте евклидовой квантовой гравитации.

Вернуться

297

Это верно даже в обычных негравитационных ситуациях, где действует строгое правило, согласно которому полная энергия остается постоянной. Когда высокоэнергетическое состояние распадается до низкоэнергетического, как мяч, катящийся по склону холма, энергия не создается и не разрушается; она просто трансформируется из полезной низкоэнтропийной формы в бесполезную высокоэнтропийную.

Вернуться

298

Farhi, E., Guth, A. H., Guven, J. Is It Possible to Create a Universe in the Laboratory by Quantum Tunneling? // Nuclear Physics , 1990, B 339, p. 417–490. См. также работы: Farhi, E., Guth, A. H. An Obstacle to Creating a Universe in the Laboratory // Physics Letters , 1987, B 183, p. 149; Fischler, W., Morgan, D., Polchinski, J. Quantum Nucleation of False Vacuum Bubbles. // Physical Review D, 1990, 41, p. 2638; Fischler, W., Morgan, D., Polchinski, J. Quantization of False Vacuum Bubbles: A Hamiltonian Treatment of Gravitational Tunneling // Physical Review D, 1990, 42, p. 4042–4055. Гут пишет об этом в своей научно-популярной книге ( Guth, A. H. The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins. Reading: Addison-Wesley, 1997).