Юрий Артамонов - Ли Смолин. Возрожденное время: От кризиса в физике к будущему вселенной

Требование, что законы физики плюс начальные условия определяют будущее, сведенное к мельчайшим деталям, является удивительным требованием, поскольку на долгом пути мельчайшие детали становятся значимыми. В каждом успешном зачатии один из, грубо, 100 миллионов сперматозоидов оплодотворяет яйцеклетку. Это происходило, грубо, 100 миллиардов раз с момента появления людей и триллионы раз до того, во время эволюции наших предков. Триллионы выборов одного из 100 миллионов это чудовищно много информации, но мы должны верить, что все это и многое, многое другое было записано в начальных условиях вселенной в некоторое более раннее время. И это только одна маленькая деталь жизни на одной маленькой планете.

к оглавлению

Это часть смысла утверждения, что в Ньютоновской парадигме время исчезает. Все вещи, которые всегда происходили, которые происходят сейчас и которые всегда будут происходить есть только точки на траектории в конфигурационном пространстве вселенной, на кривой, которая уже определена. Прохождение времени не приносит новшеств и сюрпризов, для перемен есть только перегруппировка одних и тех же фактов.

Если имеется место для новшеств и сюрпризов, то должно быть что-то ошибочное с Ньютоновской парадигмой или, по меньшей мере, с распространением ее от метода изучения малой подсистемы вселенной до точного описания целой вселенной. Одно ограничение состоит в том, что если будущее определено заданием начальных условий, вам нужно знать, что определяет начальные условия. Когда вы пытаетесь найти причины, почему вещи такие, какие они есть и никакие иные, вы двигаетесь все глубже и глубже в прошлое.

Когда вы идете дальше в прошлое, вы должны рассматривать все большую и большую область пространства, содержащую события, которые могли влиять на любого из предков Дэнни и Джанет. Если вы двигаетесь на миллионы лет назад к случайной встрече двух их предков вида Homo Erectus из различных групп кочевников, вы должны проинспектировать регион в 2 миллиона световых лет вокруг, чтобы убедиться, что там не было сверхновой достаточно близко, чтобы нанести ущерб Земле. Если мы пройдем весь путь назад к истокам жизни на Земле, нам нужно проверить изрядную часть наблюдаемой вселенной.

Итак, если мы пытаемся найти не только необходимые, но и достаточные причины, мы не можем избежать заключения, что полный набор достаточных причин встречи Дэнни и Джанет включает условия на космологических расстояниях и временах от этого счастливого события. Когда мы продвигаем цепочку причин назад, рано или поздно будет включена вся вселенная. И прежде чем мы дойдем до конца причин, мы достигнем момента Большого Взрыва. Так что конечные достаточные причины встречи Дэнни и Джанет находятся в начальных условиях вселенной в момент Большого Взрыва. Таким образом, конечная применимость доводов о детерминизме сводится к вопросу о космологии. Если мы хотим понять, была ли и как была определена встреча наших героев, нам нужна теория вселенной как целого.

Проблема детерминизма сталкивается с тем фактом, что метод изучения физики в ящике применим к малым подсистемам вселенной.

к оглавлению

До того, как мы сможем ответить на вопрос, определяются ли на вид случайные события в нашей жизни прошлыми условиями полностью, нам нужно узнать, могут ли наши теории быть масштабированы до теорий полной вселенной.

Мы живем в мире, в котором взмах крыльев бабочки может повлиять на погоду далеких океанов месяцами позже. В строгих терминах, малые изменения в начальных условиях увеличиваются экспоненциально до больших изменений в результатах. Именно поэтому изучение физики в ящике обязательно включает аппроксимации. Они включают отбор, который мы производим среди наблюдаемых величин для моделирования в конфигурационном пространстве, и пренебрежение влиянием на них всего остального в мире.

Вы можете, однако, легко представить восполнение этих деталей. Если вы знаете законы физики, применимые к мельчайшим частицам, составляющим подсистему, вы можете, по меньшей мере, вообразить, как проделать точное описание всех переменных, необходимых для описания подсистемы, и все силы, с помощью которых эти переменные взаимодействуют. Самое точное описание законов природы и элементарных частиц, которое мы на сегодня имеем, это Стандартная Модель Физики Частиц, которая легко вписывается в Ньютоновскую парадигму. Эта модель содержит все, что мы знаем о природе, исключая гравитацию, и она раз за разом выдерживает разнообразные экспериментальные тесты.

Так почему не направиться в прошлое вселенной? Вы можете представить обработку большой подсистемы, которая включает нашу систему - не только теннисный мяч Дэнни, но и всё и всех в парке в этот день. Расширим этот взгляд снова, чтобы включить всё и всех в городе Торонто, расширим еще раз, чтобы включить всё на и внутри Земли и в пределах миллиона миль от нее. Каждый раз, когда вы расширяете подсистему, вы можете все еще использовать те же самые законы физики - следовательно, вы можете использовать Ньютоновскую парадигму. В каждом случае аппроксимация становится лучше и лучше, что усиливает аргумент в пользу детерминизма.

Но кое-что всегда остается за кадром. Прямо за пределами солнечной системы могло бы быть большое черное облако, которое поглотит солнце через год, или комета, которая заденет Землю через десять лет. Эти события могли бы разрушить наступление свадьбы Дэнни и Джанет. Возмущение не должно быть большим или затрагивать Землю непосредственно. Внимание Дэнни

к оглавлению

могло быть захвачено новой историей о прохождении кометы вблизи Юпитера, и он пришел бы в парк минутой позже и никогда не встретил бы Джанет. Миллионы людей, которые могли бы иметь потомков, никогда не будут жить. В нашем мире разрастание малых событий в большие последствия является нормальным положением дел.

Детерминистическую физическую теорию можно сравнить с компьютером. Конфигурационное пространство есть память, в которую вводятся данные. Закон есть аналог программы. Вы запускаете программу, и она действует на входные данные, которые затем переписываются на выходные данные. При заданном входе и программе выход полностью детерминирован. Каждый раз, когда вы запускаете компьютер с тем же входом, вы получаете тот же выход. Но тут есть кое-что еще, о чем стоит подумать: Выход определяется из входа и программы двумя весьма различными способами.

Если мы рассматриваем компьютер как физический прибор, то он действует в соответствии с законами физики. С этой точки зрения выход причинно определен входом. Он является результатом законов физики, действующих на начальные условия. Этот процесс требует времени, поскольку причинный процесс, как это диктуется законами физики, осуществляется во времени.