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

Трагедии квантовой космологии составляют огромный список: Мы не можем приготовить начальное состояние квантовой вселенной, и мы не можем действовать на него из-за пределов вселенной, чтобы трансформировать его. У нас нет доступа к собранию вселенных, чтобы придать смысл вероятностям, проистекающим из квантового формализма. Во главе этого тот факт, что вне вселенной

к оглавлению

нет места для размещения наших измерительных инструментов. Так что нет понятия измеряющего изменения в часах, внешних по отношению к изучаемой квантовой системе.

С операционалистской точки зрения было бредовым даже начинать применение квантовой механики к вселенной. Оно потерпело неудачу, поскольку мы применяли ее в контексте, в котором нет операционалистских определений, которые придают теории смысл. Всё это расплата за совершение ошибки, заключающейся в распространении на всю вселенную метода, хорошо адаптированного для ее малых частей.

Проблема даже чуть тяжелее, чем тут отмечено, так как выбор временной координаты в ОТО, как мы уже говорили, является полностью произвольным. Так что вы должны спросить: 'Если имелись часы вне вселенной, то чему могло бы соответствовать понятие времени внутри вселенной?' И еще: 'Если имелось квантовое состояние, которое колебалось, какие часы во вселенной могли быть для этого подобраны в качестве стандартного осциллятора?' Ответ таков: 'Любое возможное понятие времени и любые возможные часы'. В итоге имеется не одно уравнение Уилера-ДеВитта, а бесконечное число таких уравнений. Они утверждают, что частота, с которой колеблется квантовое состояние, равна нулю для любого возможного понятия времени и любых возможных часов внутри вселенной. Для любых возможных часов, переносимых любым возможным наблюдателем, в квантовой вселенной ничего не происходит.

Все это оставалось в рамках академического интереса два десятилетия, поскольку никто на самом деле не смог бы решить уравнения Уилера-ДеВитта. До изобретения подхода к квантовой гравитации, именуемого петлевая квантовая гравитация, не было ситуации, в которой эти уравнения могли бы быть сформулированы достаточно точно для решения. Эта революция была запущена в 1985 открытием Абэя Аштекара новой формулировки ОТО [8]. Несколькими месяцами позже мне посчастливилось достаточно поработать в Институте Теоретической Физики (ныне Институт Теоретической Физики Кавли) в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре с Тедом Джекобсоном (ныне сотрудник университета Мэриленда), и мы нашли первое точное решение уравнений Уилера-ДеВитта - фактически, бесконечное количество решений [9]. Необходимо было решить другие уравнения, чтобы записать полное

к оглавлению

квантовое состояние гравитационного поля, и это было выполнено двумя годами позже Карло Ровелли, тогда работавшим в Национальном институте Ядерной Физики университета Рима [10]. Вопрос быстро прогрессировал, и в начале 1990-х Томасом Тиеманном в Гарварде был открыт намного больший набор решений [11]. С тех пор были разработаны еще более мощные методы для генерирования решений, основанные на том, что мы сегодня называем моделями спиновой пены [12]. Эти результаты повысили безотлагательность решения проблемы времени во вневременной вселенной, чтобы придать физический смысл всем этим математическим решениям и возвысить их до теории квантовой гравитации.

Загвоздка в том, можно ли сказать, что время 'возникает' из вневременной вселенной так, что теория не находится в явном конфликте с теми аспектами времени, которые, как мы видим, действуют в мире. Некоторые из моих коллег высказывают мнение, что время есть часть приблизительного описания вселенной - описания, которое пригодно на больших масштабах, но разрушается, когда мы смотрим слишком близко. Температура подобна этому: Макроскопические тела имеют температуры, но отдельные частицы не имеют, поскольку температура тела есть среднее от энергий атомов, составляющих тело. Другие подходы имеют целью открыть время в корреляциях между различными подсистемами вселенной.

Я потратил бесчисленные часы, размышляя над этими подходами к вопросу, как время могло бы возникнуть из вневременной вселенной, и я остаюсь сомневающимся, что любой из них работает. В некоторых случаях обоснования носят технический характер и не уместны для их описания здесь. Более глубокие основания для моего скептицизма в отношении квантовой космологии будут в центре нашего внимания в Части II.

Мои друзья на другой стороне указанных дебатов утверждают, что допущения, приводящие к уравнениям Уилера-ДеВитта, привлекают только принципы квантовой механики и ОТО, взятые вместе. Факт, что каждый из этих принципов в их индивидуальной области хорошо подтвержден экспериментально, и было бы мудро в первую очередь серьезно принять все их предпосылки и попытаться понять и усовершенствовать их.

Когда я был одним из постдоков Брюса ДеВитта, он, чтобы подстегнуть нас, предпочитал не навязывать теории наши метафизические предубеждения, а давать

к оглавлению

теории возможность диктовать ее собственные интерпретации. Я все еще слышу, как он убеждает нас своим благородным голосом, что 'пусть теория говорит'.

Лучший додуманный до конца подход к приданию смысла квантовой космологии, очерченной уравнениями Уилера-ДеВитта, был предложен британским физиком , философом и историком науки Джулианом Барбуром, который описал его в 1999 в своей книге Конец Времени . Идея Барбура радикальна, но ее нетрудно объяснить словами. Он заявляет, что всё, что существует, фундаментально представляет собой бескрайнюю коллекцию замороженных моментов. Каждый момент имеет форму конфигурации вселенной. Каждая конфигурация существует - и переживается любым существом, захваченным в этой конфигурации, - как момент времени. Барбур называет коллекцию всех моментов 'кучей моментов'. Моменты в куче не следуют один за другим, один после другого. Для них нет порядка. Они просто есть. В метафизической картине Барбура совсем ничего не существует, кроме этих чистых моментов времени.

Вы можете возразить: 'Но я переживаю течение времени'. Барбур скажет, что нет. Всё, что переживает любой из нас, будет настаивать он, есть моменты - моментальные кадры впечатлений. Снимок вашего пальца - это один моментальный кадр, один момент в куче. Снимок вашего пальца еще раз - это другой момент. У вас есть впечатление, что второй следует за первым, но это иллюзия. Вы так думаете, потому что во второй момент у вас есть память о первом моменте. Но эта память не есть переживание течения времени (которого, говорит Барбур, не происходит); это означает, что память о первом моменте есть часть переживания второго момента. Все, что мы переживаем - и все, что согласно Барбуру реально, - есть индивидуальные моменты из кучи.