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

Даже если мы справились с проверкой того, что пространственная кривизна слабо отрицательна, это не обеспечивает доказательства, что наша вселенная является одним из пузырей гигантской мультивселенной. Имеется немало космологических моделей и сценариев, совместимых с небольшой отрицательностью кривизны; одна из них заключается в том, что наша вселенная уникальна и просто является решением уравнений Эйнштейна с отрицательной кривизной. Такие решения существуют и не требуют инфляции для их подтверждения. Другая модель, что инфляция произвела только одну вселенную. И ни одно наблюдение не может подтвердить гипотезу о свойствах предполагаемой коллекции других вселенных, которые никаким образом не влияют на нашу собственную.

*

Сценарий вечной инфляции требует выбора возможных теорий, и это может быть удовлетворено огромным числом возможных теорий струн.

к оглавлению

То, что имеется большой ландшафт возможных струнных теорий, было ясно из вышеупомянутой статьиСтроминджера 1986 года, но ситуация стала кризисом, который невозможно игнорировать, когда в 2003 было открыто подтверждение существования астрономического числа теорий струн с малыми положительными величинами космологической константы [14]. Их число грубо оценивается в 10500. Однако, по крайней мере, до сегодняшнего дня, это число, хотя и чрезвычайно велико, все еще конечно. Далее в 2005 физик из Массачусетского Технологического Института Вашингтон Тейлор и его коллеги смогли сконструировать подтверждение бесконечного числа струнных теорий с малыми отрицательными космологическими константами [15].

Это имеет интересное следствие, на которое указал физик из Южной Африки Ф.Р. Эллис [16]. Если на самом деле имеется бесконечное число струнных теорий с малыми отрицательными величинами космологической константы, но только конечное число с малой положительной космологической константой, то мы должны предсказать космологическую константу малой и отрицательной. Если реальная величина хаотически распределена среди вселенных в мультивселенной, то мы бесконечно более вероятно будем жить во вселенной с отрицательной величиной, чем во вселенной с положительной величиной, поскольку имеется бесконечно больше первого, чем последнего. Это могло бы быть настоящим предсказанием теории струн, а такие вещи редки. Принимая это за чистую монету, свидетельствуем, что теория ошибочна, так как измеренная величина космологической постоянной положительна.

Некоторые струнные теоретики предостерегали, что в конструировании струнных теорий все еще есть много чего открывать, так что еще может быть открыто доказательство для бесконечного числа струнных теорий с положительной величиной космологической постоянной. Другой реакцией было привлечение антропного принципа для утверждения, что вселенные с отрицательными величинами космологической константы, описанные Тейлором и его коллегами, должны быть исключены, поскольку они неблагоприятны для жизни [17]. Однако, все, что нам нужно для того, чтобы бесконечность вселенных с отрицательной космологической константой доминировала над конечным числом вселенных с положительной космологической константой, это чтобы любая конечная доля первых содержала жизнь.

Проблема с антропной космологией в том, что вы всегда можете манипулировать допущениями, когда вы работаете с такими теоретическими объектами как другие вселенные, которые в принципе не наблюдаемы [18]. Мы

к оглавлению

не можем проверить гипотезу, что имеется гигантское или бесконечное число других вселенных, также мы не можем рассчитать, как среди них распределены различные свойства. Мы можем рассуждать, могут или не могут иметь жизнь вселенные, отличные от нашей, но мы не можем проверить наши аргументы путем наблюдений.

Впечатляющая разница между антропными теориями и космологическим естественным отбором заключается в том, как они обращаются с запутанной проблемой космологической константы. Как отмечалось, эта важная константа физики была измерена и оказалась малой, но положительной величиной: в единицах шкалы Планка 10-120. Тайна в том, почему она так мала. Один существенный факт состоит в том, что если мы увеличиваем космологическую константу от ее наблюдаемой величины, оставляя все другие константы физики и космологии фиксированными, мы вскоре достигнем величины, при которой вселенная расширяется настолько быстро, что галактики никогда не формируются. Назовем это критической величиной . Она примерно в двадцать раз превышает наблюдаемую величину.

Почему это важно? Я начну с ошибочного рассуждения, которое проводится подобно следующему:

(1) Галактики необходимы для жизни. Иначе звезды бы не сформировались, а без звезд не было бы ни углерода, ни энергии, чтобы обеспечить возникновение сложных структур, включая жизнь, на поверхности планет. (2) Вселенная полна галактик. (3) Но космологическая константа должна быть меньше, чем критическая величина, если галактики должны формироваться. (4) Отсюда антропный принцип предсказывает, что космологическая константа должна быть меньше критической величины.

Вы сможете увидеть ошибку? Пункт ?1 справедлив, но он не играет роли в логике рассуждения. Настоящая аргументация начинается с пункта ?2. Тот факт, что вселенная заполнена галактиками, очевиден из наблюдений; не важно, возможна или не возможна будет жизнь вне галактик. Так что первый пункт может быть отброшен из рассуждения без ослабления итогового заключения. Но пункт ?1 единственное место, где упомянута жизнь,

к оглавлению

так что раз уж он отброшен, антропный принцип не играет роли. Правильное заключение таково:

(4) Отсюда наблюдаемый факт, что вселенная полна галактик, подразумевает, что космологическая константа должна быть меньше критической величины.

Один из способов понять ошибочность рассуждения - спросить, как мы будем реагировать, если космологическая константа окажется больше критической величины. Мы не будем оспаривать утверждение ?1, которое во всех случаях не имеет значения. Мы не будем оспаривать пункт ?2, который есть констатация факта. Мы можем поставить под сомнение только пункт ?3, который есть теоретическое утверждение. Вдруг наши вычисления критической величины неверны.

В 1987 Стивен Вайнберг предложил оригинальное объяснение малой величине космологической константы, которое не подпадает под эту ошибку, но все еще использует антропный принцип [19]. Оно примерно такое: Предположим, что наша вселенная одна из гигантской мультивселенной, в которой величины космологической константы хаотически распределены между нулем и единицей [20]. Поскольку нам для жизни требуются галактики, мы должны жить в одной из вселенных с космологической константой ниже критической величины. Но мы могли бы жить в любой из таких вселенных. Следовательно, наша ситуация такова, как если бы космологическая константа была извлечена из шляпы фокусника хаотическим выбором некоторого числа между нулем и критической величиной. Это значит, что невероятно, чтобы величина нашей космологической константы была намного меньше критической величины, поскольку только мельчайшая доля чисел в вошедшей в поговорку шляпе будет столь мала. Мы должны ожидать, что космологическая константа в нашей вселенной имеет тот же порядок величины, что и критическая величина, поскольку имеется намного больше чисел, грубо говоря, того же размера, чем чисел, которые намного меньше.