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

В дотехнологическую эру тот факт, что поверхность Земли является двумерной, держал людей относительно изолированными. Большинство людей встречались за время жизни только с несколькими сотнями других - тех, что были в пределах пешей доступности. Они делали все возможное, устраивая праздники и фестивали, чтобы увеличить взаимодействие (точно так, как это делают ученые) с соседними деревнями, а несколько бесстрашных торговцев рисковали за рубежом. Но пространство делало чужаками почти всех из нас.

Теперь мы живем в мире, в котором технология переиграла ограничения, свойственные жизни в низкоразмерном пространстве. Рассмотрим только эффект сотовых телефонов. Я могу взять свой и мгновенно начать говорить почти с любым другим человеком, поскольку 5 миллиардов из 7 миллиардов людей на планете имеют мобильные телефоны. Эта технология эффективно растворила пространство. С точки зрения сотовой связи мы живем в пространстве с 2,5 миллиардами измерений, в котором почти все наши собратья-люди являются нашими ближайшими соседями.

Конечно, Интернет делает то же самое. Пространство, нас разделяющее, растворяется сетью соединений, которая существенно сближает всех. В итоге мы живем вместе в многомерном пространстве. Мы быстро становимся миром, в котором много людей могут выбрать жизнь почти полностью в многомерном пространстве. Все, что для этого нужно, это немного виртуальной реальности - так что, скажем, звонок сотового телефона будет призывать голограмму персоны, которой вы звоните, и проектировать вашу голограмму, где бы вы ни находились.

В многомерном мире с неограниченным потенциалом для связей вы сталкиваетесь с гораздо большим числом вариантов выбора, чем в физическом мире трех измерений. Многие из проблем, с которыми столкнулся наш опутанный проводами мир, возникают вследствие этого безмерно возросшего моря возможностей, и многие из общественных средств массовой информации, которые быстро распространились, выстроены для эксплуатации и управления этим морем.

к оглавлению

Представим себе ребенка, воспитанного в таком многомерном мире, где пространство роли не играет. Он будет думать о своем мире как о гигантской сети, в которой изменчивые и динамические системы связей поддерживают каждого в одном шаге от любого другого. Представим теперь, что кто-то выключил рубильник. Питание исчезает, и жители сети впадают в куда более ограниченный и менее возбуждающий мир. Они откроют, что они на самом деле живут в трех измерениях и что пространство разделяет большинство людей. Число соседей сократится с 5 миллиардов до горстки, и почти любой внезапно окажется очень далеко.

Эта картина является метафорой того, как некоторые физики в настоящее время думают о пространстве. Мы (да, я тоже среди них) верим, что пространство есть иллюзия и что реальные взаимоотношения, формирующие мир, представляют собой динамическую сеть, немного похожую на Интернет или сотовую сеть. Мы испытываем иллюзию пространства, поскольку большая часть из возможных связей выключена, выталкивая все далеко.

Эта картина возникает из класса подходов к квантовой гравитации, в которых пространство не принимается как фундаментальное, а время принимается. Эти подходы постулируют фундаментальную квантовую структуру - одну из тех, которые не нуждаются в пространстве для своего определения. Идея в том, что пространство возникает точно так же, как возникает термодинамика из физики атомов. Такие подходы фоново-независимы, поскольку они не предполагают существования фиксированной фоновой геометрии. Напротив, первичным понятием является граф или сеть, определяемая, по сути, без ссылки на пространство.

Первый из этих подходов, который был разработан, назван причинные динамические триангуляции , изобретен Яном Амбьорном и Ренатой Лолл и усовершенствован их соавторами [2]. Этот подход следует квантовым граффити (называемым так, поскольку они предполагают, что фундаментальными объектами в природе являются графы), изобретенным Фотини Маркопулу [3]и исследованным ее соавторами [4]. Интуитивная картина пространства, возникающего из выключения связей в сети, которую я только что давал, наиболее близко им соответствует. Третий подход - в котором имеется глобальное время, которое принимается фундаментальным, но в котором пространство не является эмерджентным, - введен Петром Хоравой [5]. Некоторые подходы к теории струн, называемые подходами матричных моделей, также могут быть описаны указанным образом [6].

За счет принятия фундаментальности времени эти подходы отличаются от старых

к оглавлению

фоново-независимых подходов, постулирующих, что пространство-время - все вместе, как в монолитной вселенной - должно возникать из более фундаментального описания, в котором ни пространство, ни время не являются первичными. Указанные подходы включают петлевую квантовую гравитацию , причинные серии и некоторые другие подходы к теории струн.

Имеются уроки, которые нужно извлечь из успехов и неудач каждого набора подходов. Они составляют историю, о которой пойдет речь в этой главе.

Полезная метафора, возникающая из некоторых подходов к квантовой гравитации, заключается в представлении, что пространство не непрерывно, а представляет из себя решетку дискретных точек (см. Рис. 13). Частицы живут на узлах решетки и двигаются путем перепрыгивания к ближайшим соседям. Две частицы действуют силой или оказывают влияние друг на друга, только если они являются соседями. Если решетка низкоразмерная, число частиц, подходящих для взаимодействия, мало; оно возрастает вместе с размерностью, как и в нашем обсуждении человеческих соседей.

Мы можем представить свет как фотоны, которые путешествуют путем прыгания, сосед за соседом, вдоль решетки. Чтобы послать фотон к удаленной частице, требуется много прыжков, а следовательно, это занимает время.

Теперь подумаем о мире на сети, который имеет намного больше связей. Вещи будут ближе одна к другой в том смысле, что потребуется меньше

Рис.13 . Пространство как решетка точек. Частица может быть только в одном из узлов, а движение состоит в прыжках от узла к узлу .

к оглавлению

шагов, чтобы установить связь через сеть, так что потребуется меньше времени, чтобы послать сигнал между двумя узлами сети.

Один из наших принципов для новой космологии оговаривает, что ничто не должно воздействовать, не подвергаясь воздействию само. Так что если сеть указывает частицам, как двигаться, не должна ли сеть также изменяться в зависимости от того, где находятся частицы? Это могло бы составить образ физического мира, не сильно отличающегося от нашего взаимосвязанного человеческого мира. Мир есть динамическая сеть взаимоотношений; что бы ни жило на сети и какой бы ни была структура самой сети, то и другое подвержено эволюции. Таким представляется мир в фоново-независимых подходах к квантовой гравитации.