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

Мы не живем в такой вселенной, но могли бы жить, если возможные вселенные соответствуют решениям законов физики. Чтобы объяснить, почему мы видим только вещи, которые происходят или произошли, и никогда не видим чего-либо, что еще не произошло или никогда не произойдет, мы должны наложить строгие начальные условия. Эти условия запрещают вселенной стартовать с какими бы то ни было переносимыми светом свободно летающими изображениями. Это сильно асимметричное налагаемое условие, но оно необходимо, чтобы объяснить электромагнитную стрелу времени.

Аналогичная история справедлива и в отношении гравитационно-волновой стрелы времени и стрелы времени черных дыр. Если фундаментальные законы симметричны во времени, то все бремя объяснения, почему наша вселенная асимметрична во времени, падает на выбор начальных условий. Так что вы должны наложить условие, что изначально во вселенной нет свободно двигающихся гравитационных волн, нет начальных или ранних черных дыр и нет белых дыр.

Этот момент был подчеркнут Роджером Пенроузом, и он предложил принцип для его объяснения, который назвал гипотезой кривизны Вейля [9]. Кривизна Вейля есть математическая величина, которая не равна нулю всякий раз, когда имеется гравитационное излучение или черные или белые дыры. Принцип Пенроуза заключается в том, что в начальной сингулярности эта величина исчезает. Он отметил, что это согласуется с тем, что мы знаем о ранней вселенной. Это асимметричное во времени условие, поскольку оно определенно не выполняется во вселенной в более поздние времена. В более позднее время вселенная имеет огромное количество гравитационных волн и огромное количество черных дыр. Следовательно, утверждает Пенроуз, чтобы объяснить вселенную, которую мы видим, это асимметричное во времени условие должно

к оглавлениюбыть наложено на выбор решения (симметричных во времени) законов ОТО.

Это объяснение нашей вселенной требует асимметричных во времени начальных условий и очень сильно ослабляет аргумент в пользу нереальности времени, основанный на том, что законы природы симметричны во времени. Вы не можете проигнорировать роль начальных условий и заявить, что прошлое подобно будущему, когда, чтобы добиться хотя бы грубого согласия с нашей вселенной, начальные условия должны быть выбраны очень непохожими на те же условия, которые эволюционировали [10].

Бремя объяснения тогда падает на вопрос о том, как были выбраны начальные условия. Однако мы не имеем рационального объяснения тому, как они выбирались, так что мы достигли тупика, оставив критический вопрос о нашей вселенной без ответа.

Имеется другой и более простой вариант. Мы уверены, что наши законы являются приближениями к более глубокому закону. Что если этот более глубокий закон асимметричен во времени?

Если фундаментальный закон асимметричен во времени, тогда такими являются и большинство его решений [11]. Тогда не должно быть проблемы в объяснении, почему мы никогда не наблюдаем сумасшедших вещей, которые могли бы появляться из запуска естественных процессов в обратном направлении, поскольку обращенные во времени решения законов больше не будут решениями. Загадка, почему мы видим только изображения из прошлого, но не из будущего, решена. Тот факт, что вселенная в высшей степени асимметрична во времени, непосредственно объяснялся бы асимметрией во времени фундаментального закона. Асимметричная во времени вселенная больше не была бы невероятной, она была бы необходимой.

Как я понимаю, именно это имел в виду Пенроуз, когда предложил гипотезу кривизны Вейля. Разница между физикой вблизи начальной сингулярности и физикой более поздней вселенной навела бы нас на квантовую теорию гравитации, которая, с точки зрения Пенроуза, должна быть сильно несимметричной во времени теорией. Но несимметричная во времени теория неестественна, если время эмерджентно. Если фундаментальная теория не содержит понятия времени, у нас нет способа отличить прошлое от будущего. Экстремальная невероятность нашей вселенной все еще будет требовать объяснения.

Асимметричная во времени теория намного более естественна, если время фундаментально. Действительно, ничто не может быть более естественным, чем иметь фундаментальную

к оглавлениютеорию, которая отличает прошлое от будущего, поскольку прошлое и будущее весьма различны. В рамках метафизической системы взглядов, в которой время и течение моментов от прошлого к будущему реальны, совершенно естественно иметь асимметричные во времени законы, управляющие асимметричной во времени вселенной. Так что реальность времени за счет этого рассмотрения получает доверие, поскольку она позволяет нам избежать необходимости оставить огромную невероятность - сильную асимметрию нашей вселенной во времени - без объяснения. Будем считать это еще одним шагом в открытии времени.

*

Можем ли мы говорить о вселенной как о чем-то невероятном?

Несколько раз в этой главе я ссылался на нашу вселенную или на ее начальные условия как на невероятные - например, когда я утверждал, что невероятно вселенной, управляемой симметричными во времени законами, иметь стрелу времени. Но только что означает утверждение, что вселенная невероятна? Вселенная уникальна и имеет место только раз. Это единственная вещь из ее вида. Ее любое свойство не должно иметь вероятность?

Чтобы устранить указанную путаницу, нам надо знать, что мы имеем в виду, когда говорим, что некоторая система имеет невероятную конфигурацию. В рамках Ньютоновской парадигмы это имеет смысл, поскольку описание ссылается на подсистему вселенной, которая может быть одной из многих подсистем ее вида. Но это, очевидно, неприменимо ко всей вселенной.

Вы можете попытаться определить вероятность того, что наша вселенная имеет некоторое свойство, предположив, что начальные условия были выбраны хаотически из конфигурационного пространства. Но мы знаем, что это предположение ошибочно: Мы знаем, что наша вселенная не была произведена за счет случайного выбора, поскольку для многих ее свойств экстраординарно маловероятно, что они возникли в результате такого выбора.

Вы можете избежать этой проблемы, представив, что имеется большое число вселенных. Однако, как мы говорили в Главе 11, есть два вида теорий мультивселенной: те, в которых наша вселенная нетипична и, следовательно, невероятна подобно другим, сгенерированным вечной инфляцией; и те, которые иллюстрируются космологическим естественным отбором, который генерирует ансамбль вселенных, где вселенные, подобные нашей, вероятны. Как

к оглавлениюя объяснял в Главе 11, только в последнем виде теорий возможны фальсифицируемые предсказания для осуществимых наблюдений; в первом классе теорий должен быть использован антропный принцип, чтобы выделить нашу вселенную из вида невероятных вселенных, и невозможны предсказания, на основе которых могли бы быть независимо проверены гипотезы, лежащие в основе сценария. Мы должны заключить, что есть ли много вселенных или есть только одна, не существует эмпирического содержания для утверждения, что наша вселенная невероятна.