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

Это анти-термодинамическое поведение проявляется в вырождении звездных скоплений. Если бы звездное скопление должно было вести себя термодинамически, оно достигло бы равновесия - в этом случае это состояние, в котором все его звезды имели бы одинаковую среднюю скорость и вечно пребывали бы в группе. Вместо этого звездные кластеры медленно рассеиваются. Это происходит интересным образом. Каждый раз, когда звезда сближается с двойной звездой - то есть, двумя звездами, вращающимися друг вокруг друга, - тесное сближение может привести к сужению орбиты двойной звезды. Это орбитальное сжатие высвобождает энергию, которая передается третьей звезде. Теперь третья звезда имеет достаточно энергии, чтобы покинуть скопление, и она начинает путешествие прочь в пространство. Через длительное время от звездного скопления мало что остается, кроме некоторых двойных звезд на близких орбитах и утекающего прочь от скопления о блака быстро движущихся звезд.

Это не противоречит второму закону, а только его наивной интерпретации. Закон, что энтропия должна обычно расти, просто закрепляет банальность, что чем больше способов имеется, чтобы что-либо произошло, тем более вероятно, что оно наступит. Нормальные термодинамические системы в конце концов приходят к единственному скучному состоянию однородного равновесия; гравитационно-

к оглавлениюсвязанные, анти-термодинамические системы оказываются в конечном итоге в одном из огромного числа в высшей степени неоднородных состояний.

Так что факт, что наша вселенная интересна и нетривиальна, имеет тройное объяснение: Принцип управляемой самоорганизации действует на мириады подсистем и масштабов, от молекулярного до галактического, заставляя их эволюционировать к состояниям все более возрастающей сложности. Двигателями, ведущими этот процесс, являются звезды, которые существуют благодаря комбинации тонкой настройки фундаментальных законов и анти-термодинамической природе гравитации . Но эти силы могут произвести вселенную, заполненную звездами и галактиками, только если начальные условия вселенной сильно асимметричны во времени.

Все это может быть сформулировано и, в некоторой степени, понято в рамках Ньютоновской парадигмы. Но если мы продолжаем думать в рамках этой парадигмы, организация мира, кажется, остается с огромными невероятностями - предельной особостью выбора законов и начальных условий. Печальное заключение в том, что единственная разновидность вселенной, которая естественным образом появляется из вневременных воззрений Ньютоновской парадигмы, есть мертвая вселенная в равновесии, что, очевидно, не та разновидность вселенной, в которой мы живем. Но с точки зрения реальности времени полностью естественно, что вселенная и ее фундаментальные законы асимметричны во времени, с сильной стрелой времени, которая осуществляет рост энтропии для изолированных систем вместе с непрерывным ростом структуры и сложности.

к оглавлению

18

Бесконечное пространство или бесконечное время?

Мы видели, что, принимая реальность времени, мы можем осмыслить, почему вселенная полна структуры и сложности. Но как долго она может быть сложной и структурированной? Может ли равновесие быть отложено навсегда? Может быть, мы находимся только в пузырьке сложности в намного большей равновесной вселенной.

Это приводит нас к наиболее умозрительным разделам в современной космологии: очень далеким местам и далекому будущему.

Нет более романтического понятия, чем бесконечность, но в науке эта концепция может легко привести к путанице. Представим себе, что вселенная бесконечна в пространстве. Вообразим также, что везде в ней поддерживаются одни и те же законы, но начальные условия выбирались хаотически. Это картина первоначальной Больцмановской вселенной. Почти все в бесконечной вселенной находится в термодинамическом равновесии; все интересное, что происходит, является следствием флуктуаций. Но все, что происходит внутри флуктуации, будет происходить где-то, но если доступно бесконечное количество этих 'где-то', то каждая флуктуация, не важно, насколько вероятная, будет происходить бесконечное число раз [1].

Так что наша наблюдаемая вселенная могла бы быть просто большой статистической флуктуацией.

к оглавлениюЕсли вселенная на самом деле бесконечна, то наша наблюдаемая вселенная, которая представляет собой область около 93 миллиардов световых лет в поперечнике, будет повторяться бесконечное число раз через бесконечность пространства. Так что, если вселенная бесконечная и Больцмановская, то мы существуем точно как мы есть и действуем точно как мы действуем бесконечное число раз.

Это определенно нарушает Лейбницевский принцип, что не может быть двух идентичных мест во вселенной.

Но не только это. Вообразим любым способом, как вам нравится, что сегодняшний день мог бы быть иным. Я мог бы не родиться. Или вы заключили бы брак с вашей первой любовью. Кто-то мог перебрать алкоголя год назад, не обратить внимания на совет своих друзей, поехать домой и по пути насмерть сбить ребенка. Ваш двоюродный брат был случайно перепутан при рождении, воспитан в неблагополучной семье и стал серийным убийцей. Эволюционировал вид разумных динозавров, решивших для себя проблему изменения климата, и теперь доминирует на планете, так что млекопитающие никогда не владели миром. Все это вещи, которые могли произойти, приведя нас в иную современную конфигурацию вселенной. Каждая такая современная конфигурация есть возможный способ, которым могут быть организованы атомы по соседству от нас. И каждая происходит бесконечное число раз в бесконечном пространстве.

Для меня это ужасная перспектива. Она поднимает этическую проблему, почему я должен заботиться о последствиях выборов, которые я делаю, если все другие выборы сделаны другими версиями меня в других областях бесконечной вселенной? Я могу отдать предпочтение воспитанию моего ребенка в этом мире, но я не должен при этом заботиться о детях в других мирах, которые страдают вследствие плохих решений других моих 'я'?

В дополнение к этому этическому вопросу имеются проблемы в отношении полезности науки. Если в мире есть реальный факт, что все, что может происходить, происходит, то сильно уменьшаются возможности объяснения. Принцип достаточного обоснования Лейбница требует, чтобы была рациональная причина каждого случая, когда вселенная идет одним путем, но могла бы идти другим. Но если вселенная есть каждый возможный путь, тут нечего объяснять. Наука может дать нам проникновение в локальные условия, но, в конечном счете, это бесплодное занятие, поскольку правильный закон будет просто в том, что все, что может произойти, происходит прямо сейчас и бесконечное число раз. Это разновидность сведения к абсурду Ньютоновской