Брайан Грин - До конца времен. Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной

Существует также не самая популярная точка зрения, которая объясняет туманность изначальным квантовым ограничением на точность измерений, а не фундаментальной размытостью реальности. В этом подходе — его обычно называют «бомовской механикой» в честь физика Дэвида Бома, но иногда говорят и о «теории де Бройля — Бома», включая авторство нобелевского лауреата Луи де Бройля, — частицы сохраняют резкие и тонные траектории. Эти траектории отличаются от тех, что предсказывает классическая физика (на частицы во время движения действует дополнительная квантовая сила), но, воспользовавшись приведенным в главе сравнением, скажем, что эти траектории можно проводить острым пером. Неопределенность и размытость, упоминаемые в более традиционной формулировке квантовой механики, проявляются как статистическая неопределенность начального состояния любой заданной частицы. Разница между двумя этими подходами, хотя и существенная в плане картины реальности, которую рисует каждая из теорий, практически никак не влияет на квантовые предсказания.

Инфляционная космология — это совокупность теорий (в отличие от конкретной теории), основанных на предположении о том, что на раннем этапе развития Вселенная прошла короткий период стремительного ускоренного расширения. Конкретный механизм возникновения этой фазы и конкретные детали ее развития варьируют от одной математической формулировки к другой. Простейшие варианты плохо уживаются со все более точными наблюдательными данными, поэтому фокус сместился к несколько более сложным версиям инфляционной теории. Критики утверждают, что эти самые более сложные версии менее убедительны, и, более того, демонстрируют, что инфляционная парадигма слишком гибкая и полностью опровергнуть ее невозможно никакими данными. Сторонники утверждают, что мы здесь являемся свидетелями нормального научного процесса: мы непрерывно совершенствуем свои теории, приводя их в соответствие с наиболее точной информацией, извлекаемой из наблюдательных измерений и математических соображений. Говоря в более общем плане и на более формальном языке, утверждение, широко принимаемое космологами, состоит в том, что Вселенная пережила некую фазу, на протяжении которой размер сопутствующего горизонта уменьшился. Менее ясно, верно ли эта фаза описывается инфляционной космологией, в которой динамика обусловлена равномерно распределенной энергией скалярного поля, пронизывающей пространство (см. примечание 3 к этой главе), как я описал, или эта фаза, возможно, вызвана другим механизмом (среди множества предложенных физиками теорий можно назвать такие, как отскакивающая космология, инфляция браны, сталкивающиеся миры — браны, теории с переменной скоростью света и т. п.). В главе 10 мы коротко обсудим возможность отскакивающей космологии в варианте Пола Стейнхардта, Нила Турока и их коллег, в которой Вселенная проходит многочисленные циклы космологической эволюции.

Для особенно усердного читателя позвольте пояснить важный момент, затуманивающий рассказ. Если все, что вам известно о данной физической системе, — это то, что она обладает не максимальной доступной энтропией, то второе начало термодинамики позволяет вам сделать не один, а целых два вывода: во-первых, наиболее вероятным результатом эволюции системы по направлению в будущее станет увеличение ее энтропии, а во-вторых, наиболее вероятным результатом эволюции системы по направлению в прошлое будет также увеличение ее энтропии. Таково неотъемлемое свойство симметричных относительно хода времени законов — уравнений, которые совершенно одинаково работают при развитии сегодняшней ситуации как вперед, так и назад. Проблема в том, что высокоэнтропийное прошлое, к которому приводят такие соображения, несовместимо с низкоэнтропийным прошлым, о котором свидетельствуют память и записи. (Мы помним, что частично растаявшие кубики льда раньше были менее растаявшими, то есть обладали меньшей энтропией, а не более растаявшими и, соответственно, более высокоэнтропийными.)

Что еще важнее, высокоэнтропийное прошлое подорвало бы нашу уверенность не в чем-нибудь, а в самих законах физики, потому что такое прошлое не включало бы в себя эксперименты и наблюдения, которые поддерживают эти самые законы. Чтобы избежать потери уверенности в наших представлениях, мы должны принудительно ввести низкоэнтропийное прошлое. Как правило, мы делаем это путем введения нового предположения, предложенного философом Дэвидом Альбертом и известного как гипотеза прошлого. Гипотеза эта гласит, что энтропия зафиксирована на низком уровне вблизи Большого взрыва и с тех пор в среднем стабильно возрастает. Именно такой подход мы неявно использовали в этой главе. В главе 10 мы явным образом проанализируем маловероятную, но представимую возможность рождения низкоэнтропийного состояния из предыдущей высокоэнтропийной конфигурации. Вводную информацию и подробности см. в главе 7 книги «Ткань космоса» [Грин Б. Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности. — М.: Либроком, 2015. — Прим. ред.].

Математические описания энтропии позволяют сформулировать вопрос точно: в пределах произвольной области существует гораздо больше вариантов, в которых величина поля различается (выше здесь, ниже там, еще ниже вон там и так далее), чем тех, в которых она однородна (имеет одно и то же значение во всех точках); следовательно, требуемые условия обладают низкой энтропией. Однако здесь существует не проговариваемое вслух формальное положение, которое важно озвучить. Для простоты я воспользуюсь классическим языком, но все соображения здесь напрямую переводятся на язык квантовой физики. В микромире ни одна конфигурация частиц или полей фундаментально не выделена из всех прочих, поэтому в общем случае мы считаем их все равновероятными. Но это предположение опирается на то, что философы называют принципом безразличия. Выделяя при отсутствии априорных оснований одну микроскопическую конфигурацию относительно другой, мы присваиваем им равные вероятности реализации. Когда же мы сдвигаем фокус внимания на макромир, то вероятность одного макросостояния относительно другого определяется отношением числа микросостояний, реализующих каждое из них. Если одно из макросостояний обеспечивается вдвое большим числом микросостояний, чем другое, то и вероятность возникновения первого макросостояния будет вдвое выше, чем второго.

Обратите внимание, однако, что фундаментально принцип безразличия должен иметь эмпирическое основание. В действительности повседневный опыт подтверждает разумность применения принципа безразличия, хотя и неявного, во многих областях. Возьмите хотя бы наш пример с бросанием монет. Считая, что каждое «микросостояние» монет (состояние, задаваемое полным перечислением состояний всех монет: 1-я монета лежит орлом, 2-я монета — решкой, 3-я — решкой и так далее) равновероятно любому из остальных, мы делаем вывод, что те «макроскопические» ситуации (состояния, описываемые только общим числом орлов и решек, но не положением отдельных монет), которые могут быть реализованы большим числом микросостояний, более вероятны. Когда мы бросаем монеты, это предположение эмпирически подтверждается редкостью тех исходов, которые могут быть реализованы лишь небольшим числом микросостояний (таких как все орлы, к примеру) и заурядностью тех, которые могут быть реализованы множеством микросостояний (таких как половина орлов и половина решек).