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

• Название: Ли Смолин. Возрожденное время: От кризиса в физике к будущему вселенной
• Автор: Юрий Артамонов
• Жанр: Современная проза

════Реально ли время? Релятивистский и квантовый полюса современной физики свидетельствуют, что нет, и время является иллюзией. Будущее с точки зрения законов физики фундаментально не отличается от прошлого и полностью определено этими законами и начальными условиями вселенной. Однако, иллюзорность времени приводит к ряду парадоксов и вопросов, на которые нет ответа или приходится отвечать так, что остается неудовлетворенность и чувство тупика. Пример: почему мы имеем те законы, которые имеем? Доминирующая сейчас космологическая парадигма ссылается на теории мультивселенной и антропный принцип, что принципиально не проверяемо и не дает предсказаний наблюдаемых явлений.

════Американский физик-теоретик Ли Смолин в своей четвертой книге "Возрожденное время" утверждает, что есть иной выход. Все обоснования иллюзорности времени опровергаемы. Признание реальности времени открывает ряд новых интригующих возможностей. Например, что законы природы эволюционируют в этом реальном времени и могут быть объяснены своей историей. Или что можно обойти конфликт между объяснением квантовых явлений через скрытые переменные (неизбежно нелокальным) и принципом относительности.

════ Книга программная и вводная, она анонсирует строгий натурфилософский труд по вопросу реальности времени и эволюции законов, который пишется сейчас Смолином вместе с бразильским философом Роберто Унгером. Будет крайне интересно проследить за развитием объявленных идей.

---

    Игра прыгающих электронов разрушает СТО. Прыжки через достаточно большие расстояния мгновенны, поэтому требуют понятия одновременных событий, разделенных большими расстояниями. Это, в свою очередь, требует передачи информации быстрее света. Тем не менее, статистические предсказания из квантовой теории воспроизводятся, и таким образом могут быть сделаны согласующимися с теорией относительности. Но когда вы заглянете за сцену, там обнаружится предпочтительная одновременность и, следовательно, предпочтительное время, точно как в теории де Бройля-Бома.

    В обеих теориях скрытых переменных, которые я описал, принцип достаточного обоснования удовлетворяется. Имеется детальная картина того, что происходит в индивидуальных событиях, которая объясняет, что квантовая механика оценивает как неопределенное. Но цена - нарушение принципов теории относительности - высока.

*

к оглавлению

    Могла бы существовать теория скрытых переменных, совместимая с принципами теории относительности? Мы знаем, что ответ 'нет'. Если бы была такая теория, она нарушала бы теорему о свободе воли - теорему, подразумевающую, что нет способа определить, что будет делать квантовая система (отсюда нет теории скрытых переменных), до тех пор, пока удовлетворяются допущения теоремы. Одно из таких допущений есть относительность одновременности.

    Упомянутая выше теорема Джона Белла также исключает локальные теории скрытых переменных - локальные в том смысле, что они содержат только коммуникации со скоростью, меньшей скорости света.

    Но теория скрытых переменных возможна, если она нарушает теорию относительности.

    До тех пор, пока мы просто фиксируем предсказания квантовой механики на уровне статистики, мы не должны задавать вопрос, как на самом деле устроены корреляции. И только когда мы ищем описание того, как информация передается внутри запутанной пары, нам необходимо понятие мгновенной коммуникации. И когда мы ищем, как выйти за пределы статистических предсказаний квантовой теории к теории скрытых переменных, мы приходим к конфликту с относительностью одновременности.

    Чтобы описать, как устроены корреляции, теория скрытых переменных должна воспользоваться определением одновременности единственного наблюдателя. Это, в свою очередь, означает, что имеется привилегированное понятие покоя. Что, в свою очередь, предполагает, что вы можете высказываться в абсолютном смысле по поводу того, кто движется по отношению к такому единственному наблюдателю - назовем его Аристотель. Аристотель покоится. Все, что он видит движущимся, движется на самом деле. Конец истории.

    Другими словами, Эйнштейн ошибался. Ньютон ошибался. Галилей ошибался. Не существует относительности движения.

    Это наш выбор. Или квантовая механика является конечной теорией и нельзя проникнуть за ее статистическую вуаль, чтобы достичь более глубокого уровня описания, или прав Аристотель и имеется привилегированная версия движения и покоя.

к оглавлению

14

Время, возрожденное из относительности

    Мы видели, что реальность времени открывает новые подходы к пониманию того, как вселенная выбирает свои законы, в то же время делая возможным новое разрешение тайн квантовой механики. Но мы все еще должны преодолеть большое препятствие, которое заключается во внушительном аргументе СТО и ОТО в пользу картины монолитной вселенной. Этот аргумент делает вывод, что реальна только история вселенной как вневременного целого [1].

    Аргумент в пользу монолитной вселенной покоится на относительности одновременности, которая является составной частью СТО (см. Главу 6). Но если время реально в смысле реального настоящего момента, имеется граница, с которой могут согласиться все наблюдатели, между реальным настоящим и еще не реальным будущим. Это подразумевает универсальное физической понятие одновременности, которое включает в себя удаленные события и даже всю вселенную. Это может быть названо привилегированным глобальным временем ('глобальное' тут означает, что определение времени распространяется по всей вселенной). Мы имеем прямую конфронтацию между утверждением, что должно существовать привилегированное глобальное время, и утверждением, что принципы теории относительности

к оглавлению

этому препятствуют. К тому же, как мы видели в последней главе, привилегированное глобальное время является необходимым ингредиентом любой теории скрытых переменных, которая объясняет выборы, сделанные любой индивидуальной квантовой системой. Поэтому, как мы также видели в последней главе, налицо конфликт между относительностью одновременности и принципом достаточного обоснования.

    Целью настоящей главы является разрешение конфликта в пользу принципа достаточного обоснования. Это означает отказ от относительности одновременности и принятие его противоположности: что имеется привилегированное глобальное время. Замечательно, что это не требует свержения теории относительности; оказывается, что достаточно ее переформулировать. Сутью разрешения конфликта является новый и более глубокий способ понимания ОТО, который раскрывает новую концепцию реального времени.

    Привилегированное понятие глобального времени выделяет семейство наблюдателей, распределенных по вселенной, чьи часы измеряют указанное время. Это предполагает привилегированное состояние покоя, напоминающее понятие покоя Аристотеля или эфир из физики 19-го столетия, которые Эйнштейн разрушил своим изобретением СТО. Для физиков до Эйнштейна указанный эфир был необходим, поскольку световая волна нуждалась в среде, по которой она должна распространяться. Эйнштейн уничтожил его, поскольку его принцип относительности одновременности предполагает отсутствие эфира, отсутствие состояния, всегда и всюду покоящегося [2].

    Тут не только противоречие, но также и причина для депрессии. Уничтожение эфира было великим триумфом целенаправленных рассуждений над ленивыми традициями мышления. Так легко думать о мире в терминах Аристотеля. Галилей и Ньютон установили относительность инерциальных систем отсчета, что сделало невозможным детектирование привилегированного состояния покоя через наблюдение за тем, как движутся тела. Но идея покоя как чего-то естественного все еще тихо пряталась в умах физиков, давая место эфиру в ожидании, когда теоретикам понадобится среда для распространения света. Только Эйнштейн имел проницательность, необходимую, чтобы все это вместе уничтожить. И, тем не менее, кажется, что у нас есть основания вернуться к идее привилегированного глобального понятия времени. Факт, что это противоречит триумфу Эйнштейна над эфиром, является психологическим барьером для принятия аргументов в пользу реальности времени всерьез - или, по меньшей мере, так было в моем случае.

к оглавлению

    Перед тем, как обсуждать, как теория может разрешить указанное противоречие, посмотрим на то, что должен сказать эксперимент. Привилегированное глобальное понятие времени предполагает привилегированного наблюдателя, часы которого измеряют это привилегированное время. Это противоречит относительности инерциальных систем отсчета, в соответствии с которой нет экспериментального или наблюдательного способа выделить наблюдателя, предположительно покоящегося, от других, движущихся с постоянной, но произвольной скоростью.

    Первая вещь, на которую надо обратить внимание, это что вселенная устроена таким образом, что действительно выделяет привилегированное состояние покоя. Мы это знаем, потому что когда мы смотрим вокруг через наши телескопы, мы видим великое множество галактик, двигающихся прочь от нас примерно с той же скоростью в любом направлении. Но это может быть только правдой одного наблюдателя, поскольку кто-то, быстро удаляющийся от нас в пространство, будет видеть те галактики перед ним, с которыми он связан, двигающимися медленнее, чем галактики позади него. Более того, у нас есть хорошее свидетельство, что галактики однородно распределены в пространстве, по меньшей мере, когда их положение усреднено на достаточно большом масштабе, - то есть, вселенная кажется одинаковой, когда мы смотрим в любом направлении. Из этих фактов мы можем вывести, что в каждой точке в пространстве будет выделенный специальный наблюдатель, который видит галактики, удаляющиеся от него с той же скоростью в каждом направлении [3]. Так что движения галактик выделяют привилегированного наблюдателя и, следовательно, привилегированное состояние покоя в каждой точке пространства.

    Другим способом выделить привилегированное семейство наблюдателей является использование космического микроволнового фона. Эти привилегированные наблюдатели видят КМФ, приходящий к ним с одинаковой температурой со всех направлений в небе [4].