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.

---

    Это перекодирование уравнений Эйнштейна в правила для изменения графов работает в обе стороны. Вы можете начать с теории Эйнштейна и проследовать по процедуре превращения классической теории в квантовую теорию. Эта процедура была разработана и проверена на многих других теориях. Применение

к оглавлению

Рис.15. Правила, по которым графы эволюционируют во времени в петлевой квантовой гравитации. Каждый кадр может служить малой частью графа, как показано на рисунке.

ее к ОТО является упражнением, требующим в техническом смысле напряжения сил, но после ее аккуратного проведения она приводит к картине, которую мы здесь описали, с точными правилами для изменения графов во времени. Таким образом, мы называем петлевую квантовую гравитацию 'квантованием' ОТО [10].

    В качестве альтернативы мы можем стартовать с квантовых правил для изменения графов и поинтересоваться, могут ли правила классической ОТО быть выведены как приближение к квантовым правилам. Это аналог вывода уравнений, которые описывают течение воды из фундаментальных законов, которым подчиняются атомы, составляющие воду. Это упражнение называется выводом классической теории из классического предела квантовой теории. Это сложно, но с недавних пор имеются положительные результаты в петлевой квантовой гравитации [11]. Они использовали пространственно-временной подход к квантовому пространству-времени, именуемому моделью спиновой пены, в которой сеть, лежащая в основе геометрии пространства, рассматривается как часть большей сети, охватывающей пространство и время. Отсюда спиновая пена дает квантовую версию картины монолитной вселенной, в которой пространство и время объединены в единую структуру. Что особенно впечатляет, так это что имеются некоторые независимые результаты, показывающие возникновение ОТО из моделей спиновой пены.

    Легко добавить в картину квантовой геометрии даже материю. История

к оглавлению

та же, что и в модели решетки, только теперь решетка может изменяться. Мы можем вставлять частицы в узлы или вершины. Они двигаются, прыгая от узла к узлу вдоль ребер, точно так же, как и в модели решетки. Если вы посмотрите в достаточной степени издалека, вы не увидите узлы и графы, вы увидите только гладкую геометрию, которая их аппроксимирует. Частицы тогда будут выглядеть, как будто они путешествуют через пространство. Так что возможно, что когда мы кидаем мяч, на самом деле происходит то, что атомы в мяче перепрыгивают от атома пространства к атому пространства и к атому пространства.

    Однако, результаты, которые показывают, что ОТО возникает из петлевой квантовой гравитации, как бы важны они ни были, достигаются с некоторыми ограничениями. В некоторых случаях описание ограничено малой областью пространства-времени, окруженной границей. Наличие границы говорит нам, что петлевая квантовая гравитация лучше понимается как описание малой области пространства-времени, и поэтому соответствует Ньютоновской парадигме.

    Имеются также результаты в теории струн, наводящие на мысль, что пространство-время может появляться в ограниченной области - по меньшей мере, когда космологическая константа принимает отрицательное значение. Они возникают в контексте дуальности между ОТО и масштабно-инвариантной теорией, гипотезу о которой высказал Хуан Малдасена, о чем я упоминал в Главе 14. Если эта гипотеза верна - а многие результаты ее поддерживают - тогда классическое пространство-время может появляться во внутренней области, граница которой имеет фиксированную классическую геометрию.

    Таким образом, и петлевая квантовая гравитация и теория струн намекают, что квантовая гравитация может быть понята как описание областей пространства-времени с границами, поэтому укладывается в рамки Ньютоновской парадигмы. Их самые сильные результаты достигнуты в контексте физики в ящике, без обращения к проблеме, может или не может описание быть масштабировано к теории целой замкнутой вселенной.

    Другое допущение при получении результатов петлевой квантовой гравитации о появлении пространства-времени заключается в том, что графы, описывающие квантовую геометрию пространства, ограничены тем, что уже выглядит как дискретная картина низкоразмерного пространства [12]. В этих случаях локальность пространства фиксируется тем, что каждая вершина или узел графа соединяется только с небольшим числом других вершин. Точно как в загородном

к оглавлению

поселке, каждый узел имеет только несколько ближайших соседей. Чтобы пропутешествовать между широко разнесенными узлами, частица должна сделать много перескоков. Для преодоления длинного пути для частицы или для квантового переноса информации требуется время. Поэтому возникает описание мира с конечной скоростью света. Однако, имеется много состояний квантовой геометрии, в которых нет хорошей версии локальности. Имеются графы, в которых каждый узел связан с каждым другим узлом только через несколько шагов. До сегодняшнего дня методы петлевой квантовой гравитации не прояснили, как развиваются такие квантовые геометрии.

    Рассмотрим пример в двумерном пространстве - а именно, большую область плоскости, как показано на Рис.13. Эта плоскость может иметь квантово-геометрическое описание, изображаемое на рисунке на языке графов. Теперь рассмотри два узла, которые удалены друг от друга на графе на много шагов; мы будем называть их Тед и Мэри. Мы можем сделать новый граф из старого, добавив другое ребро, которое связывает Теда непосредственно с Мэри (см. Рис.16). Это описывает квантовую геометрию, в которой Мэри и Тед являются соседями. Это как если бы они оба просто купили сотовые телефоны; разделяющее их пространство растворяется.

    Если геометрия на самом деле квантовая, тогда в нашей наблюдаемой вселенной имеется, возможно, 10180 узлов - то есть, один узел на кубик с ребром Планковской длины. Если каждый соединен только с несколькими ближайшими соседями, то квантовая геометрия на больших масштабах может выглядеть точно подобно классической

Рис.16. Добавление нелокальной связи нарушает локальность, делая две удаленные точки близкими друг к другу.

к оглавлению

геометрии. Локальность пространства тогда возникает из особого дизайна воспроизводящей его квантовой геометрии. В этом случае, грубо, имеется столько же ребер, сколько и узлов, поскольку каждый узел соединен только с несколькими соседями. Но путем добавления только одного дополнительного ребра к гигантскому числу ребер, составляющих квантовую геометрию, мы разрушаем локальность пространства драматическим образом, делая возможной, по существу, мгновенную коммуникацию между сильно удаленными друг от друга узлами типа Теда и Мэри. Мы называем это нарушением локальности, а добавленное ребро - нелокальной связью [13].

    Удивительно легко нарушить локальность, добавив только одну нелокальную связь. Отдельная нелокальная связь будет одной на 10180 ребер внутри наблюдаемой вселенной, но имеется 10360 возможных мест для ее размещения. Если вы добавляете ее в граф с 10180 ребрами случайно, вы намного более вероятно добавите нелокальную связь, чем локальную, поскольку число способов добавить нелокальную связь намного больше, чем число способов добавить ее локально. Узел на одном конце может быть связан с небольшим числом других узлов, если вы хотите создать локальное соединение. Но если вы не заботитесь о локальности, другой конец мог бы зацепить любой узел во вселенной. Вы опять видите, насколько огромным ограничением является локальность.

    Вы можете удивиться, насколько много нелокальных связей могло бы быть добавлено к квантовой геометрии пространства, прежде чем мы обратим на это внимание в макромире. Поскольку обычные частицы имеют квантовые длины волн на много порядков больше по величине, чем Планковский масштаб, вероятность фотону видимого света найтись на одном конце нелокальной связи, чтобы он смог перескочить от Теда к Мэри, очень мала. Грубые оценки показывают, что порядка 10100 таких нелокальных связей могут быть добавлены, прежде чем эксперимент будет легко детектировать сверхсветовую коммуникацию. Это огромное число (но даже близко не столь огромное как 10180). Тем не менее, узлы, нелокально соединенные через вселенную с чем-то где-нибудь, будут довольно распространены; в среднем их может быть больше одного на кубический нанометр пространства.

    Раз уж мы допустили нелокальные связи, имеется гигантское число способов, которыми локальность может быть нарушена. Вы могли бы также иметь несколько узлов, которые соединены со многими другими узлами. Эти очень общительные узлы могли бы действовать, как