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

    Итак, неизвестная космологическая теория не будет иметь ни симметрий, ни законов сохранения [4]. Некоторые специализирующиеся на частицах физики, находясь под впечатлением успеха Стандартной Модели, решили сказать, что чем более фундаментальной является теория, тем больше симметрии одна должна иметь. Это точно неверный урок, который можно извлечь [5].

*

    Мы подошли теперь к самому важному вопросу по поводу неизвестной космологической теории: Что она должна сказать о природе времени? Будет ли время ликвидировано, как в ОТО Эйнштейна? Исчезнет ли время, и будет возникать только когда необходимо, как в квантовой космологии Барбура? Или время будет играть существенную роль в отличие от любой из теорий со времен Ньютона?

    Я уверен, что время необходимо для любой теории, которая отвечает на вопрос Почему

к оглавлению

такие законы? Если законы должны быть объяснены, они должны развиваться. Это обсуждалось Чарльзом Сандерсом Пирсом, которого я цитировал во Введении. Посмотрим на эту цитату еще раз, чтобы вычленить приведенный им довод. Он начинает: 'Допускать, что универсальные законы природы поддаются постижению умом, и все еще не иметь обоснования для их особых форм, просто констатируя необъяснимость и иррациональность, едва ли является позволительной позицией'.

    Мы можем понимать это как изложение принципа достаточного обоснования Лейбница: Мы должны быть в состоянии сказать, почему законами являются открытые нами законы природы, а не какие-то другие. Пирс еще раз подчеркнул это в следующих двух предложениях: 'Единообразие есть в точности тот сорт фактов, которые должны быть вычисленными. ... Закон поистине есть вещь, которая ожидает обоснования'.

    Это изложение вопроса Почему эти законы?. Факты о мире должны быть объяснены, а более всего требует объяснения факт, почему мы наблюдаем, что в нашей вселенной удерживаются конкретные законы.

    Далее он утверждает, что 'единственно возможный путь вычисления для законов природы и для единообразия в целом - предположить их результатом эволюции'. Это сильное заявление. Пирс не приводит аргументов в пользу своего заключения, что законы должны развиваться; он просто утверждает, что это 'единственно возможное' решение вопроса Почему эти законы? Я не знаю, приводил ли он когда-либо и где-либо в своих многочисленных рукописях и записных книжках доводы к своему заключению. Но вот один из доводов, который он мог бы сделать.

    Наша задача объяснить, почему объект - в данном случае, вселенная - имеет особое свойство, а именно, что элементарные частицы и силы взаимодействуют посредством процессов, описываемых Стандартной Моделью Физики Частиц. Проблема манящая, поскольку мы знаем, что Стандартная Модель со своими особыми параметрами есть только один из гигантского числа возможных выборов законов природы. Так как же нам объяснить, почему объект имеет особые свойства из огромного набора возможных альтернатив?

    Поскольку альтернатив много, мы не видим принципа, устанавливающего точные законы. Если нет необходимого обоснования для выбора, то должно быть некоторое обоснование, почему не хватает логической необходимости. Это могут быть

к оглавлению

или могли бы быть случаи, в которых выбор был сделан по-разному. Как нам объяснить, как был сделан выбор в случае нашей вселенной?

    Если на самом деле имеется только один случай, никогда не будет достаточного объяснения, потому что в силу самого факта не существует логического принципа, который определил бы выбор. Достаточное объяснение требует, чтобы были другие вселенные, с самого начала обеспеченные законами. Что означает, должно было быть более чем одно событие, подобное нашему Большому Взрыву, в котором были выбраны законы природы. (Для простоты мы предполагаем, что законы выбраны при таком драматическом событии как наш Большой Взрыв; мы, безусловно, не имеем подтверждений, что законы природы с тех пор изменились).

    Тогда вопрос заключается в том, как организованы Большие Взрывы - события, выбирающие законы. Тут мы можем сослаться на принцип, что вселенная должна быть замкнута с объяснительной и причинной точек зрения. Это означает, мы допускаем, что вселенная содержит все цепочки причин, необходимых для объяснения чего угодно внутри нее. Если мы хотим объяснить, как при нашем Большом Взрыве были выбраны эффективные законы, мы можем обратиться только к событиям в прошлом Большого Взрыва. И мы можем применить ту же самую логику для причин выбора законов, сделанного при Взрыве приоритетными для нас. Таким образом, должна быть последовательность Взрывов, бесконечно распространяющаяся назад в прошлое. Выберем произвольную стартовую точку много Взрывов назад и проследим за выборами законов вперед. Мы увидим, что законы эволюционируют в процессе достижения нашей сегодняшней вселенной. Так мы дошли до заключения Пирса, что если мы надеемся объяснить законы, эти законы должны развиваться [6].

    Взрывы могут быть чисто последовательными или могут ветвиться - в прошлое, или в будущее, или в обоих направлениях. Мы можем сконструировать различные гипотезы, вроде того, есть ли ветвление и как в точности при этих событиях происходит модификация законов природы. Во всех этих случаях мы будем объяснять выбор законов, сделанный в самом последнем Большом Взрыве, только в терминах событий в его причинном прошлом. Сценарий такого вида вполне может быть проверен экспериментально; события перед нашим Большим Взрывом могут быть наблюдаемы через информацию, сохранившуюся (если это имеет место) в остатке, пережившем рождение нашей вселенной. В Главах 11 и 18 мы увидим примеры сделанных теорией предсказаний, которые позволяют законам природы развиваться до нашего Большого Взрыва.

    Однако, если Большой Взрыв не имеет прошлого, выбор законов и начальных

к оглавлению

условий произволен, и таких тестов не будет. Также не будет никаких тестов сценариев, в которых существует огромная или бесконечная популяция вселенных, чьи Большие Взрывы все целиком причинно не связаны с нашей вселенной. В научной космологии постулирование параллельных вселенных, вселенных, которые причинно с нашей не связаны, не может помочь нам объяснить свойства нашей собственной вселенной. Мы приходим к заключению, что единственный путь получить научную космологическую теорию, которая способна делать фальсифицируемые предсказания, это если законы эволюционируют во времени. (Предсказание теории фальсифицируемо, если она могла бы быть опровергнута выполнимым экспериментом).

    Роберто Мангабейра Унгер определяет это более элегантно [7]. Время или реально, или нет. Если время не реально, то законы не зависят от времени - но тогда выбор законов необъясним по причинам, которые мы уже обсудили. Если, с другой стороны, время действительно реально, то ничто, даже законы, не может длиться вечно. Если законы природы действуют вечно, мы находимся в Ньютоновской парадигме, и вы можете использовать их, чтобы свести любое свойство мира в более позднее время к свойству в более раннее время. Или, что эквивалентно, вы могли бы заменить любую физическую причинность логическим выводом. Так что реальность времени означает, что законы не длятся вечно. Они должны эволюционировать.

    Понятие вневременных законов также нарушает реляционистский принцип, что ничто во вселенной не действует без того, чтобы было обратное действие на него. Если вы отдаете предпочтение исключению законов природы из этого принципа, рассматривая их как нечто вне вселенной, вы ставите законы вне области рационального объяснения. Чтобы сделать законы объяснимыми, вы должны рассматривать их как столь же значительную часть мира, как и частицы, на которые они действуют. Это приводит законы к статусу изменяемых и причинно обусловленных. Они становятся объяснимыми, только когда они принимают участие в танце изменений и взаимного влияния, которое делает мир единым целым.

    Хотя у нас еще нет космологической теории, мы уже кое-что о ней знаем, если озвучены выдвинутые мной принципы:

- Она должна содержать то, что мы уже знаем о природе, но как приближение.   - Она должна быть научной; это означает, что она должна делать проверяемые предсказания для выполнимых экспериментов.   - Она должна решать проблему 'Почему такие законы?'  

к оглавлению - Она должна решать проблему начальных условий.   - Она не должна постулировать ни симметрий, ни законов сохранения.   - Она должна быть замкнутой с причинной и объяснительной точек зрения. Ничто за пределами вселенной не должно быть необходимым, чтобы объяснить любую вещь внутри вселенной.   - Она должна удовлетворять принципу достаточного обоснования, принципу отсутствия действия без взаимности и принципу идентичности неразличимых.   - Ее физические переменные должны описывать эволюционирующие взаимосвязи между динамическими объектами. Не должно быть фоново-зависимых структур, в том числе фиксированных законов природы. Отсюда законы природы развиваются, что подразумевает реальность времени.