Современная космология: философские горизонты - Коллектив авторов

Онтология свернутых размерностей. В теории струн продолжается развитие идеи Калуцы о многомерности пространства и свернутом (компактифицированном) характере дополнительных измерений, которые, тем не менее, приводят к наблюдаемым физическим эффектам[217]. Но обязательно ли все дополнительные измерения должны быть свернуты? Выбор свернутого характера измерений объясняет их ненаблюдаемость и дает возможность математического описания. Но является ли компактификация единственной возможностью? Дополнительные измерения или даже параллельные миры в принципе могли бы существовать и в несвернутом виде. Весь вопрос в том, как объяснить их ненаблюдаемость и научиться эффективно описывать.

В частности, причина 3-мерности пространства может заключаться в том, что трехмерен сам наблюдатель. Если бы он был другой пространственно-геометрической природы, например, был бы пространственно 4-мерным[218], то, возможно, он бы воспринимал окружающее его пространство также 4-мерным. Эту гипотезу можно рассматривать как своеобразное расширение антропного принципа: пространство таково (а именно 3-мерно) именно потому, что 3-мерен существующий в нем человек.

0 поиске новых принципов. Б. Грин неоднократно и настойчиво призывал искать некий фундаментальный принцип в теории струн: «… является ли сама теория струн необходимым следствием некоторого более широкого принципа, — возможно, но необязательно, принципа симметрии, — в том же самом смысле, в котором принцип эквивалентности с неизбежностью приводит к общей теории относительности, а калибровочные симметрии приводят к негравитационным взаимодействиям? К моменту написания данной книги ответ на этот вопрос никому не известен»[219]. Он выражает надежду, что подобный принцип существует: «… центральный организующий принцип, который охватывает эти открытия, а также другие свойства теории в рамках одного универсального и систематического подхода, который делает существование каждого ингредиента абсолютно неизбежным, все еще не найден. Открытие этого принципа было бы центральным событием в развитии теории струн, так как это, вероятно, раскрыло бы внутренние механизмы теории с недостижимой ранее ясностью. Конечно, нет гарантии, что такой фундаментальный принцип существует, однако эволюция физики в течение последнего столетия дает теоретикам основания надеяться, что он все-таки есть. Так как мы рассматриваем следующую стадию развития теории струн, нахождение ее «принципа безальтернативности» — той базовой идеи, из которой вся теория появится с необходимостью, — имеет высший приоритет»[220]. Подобная точка зрения в своеобразной форме поддерживается и С. Вайнбергом. С его точки зрения, «Хотя и нетрудно представить окончательную теорию, которая не имеет объяснений с помощью более глубоких принци-лов, очень трудно вообразить окончательную теорию, которая не нуждается в таком объяснении»[221].

Квантовая петля и Планковская ячейка пространства как фундаментальные объекты петлевой квантовой космологии

В теории петлевой квантовой гравитации теория относительности сохраняется по существу нетронутой, изменяется только процедура ее применения в квантовой механике. В последние годы сторонники петлевой квантовой гравитации добились больших успехов и достигли глубокого понимания, однако их подход, по-видимому, недостаточно кардинален для решения фундаментальных проблем квантования тяготения[222].

Создателями «петлевой квантовой теории гравитации» (в 80-е годы XX века) являлись Ли Смолин, Абэй Аштекар, Тэд Джекобсон и Карло Ровелли. Согласно этой теории, пространство и время состоят из дискретных частей, представляющих собой квантовые ячейки пространства. Они определённым способом соединены друг с другом так, что на больших масштабах плавно переходят в непрерывное гладкое пространство-время. Если многие космологические модели могут описать поведение Вселенной только на большом удалении от планковского времени (после Большого взрыва), авторы петлевой квантовой гравитации считают, что их теория может описать сам процесс взрыва, и даже заглянуть в эпоху до него.

Вместе с тем, пока общепризнанная физика петель отсутствует, по крайней мере, она нигде четко не прописана.

Этой физики нет ни у Ровелли, ни у Смолина и т. д. В частности, на наш взгляд, существует трудность онтологической интерпретации петель и квантовых ячеек пространства.

Так же, как и в ТСС, в ПТКГ существуют фундаментальные объекты. Как уже отмечалось, можно выделить три таких объекта: петли, квантованные (планковские) площади и объемы. К. Ровелли даже считает, что «между двумя теориями (ТСС и ПКТГ — В.Э.) существуют несомненные сходства: прежде всего тот очевидный факт, что обе теории начинают с допущения (idea), что значимые (релевантные) возмущения на планковском масштабе представляют собой одномерные объекты — назовем их петлями или струнами»[223]. Это означает, что К. Ровелли онтологически отождествляет петлю и суперструну.

Ключевая идея петлевой квантовой гравитации состоит в описании поля, подобного электромагнитному, непосредственно в терминах линий этого поля. Было показано, что ОТО можно выразить на языке калибровочных полей. Метрика пространства-времени при этом оказывается чем-то подобным электрическому полю. При этом в отсутствие вещества линии поля могут замыкаться, формируя петли. В итоге квантовая геометрия представляет собой определенный вид графа, а квантовое пространство-время есть последовательность событий, по которым эволюционирует граф через локальные изменения в своей структуре[224]. «Состояния частиц ассоциируются с графами, растянутыми в трехмерном пространстве»[225].

Рассмотрим по отношению к петлям и планковским ячейкам пространства те же онтологически значимые вопросы, которые мы поставили в отношении природы струн: 1) материальны ли петли и планковские ячейки, 2) представляют ли они только лишь геометрическую структуру, онтологию которой еще следует определить, 3) или же они — некое абстрактное математическое средство, математическая конструкция, введенная для теоретически более эффективного (а может быть и чисто прагматического) решения некоторых физических проблем? Среди исследователей мнения по поводу ответов на эти вопросы также разделились.

Материальны ли фундаментальные объекты ПТКГ? Можно ли след матрицы вокруг замкнутой петли в пространстве рассматривать как материальный объект? По-видимому, нет. Возможно, в петлевой квантовой гравитации подобное допустимо только уже на уровне элементарных частиц. Причем была найдена и объединяющая модель — модель преонов, первичных частиц, различные комбинации из которых дают все известные элементарные частицы. «Но одна вещь ясна. Теория струн больше не является единственным подходом к квантовой гравитации, который также унифицирует элементарные частицы… Петлевая квантовая гравитация уже имеет в себе элементарные частицы, и недавние результаты наводят на мысль, что это в точности правильная физика частиц — стандартная модель… петлевая квантовая гравитация относится не только к квантовому пространству-времени — она уже содержит в себе физику элементарных частиц»[226].

Причем, и в этом случае материальность возникает, фактически, как эмерджентный феномен. Л. Смолин следующим образом трактует основную идею в этом плане Ф. Маркопоулоу: «частица должна быть некоторым видом эмерджентного возбуждения квантовой геометрии, путешествующего через геометрию, почти как волна путешествует через твердое тело или жидкость. Однако, чтобы была воспроизведена известная нам физика, эти эмерджентные частицы должны описываться как чисто квантовые частицы, игнорируя квантовую геометрию, через которую они путешествуют»[227]. Можно «идентифицировать такую квантовую частицу и показать ее движение, как если бы она была в обычном пространстве. В ее аналогии окружением является квантовое пространство-время, которое, будучи динамическим, постоянно изменяется. Квантовая частица должна двигаться через него, как будто бы оно было фиксированным, нединамическим фоном.

Используя эти идеи, Ф. Маркопоулоу и ее сотрудники смогли показать, что некоторые фоново-независимые теории квантовой гравитации имеют эмерджентные частицы. Но что это за частицы? Соответствуют ли они чему-либо, что наблюдается?»[228]. А вот все дальнейшее, вся дальнейшая онтология выражается через перекручивания ребер графов Смолин трактует это следующим образом: «Состояния частиц ассоциируются с графами, растянутыми в трехмерном пространстве. Пространство является фоном, но оно не имеет свойств, кроме своей топологии; вся информация об измерениях геометрии — вроде длин, площадей и объемов — происходит от графов. Но поскольку графы растянуты в пространстве, теория содержит в себе очень много дополнительной информации, которая, кажется, не должна ничего делать с геометрией. Это происходит вследствие бесконечного числа способов, которыми ребра графов могут запутываться, связываться и заплетаться в трехмерном пространстве… различные способы сплести и запутать ребра графов в квантовом пространстве-времени должны быть различными видами элементарных частиц»[229].