Современная космология: философские горизонты - Коллектив авторов

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].

Эти теоретические конструкции в петлевой квантовой гравитации еще раз показывают углубляющуюся тенденцию в фундаментальной физике: за онтологическим уровнем известных элементарных частиц стоят очень абстрактные математические структуры, а материальность, физическая субстанциальность, физическая онтология появляется как эмерджентность этих структур.

Геометрическая природа петель. Петли можно рассматривать скорее как своеобразные геометрические конструкции, обладающие рядом специфических особенностей. Так, например, эти геометрические конструкции включают в себя движение (параллельный перенос спина вокруг замкнутой кривой).

Петли как чистые абстракции. Для петлевой гравитации этот вариант вопроса значительно актуальнее. Прежде всего, сама петля — с точки зрения физической объектности очень абстрактный теоретический объект. В то же время ОТО и квантовая теория нас научили, что физический смысл и физическую объектность могут обрести самые абстрактные математические конструкции (в данном случае — риманова геометрия и операторный анализ в гильбертовом пространстве). Все это ведет современных теоретиков к поиску неких новых ориентиров. Л. Смолин считает, что руководящим принципом создания петлевой теории квантовой гравитации было следующее: «Главная объединяющая идея проста для постановки: не стартовать с пространства или с чего-либо, движущегося в пространстве. Стартовать с чего-либо, что является чисто квантовомеханическим и имеет, вместо пространства, некоторый вид чисто квантовой структуры»1.

На наш взгляд, вопрос о фундаментальных объектах в обеих теориях остается открытым. Смолин дает следующие трактовки фундаментальности первоначал обеих теорий. «Фундаментальные возбуждения являются протяженными объектами. Они включают одномерные возбуждения и двумерные (а возможно, и более высоких размерностей) мембрано-подобные возбуждения»[230]. Т. е. струны и петли не стабильны. Они — возбуждения. Это означает, что в подобных вариантах единых теорий не существует неких фундаментальных объектов, по своей онтологии сравнимых со статусом атомов, апейрона и других античных первоначал. В этом пункте две теории не предлагают нам неких абсолютных первоэлементов. Казалось бы, все это в начале XXI века можно и не обсуждать, поскольку наука давно уже отказалась от существования в физике, а соответственно, и в природе чего-то абсолютного[231]. Стоит лишь еще раз зафиксировать, что и в намечающейся «окончательной теории»[232] может не оказаться каких-то абсолютных субстанций, что, казалось бы, должно быть естественно для подобной теории. С некой метафизической точки зрения онтологический статус подобных объектов невысок: они являются «всего лишь» квантовыми возбуждениями. Каков же статус такой фундаментальности?

Если петли и струны, как и любые другие объекты реальности, нестабильны, т. е. имеют некоторое конечное время своего существования, и если учесть, что имела место их креация в некоторый момент времени, то логично предположить, что наступит космологический момент времени, когда они в космологически значимых количествах начнут распадаться. Но тогда возникает вопрос: распадаться на что? Этот вариант более близок квантовополевым представлениям. Однако КТП, а следовательно и ее фундаментальные представления, являются только лишь низкоэнергетическим приближением теории струн и ТПКГ. Кроме того, в этом случае теряется их статус «окончательной» фундаментальности последних. Вопрос состоит в том, что представляет собой возможный процесс распада струн, петель или планковских элементов объема как первичных элементов реальности? Или, может быть, они начнут исчезать, становясь принципиально ненаблюдаемыми в нашем мире (в нашей Вселенной?)?

Не менее нетривиальным является утверждение о протяженности фундаментального (квантового) возбуждения. Как возникает протяженное квантовое возбуждение? Какие условия заставляют возбуждение «вытягиваться»? И при этом оставаться достаточно стабильным? Вообще говоря, по-видимому, достаточно нетривиальным является вопрос о том, насколько стабильны струны, петли и квантовые ячейки пространства? Что такое протяженный квант?

Обе теории ведут к онтологической двойственности: «В основе теории струн и петлевой квантовой гравитации лежат одномерные протяженные объекты, которые за счет дуальности соответствуют линиям электрического потока квантованного калибровочного поля, являясь фундаментальными степенями свободы теории»[233]. Фактически, получается, что струны и петли имеют двойное онтологическое толкование: это и 1-мерные протяженные объекты, и одновременно (но дуально) линии электрического потока квантованного калибровочного поля. Если это верно, то можно говорить об онтологической двойственности физической реальности на ее самом фундаментальном первичном уровне.

Анализ этих двух теорий выявляет существенные расхождения в онтологических трактовках перечня имеющейся в них фундаментальной объектности. С одной стороны, фундаментальными объектами теории струн являются сами струны[234]. С другой стороны, независимый от них фон, в котором они передвигаются (фактически, пространство) и который характеризуется «метрикой и другими классическими полями»[235]. Получается, что метрика и классические поля являются не менее фундаментальными объектами ТСС, поскольку определяют независимое (классическое) пространство. На самом деле онтология независимого фона в ТСС еще сложнее, поскольку сам фон «фиксируется выбором» этих полей и метрики. Но тогда эти поля через особенности задаваемого ими фона (пространства) оказывают воздействие на специфику движения и, вероятно, другие особенности самих струн. Получается, что струны (на квантовом уровне) определяют классические поля, а они, в свою очередь фиксируют основу фундаментальных физических свойств струн — движения и вибраций[236]. Получается замкнутое и достаточно красивое взаимодействие струн, полей и фона. Но — в отсутствии некоего фундаментального единства.

Нечто подобное относится и к петлевой гравитации. Хотя «петли существуют на более фундаментальном уровне, на котором нет классических полей и метрики», в ПТКГ наряду с петлями и квантовыми ячейками пространства как фундаментальными объектами теории существует также скалярное поле, которое, в частности, как предполагается в теории, определяет такое фундаментальное (атрибутивное) понятие всей существующей физики, как время1. Существуют также квантовые ячейки пространства. Все это также пока далеко от ожидаемого единства. Сколько же в итоге существует в этих теориях фундаментальных объектов?

Следуя традиции, которая берет свое начало с И. Ньютона, появление новой теории гравитации, даже если она представляет собой не полную теорию, а только видоизменение уже существующих теорий, традиционно сопровождается попытками применения ее к описанию Вселенной, т. е. возникновением очередной космологической модели. ТСС и ТПКГ продолжают эту традицию. В этом разделе мы рассмотрим несколько моделей ранней Вселенной, основанных на разрабатываемых теориях квантовой гравитации.

Струнная космология. Теория струн модифицирует стандартную космологическую модель в следующих трех пунктах. Во-первых, Вселенная должна иметь минимально допустимый размер. Этот вывод меняет представление о сингулярном состоянии Вселенной непосредственно в момент Большого взрыва.2 Во-вторых, в космологии, особенно на планковском масштабе, во многом определяющее значение имеет понятие Т-дуальности (топологической дуальности) в ТСС, то есть дуальности малых и больших радиусов (в его тесной связи с существованием минимального размера). В-третьих, поскольку число пространственновременных измерений в теории струн больше четырёх, космология должна описывать эволюцию всех этих измерений[237].