Юрий Артамонов - Ли Смолин. Возрожденное время: От кризиса в физике к будущему вселенной
Эти утверждения могут показаться ужасными для любого, чье мировоззрение оставляет место для свободы воли или человеческого фактора. Я не буду привлекать здесь этот аргумент, мое обоснование реальности времени базируется только на науке. Моей задачей будет объяснить, почему обычные аргументы в пользу предопределенного будущего неправильны с научной точки зрения.
В Части I я представлю научное обоснование для уверенности, что время есть иллюзия. В Части II я уничтожу эти аргументы и покажу, почему время должно быть принято как реальное, если фундаментальная физика и космология собираются преодолеть кризис, перед которым они сейчас стоят.
Чтобы обрисовать аргументы Части I, я прослежу развитие концепции времени, использовавшейся в физике от Аристотеля и Птолемея через Галилея, Ньютона, Эйнштейна и других до наших современных квантовых космологов, и покажу, как наша концепция времени шаг за шагом ослаблялась по мере прогресса физики. Разговор об истории под таким углом также позволяет мне мягко ввести материал, который нужен непрофессионалам для понимания аргументов. На самом деле ключевые позиции могут быть введены на обычных
к оглавлению
примерах падающих шаров и кружащихся планет. Часть II рассказывает о более современной истории, поскольку дискуссия о том, что время должно быть заново внедрено в ядро науки, возникла в результате недавних разработок.
Мои доводы начинаются с простого наблюдения: Успех научных теорий от Ньютона до наших дней основан на использовании этими теориями особой системы объяснений, изобретенной Ньютоном. В соответствии с этой системой природа состоит только из частиц с не зависящими от времени свойствами, чьи движения и взаимодействия определены не зависящими от времени законами. Свойства частиц, такие как их массы и электрические заряды, никогда не меняются, и так же не меняются законы, которые на них воздействуют. Эта система идеально подходит для описания малых частей вселенной, но она разваливается на части, когда мы пытаемся применить ее ко вселенной как целому.
Все главные теории физики относятся к части вселенной - радио, мяч в полете, биологическая клетка, Земля, галактика. Когда мы описываем часть вселенной, мы оставляем себя и наши измерительные приспособления вне системы. Мы не принимаем во внимание нашу роль в выборе или приготовлении изучаемой нами системы. Мы не упоминаем эталонные тела отсчета, которые служат для установления местоположения системы. И самое критичное для нашего заключения о природе времени, мы не включаем в систему часы, с помощью которых мы измеряем изменения в системе.
Попытки расширить физику до космологии приносят новые проблемы, которые требуется заново осмыслить. Космологическая теория не может исключить что-либо из рассмотрения. Чтобы быть полной, она должна принимать во внимание все во вселенной, включая нас самих как наблюдателей. Она должна учитывать наши измерительные инструменты и часы. Когда мы разрабатываем космологию, мы сталкиваемся с новыми обстоятельствами: Невозможно оказаться вне системы, которую мы изучаем, если эта система вся вселенная.
Более того, космологическая теория должна работать без двух важных аспектов научной методологии. Основное правило науки заключается в том, что эксперимент должен быть проведен много раз, чтобы быть уверенным в результате. Но мы не можем сделать это со вселенной как целым - вселенная происходит только один раз. Так же мы не можем приготовить систему иными способами и изучить последствия. Все это весьма реальные препятствия, которые сильно усложняют научный поиск на уровне вселенной как целого.
к оглавлению
Несмотря на это, мы хотим расширить физику до космологической науки. Наше первое побуждение взять теории, которые так хорошо работают в применении к малым частям вселенной, и увеличить их масштаб для описания вселенной как целого. Как я покажу в Главах 8 и 9, это не может работать. Ньютоновская система не зависящих от времени законов, действующих на частицы с не зависящими от времени свойствами, неприменима для задачи описания целой вселенной.
На самом деле, как я подробно покажу, именно особенности, которые делают эти виды теорий столь успешными в применении к малым частям вселенной, приводят к их краху, когда мы пытаемся применить их ко вселенной как целому.
Я осознаю, что это утверждение идет в разрез с практикой и надеждами многих коллег, но я только прошу, чтобы читатель уделил все внимание предлагаемому в Части II обоснованию этого. Там я покажу в общем случае и проиллюстрирую частными примерами, что когда мы пытаемся увеличить масштаб применения наших стандартных теорий до космологической теории, мы получаем в награду дилеммы, парадоксы и вопросы, на которые нет ответа. Среди них крах любой стандартной теории при попытке применить ее к оценке выборов, сделанных в ранней вселенной, - выбора начальных условий и выбора самих законов природы
Некоторая литература по современной космологии содержит попытки очень умных людей побороться этими дилеммами, парадоксами и вопросами без ответа. Идея о том, что наша вселенная является частью гигантской или бесконечной мультивселенной, популярна - и это понятно, поскольку она базируется на методологической ошибке, в которую легко попасть. Наши текущие теории могут работать на уровне вселенной, только если вселенная является подсистемой большей системы. Так что мы изобретаем фиктивное внешнее окружение и заполняем его другими вселенными. Это не может привести ни к какому реальному научному прогрессу, поскольку мы не можем подтвердить или опровергнуть любые гипотезы о вселенных, причинно не связанных с нашей собственной [2].
Цель этой книги - подсказать, что есть другой путь. Нам нужно порвать с прошлым и приступить к поиску нового вида теории, которая может быть применена к целой вселенной, - теории, которая избегает путаницы и парадоксов, отвечает на вопросы, на которые трудно ответить,
к оглавлению
генерирует настоящие физические предсказания для космологических наблюдений.
У меня нет такой теории, но я могу предложить набор принципов, которыми можно руководствоваться при ее поиске. Они представлены в Главе 10. В следующей за ней главе я иллюстрирую, как принципы могут стимулировать новые гипотезы и модели вселенной, что укажет путь к правильной космологической теории. Центральный принцип заключается в том, что время должно быть реальным и физические законы должны эволюционировать в этом реальном времени.
Идея эволюционирующих законов не нова, также не нова идея, что космологическая наука их потребует [3]. Американский философ Чарльз Сандерс Пирс записал в 1891 году: "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. Единообразие есть в точности тот сорт фактов, которые должны быть вычисленными. ... Закон поистине есть вещь, которая ожидает обоснования.
Теперь единственно возможный путь вычисления для законов природы и для единообразия в целом - предположить их результатом эволюции"[4]. Современный философ Роберто Мангабейра Унгер совсем недавно заявил: "Вы можете отследить свойства существующей вселенной назад к свойствам, которые она должна была иметь при своем начале. Но вы не можете показать, что эти свойства являются единственными свойствами, которые могла иметь любая вселенная. ... Раньше или позже вселенные могли иметь совершенно отличающиеся законы. ... Установить законы природы не означает описать или объяснить все возможные истории всех возможных вселенных. Существует только относительное отличие между объяснением как бы на основе закона и перечислением одномоментных исторических последовательностей"[5]. Поль Дирак, который ранжируется вместе с Эйнштейном и Нильсом Бором как один из самых важных физиков 20-го столетия, размышлял: 'В начале времени законы Природы, вероятно, сильно отличались от того, что они представляют из себя сейчас. Таким образом, мы должны рассматривать законы Природы как постоянно изменяющиеся вместе с эпохой, вместо того, чтобы поддерживаться неизменными
к оглавлению
по всему пространству-времени' [6]. Джон Арчибальд Уилер, один из великих американских физиков, также воображал, что законы эволюционируют. Он предположил, что Большой Взрыв был одним из серии событий, при которых законы физики перерабатывались. Он также писал: 'Нет законов, исключая того закона, что законов нет' [7]. Даже Ричард Фейнман, другой великий американский физик и студент Уилера, однажды погрузился в размышления в интервью: 'Единственная область, которая не признает никаких эволюционных вопросов, это физика. Мы говорим, здесь есть законы, ... но как они добрались по этому пути во времени? ... Так что может оказаться, что они [законы] не те же самые во все времена и что тут имеется исторический, эволюционный вопрос [8]'.
