Юрий Артамонов - Ли Смолин. Возрожденное время: От кризиса в физике к будущему вселенной
По своей сущности Ньютоновская парадигма сконструирована из ответов на два основных вопроса:
- Каковы возможные конфигурации системы?
- Каковы силы, которым подвергается система в каждой конфигурации?
Возможные конфигурации также называются начальными условиями, поскольку мы определяем их, чтобы дать старт движению системы. Правила, по которым описываются силы и их влияние, называются законами движения. Эти законы представляются уравнениями. Когда вы подставляете в уравнения начальные условия, уравнения дают вам будущую эволюцию системы. Это называется решением уравнений. Имеется бесконечное число таких решений, поскольку имеется бесконечное число возможных начальных условий.
Мы должны осознавать, что такой мощный метод основан на некоторых мощных предположениях. Первое заключается в том, что конфигурационное пространство не зависит от времени. Предполагается, что некоторый метод может дать полный набор возможных конфигураций заранее - это означает, до того, как мы увидим настоящую эволюцию системы. Возможные конфигурации не эволюционируют, они просто есть. Второе предположение в том, что силы, а, следовательно, и законы, которым система подвержена, не зависят от времени. Они не меняются во времени, и они также, по-видимому, могут быть определены до настоящего изучения системы.
Урок из всего этого столь же простой, сколь и ужасающий. В той степени, в какой предположения, лежащие в основе Ньютоновской парадигмы, осуществляются в природе, время несущественно и может быть удалено из описания мира. Если пространство возможных конфигураций может быть определено вне времени, и законы тоже, тогда историю любой системы не нужно рассматривать как эволюционирующую во времени. Для того, чтобы можно было сформулировать ответ на любой вопрос физики, достаточно рассматривать полную историю любой системы как отдельную замороженную кривую в конфигурационном пространстве. По-видимому, самый существенный
к оглавлению
аспект нашего переживания мира - его представление для нас как последовательности настоящих моментов - пропадает из нашей самой успешной парадигмы для описания природы.
Мы начали с наблюдения за теннисным мячом с телефонным номером, написанным на его боку пурпурными чернилами, перебрасываемым между двумя писателями по имени Дэнни и Джанет 4 октября 2010 в Хай Парке. Наше глубочайшее понимание того, как он движется, свелось к рассмотрению вневременной картинки, содержащей бесцветную кривую в абстрактном пространстве.
к оглавлению
5
Изгнание новшеств и сюрпризов
Изобретение Ньютоновской парадигмы как основного метода изучения физики в ящике было ключевым этапом в изгнании времени. Одним из следствий были доводы в пользу детерминизма, превосходно озвученные Пьером-Симоном Лапласом, который заявлял, что если бы он задал все точные положения и скорости всех атомов во всей вселенной вместе с точным описанием сил, которым они подвержены, он мог бы предсказать будущее вселенной с любой точностью. Это утверждение с тех пор убеждало многих, что будущее полностью определено настоящим.
Но у данного утверждения есть важное допущение, которое может вызвать вопрос, а именно, что вы можете распространить Ньютоновский метод на вселенную как целое, включив в ящик все, что угодно. Но физика в ящике начинается с изолирования малой подсистемы вселенной. Мог ли Лаплас на самом деле выйти из затруднительного положения, проигнорировав этот этап?
Вернемся к игре в мяч в парке.
Теперь уже 14 августа 2062 года, 3:15 пополудни. Лаура, внучка Дэнни и Джанет, будет кидать игрушку - летающую тарелку Frisbee - Франческе, дочери Билли и Роксаны, которая также появилась в парке. Когда
к оглавлению
Лаура кидает тарелку, Франческа отвлекается на вспышку от сообщения, приходящего к ней на микроячейку телефона, имплантированную в ее сетчатку. Упустит ли она тарелку?
Если вы верите, что Ньютоновская парадигма в точности применима к миру, то вы верите, что в 2010, в котором Дэнни и Джанет будут сочетаться браком (друг с другом, оказывается, но никто не мог предположить, что в тот момент), уже определено, когда их сын поймет, на ком он женится, и когда будет зачата его дочь, и будет ли она или нет иметь склонность к игре в летающую тарелку. Вы должны верить, что каждое отдельное движение, мысль, идея и эмоция, которые постоянно будут иметь эти люди, уже определена в настоящем. Вы должны верить, что полный список всех тех, кто будет жить во все времена, уже установлен, даже если невозможно представить технологию для его расшифровки.
Вы должны верить не только в то, что это уже определено - и, на самом деле, было определено в течение миллиардов лет, - что будет игра между Лаурой и Франческой в летающую тарелку этим днем, даже несмотря на то, что они выросли на противоположных концах парка и встретились менее чем за пять минут до этого. И вы должны верить, что ничего нельзя было бы сделать, чтобы предотвратить разработку имплантируемых в сетчатку микроячеечных телефонов, и что ничего нельзя было бы сделать, чтобы предотвратить передачу от кого-то точно в тот момент рокового сообщения, отвлекшего Франческу. Тем не менее, она поймает летающую тарелку? До того, как замигал ее микрофон, ни один наблюдающий не мог бы этого знать, но, если будущее определено в принципе, уже есть некоторая величина, которая могла бы быть измерена сейчас, чтобы подсказать нам это.
Требование, что законы физики плюс начальные условия определяют будущее, сведенное к мельчайшим деталям, является удивительным требованием, поскольку на долгом пути мельчайшие детали становятся значимыми. В каждом успешном зачатии один из, грубо, 100 миллионов сперматозоидов оплодотворяет яйцеклетку. Это происходило, грубо, 100 миллиардов раз с момента появления людей и триллионы раз до того, во время эволюции наших предков. Триллионы выборов одного из 100 миллионов это чудовищно много информации, но мы должны верить, что все это и многое, многое другое было записано в начальных условиях вселенной в некоторое более раннее время. И это только одна маленькая деталь жизни на одной маленькой планете.
к оглавлению
Это часть смысла утверждения, что в Ньютоновской парадигме время исчезает. Все вещи, которые всегда происходили, которые происходят сейчас и которые всегда будут происходить есть только точки на траектории в конфигурационном пространстве вселенной, на кривой, которая уже определена. Прохождение времени не приносит новшеств и сюрпризов, для перемен есть только перегруппировка одних и тех же фактов.
Если имеется место для новшеств и сюрпризов, то должно быть что-то ошибочное с Ньютоновской парадигмой или, по меньшей мере, с распространением ее от метода изучения малой подсистемы вселенной до точного описания целой вселенной. Одно ограничение состоит в том, что если будущее определено заданием начальных условий, вам нужно знать, что определяет начальные условия. Когда вы пытаетесь найти причины, почему вещи такие, какие они есть и никакие иные, вы двигаетесь все глубже и глубже в прошлое.
Когда вы идете дальше в прошлое, вы должны рассматривать все большую и большую область пространства, содержащую события, которые могли влиять на любого из предков Дэнни и Джанет. Если вы двигаетесь на миллионы лет назад к случайной встрече двух их предков вида Homo Erectus из различных групп кочевников, вы должны проинспектировать регион в 2 миллиона световых лет вокруг, чтобы убедиться, что там не было сверхновой достаточно близко, чтобы нанести ущерб Земле. Если мы пройдем весь путь назад к истокам жизни на Земле, нам нужно проверить изрядную часть наблюдаемой вселенной.
Итак, если мы пытаемся найти не только необходимые, но и достаточные причины, мы не можем избежать заключения, что полный набор достаточных причин встречи Дэнни и Джанет включает условия на космологических расстояниях и временах от этого счастливого события. Когда мы продвигаем цепочку причин назад, рано или поздно будет включена вся вселенная. И прежде чем мы дойдем до конца причин, мы достигнем момента Большого Взрыва. Так что конечные достаточные причины встречи Дэнни и Джанет находятся в начальных условиях вселенной в момент Большого Взрыва. Таким образом, конечная применимость доводов о детерминизме сводится к вопросу о космологии. Если мы хотим понять, была ли и как была определена встреча наших героев, нам нужна теория вселенной как целого.
Проблема детерминизма сталкивается с тем фактом, что метод изучения физики в ящике применим к малым подсистемам вселенной.
