Юрий Артамонов - Ли Смолин. Возрожденное время: От кризиса в физике к будущему вселенной
Проблема в том, что, поскольку мы не наблюдаем ни одну из других вселенных, невозможно узнать, какие константы варьируются по гипотетической мультивселенной. Если мы допускаем, что правильная история в том, что по мультивселенной варьируется только космологическая константа, рассуждение Вайнберга правильно. Если мы предполагаем, что, напротив, правильная история в том, что варьируются и космологическая константа, и размер флуктуаций, рассуждение становится менее
к оглавлению
правильным. В отсутствие любого независимого подтверждения того, какая из этих гипотез верна, если вообще верна хоть одна, рассуждение не приводит ни к каким заключениям.
Так что заявление о том, что рассуждение Вайнберга корректно предсказывает грубую величину космологической константы, неадекватно вследствие более тонкой ошибки, чем мы обсуждали выше. Эта ошибка, которая известна специалистам по теории вероятностей, возникает как только вы злоупотребляете свободой произвольного выбора распределения вероятности, которое описывает ненаблюдаемые сущности и, тем самым, не может быть проверено независимым образом. Исходный аргумент Вайнберга не имеет логической силы, поскольку вы могли бы прийти к другому заключению, сделав другое допущение по поводу ненаблюдаемых сущностей [25].
Космологический естественный отбор лучше в плане объяснения тех же фактов, поскольку он обеспечивает основание для определения как размера флуктуаций, так и космологической константы. Вспомним, что в некоторых простых моделях инфляции размер флуктуаций сильно антикоррелирует с размером вселенной; это означает, чем меньше размер флуктуаций, тем больше вселенная и отсюда (при прочих равных условиях) больше черных дыр. Так что размер флуктуаций должен быть вблизи нижнего предела диапазона, требуемого, чтобы галактик формировались. Это же, в свою очередь, предполагает, что малое значение для критической величины космологической константы соответствует формированию галактик. Космологический естественный отбор вместе с простой моделью инфляции предсказывает, что как размер флуктуаций, так и космологическая константа должны быть малыми. Предсказание не произвольно, и оно хорошо согласуется с фактами.
Однако, антропный принцип совместим с намного меньшими вселенными, поскольку отдельная галактика, вероятно, достаточна, чтобы дать начало разумной жизни. Наблюдения подтверждают, что у высокой доли звезд имеются планеты, так что богатство галактики планетами должно быть достаточным для гарантирования, что, как минимум, одна из них имеет жизнь. Добавление многих галактик не увеличит вероятности возникновения жизни.
Антропный энтузиаст может возразить, что антропный принцип может быть сохранен путем его модификации, при которой мы более вероятно обитаем во вселенной с высоким числом планет, дающих приют жизни. Это дает основание предпочитать вселенные настолько большие, насколько возможно, и это предполагает
к оглавлению
низкую величину и плотности флуктуаций, и космологической константы.
Должно происходить нечто забавное, поскольку мы, очевидно, изменили предсказание теории, на самом деле не меняя ни одного факта. Две версии антропного принципа не отличаются в любом утверждении по поводу реальной мультивселенной, а отличаются только в том, как мы выбираем вселенные, которые, как мы чувствуем, мы должны рассматривать из намного большей популяции неблагоприятных для жизни вселенных.
'Подождите минуту', - может ответить антропный энтузиаст, - 'Цивилизация в мультивселенной более вероятно найдется во вселенной со многими цивилизациями, и поэтому со многими галактиками, чем во вселенной только с одной галактикой'. Это кажется, на первый взгляд, правдоподобным аргументом, но мы должны возразить: 'Откуда вы знаете?' В мультивселенной могло бы существовать намного больше мелких вселенных, чем больших вселенных, так что случайно выбранная цивилизация более вероятно будет в малой вселенной. Какой сценарий правильный, зависит от относительного распределения больших и малых вселенных в мультивселенной, но эта характеристика не может быть верифицирована независимо. Теоретики могли бы, вероятно, произвести различные модели в пользу различных распределений размеров вселенных, но тот факт, что вы можете регулировать ненаблюдаемые особенности вашего сценария, чтобы позволить вам подобрать тот, что лучше соответствует вашей гипотезе, не дает оснований для подтверждения этого сценария.
Однако, в космологическом естественном отборе наша вселенная является типичным членом популяции вселенных, и тут нет произвола для внедрения настраиваемого принципа, чтобы отобрать нетипичный случай.
Заметим, что в обсуждении не идет речь о создании вселенных в черных дырах против их создания как пузырей во время инфляции. Речь идет о роли времени и динамики в логике, с помощью которой сценарии объясняют известные особенности вселенной и предсказывают новые. Инфляционная модель могла бы использовать время и длинные цепочки поколений - пузыри внутри пузырей внутри пузырей - и, таким образом, избежать зависимости от антропного принципа и насладиться преимуществами космологического естественного отбора.
Суть не столько в том, что теория, которая постулирует непрерывную эволюцию
к оглавлению
во времени, лучше, чем вневременная теория в подгонке к наблюдаемым фактам. Суть также в том, что теория, обращающаяся к эволюции, делает ясные предсказания, тогда как предсказания антропного аргумента приспосабливаемы в зависимости от того, как мы хотим этот аргумент задействовать. В противоположность тому, что мы могли думать сначала, гипотезы, основанные на идее, что законы природы эволюционируют во времени, в большей степени уязвимы для фальсификаций, чем вневременные космологические сценарии. А если идея не уязвима для фальсификаций, это не наука.
к оглавлению
12
Квантовая механика и освобождение атома
Мы видели, что реальность времени является ключом при обращении к тайне, что выбирает законы физики. Она делает это путем поддержания гипотезы, что эти законы эволюционируют. Принятие фундаментальности времени может также помочь разрешить другую великую загадку физики - что придает смысл квантовой механике. Реальность времени допускает новую формулировку квантовой теории, которая также может пролить свет на то, как законы развиваются во времени.
Квантовая механика является самой успешной из когда-либо изобретенных физических теорий. Почти ни одна из цифровых, химических и медицинских технологий, на которые мы полагаемся, не существовала бы в отсутствие квантовой физики. Тем не менее, имеются веские причины верить, что теория неполна.
Безусловно, квантовая механика является вызовом нашим попыткам постигнуть мир. С момента ее изобретения в 1920-х физики выдумали причудливые сценарии для придания смысла загадкам квантовой теории. Коты, которые и живы и мертвы, бесконечное количество одновременно существующих вселенных, реальность, которая зависит от того, что измеряется или кто наблюдает, частицы, передающие друг другу сигнал через гигантские расстояния
к оглавлению
со скоростями, превышающими скорость света, - это только некоторые из оригинальных идей, предложенных для разрешения тайн субатомного мира.
Все эти стратегии возникли как реакция на тот факт, что квантовая механика не дает физической картины того, что происходит в индивидуальных экспериментах. Это не оспаривается. Аксиомы квантовой механики включают утверждение, что она дает только статистические предсказания итогов экспериментов.
Эйнштейн давно сделал вывод, что квантовая механика неполна, поскольку она не может дать точного описания того, что происходит в отдельном эксперименте. Что в точности делает электрон, когда он перепрыгивает из одного энергетического состояния в другое? Как частицы, слишком удаленные друг от друга, чтобы мгновенно сообщаться, делают это? Как они оказываются в двух местах одновременно? Квантовая механика не дает ответа. Тем не менее, она экстраординарно полезна, частично потому, что обеспечивает физику языком и структурой для организации огромных количеств эмпирических данных. Если она и не может показать нам, что на самом деле происходит на субатомном уровне, она дает нам алгоритм предсказания вероятностей различных итогов экспериментов. И до сих пор алгоритмы работают.
Может теория быть успешной как генератор предсказаний, и все еще бить мимо цели в том смысле, что будущие теории могут перевернуть предположения, которые она делает о мире? В истории науки такое происходило несколько раз. Предположения, лежащие в основе Ньютоновских законов движения, были опровергнуты теорией относительности и квантовой теорией. Модель солнечной системы Птолемея хорошо служила нам более тысячелетия, хотя она основывалась на идеях, которые были дико ошибочными. Кажется, что эффективность не является гарантией истины.
