Юрий Артамонов - Ли Смолин. Возрожденное время: От кризиса в физике к будущему вселенной
Мы можем пойти еще дальше. Большая часть солнечной системы совсем не имеет отношения к нашему существованию, так что еще более вероятно, что мы нашли бы себя на Земле с горячим пятном в небе, чем в солнечной системе с Солнцем, семью другими планетами, кометами и прочим парадом. Но это только начало. Все, что мы на самом деле знаем, это что мы мыслящие существа, воспринимающие себя существующими в мире. Но чтобы произвести мозг с памятью и образами потребовалась бы намного меньшая флуктуация, чем флуктуация, производящая целую планету с живыми созданиями, вращающуюся вокруг гигантской звезды. Мы можем назвать флуктуацию, которая производит только один мозг, заполненный памятью и ощущениями воображаемого мира, мозгом Больцмана.
Итак, имеется вереница возможностей для объяснения нашего невероятного существования как флуктуации в вечной равновесной вселенной Больцмана. Мы могли бы быть одними из триллионов живущих на планете созданий внутри флуктуации размером с солнечную систему или с галактику
к оглавлению или мы могли бы быть только флуктуацией размером с мозг, заполненный образами и памятью. Последнее требует намного меньше информации - то есть, меньше отрицательной энтропии - так что флуктуации размером с отдельные мозги возникают в вечной вселенной намного чаще, чем флуктуации размером с солнечную систему или с галактику, которые содержат целую популяцию мозгов.
Это называется парадоксом мозга Больцмана: Это означает, что через очень долгое время во вселенной имелось бы в гигантской степени большее количество мозгов, сформированных из малых флуктуаций, чем мозгов, возникших в медленном процессе эволюции, требующей флуктуации, которая длится миллиарды лет. Так что, будучи сознательными существами, мы должны признать, что чрезвычайно вероятно, что мы являемся мозгами Больцмана. Но мы знаем, что мы не являемся такими спонтанно возникшими мозгами - поскольку если бы мы были такими, намного более вероятно, что наши ощущения и память были бы несогласованными, чем согласованными. И это невероятно, что наш мозг содержал бы образы гигантской вселенной из звезд и галактик вокруг нас. Так что сценарий Больцмана оказывается классическим сведением к абсурду.
Мы не должны удивляться тому, что мы совершили космологическую ошибку и она привела нас к парадоксальному заключению. Вневременной взгляд на физику в Ньютоновской парадигме показал свое бессилие перед самыми основными вопросами о вселенной: Почему она интересна и, более того, почему она настолько интересна, что создания вроде нас могут быть здесь, чтобы восхищаться ею?
Но если мы принимаем реальность времени, мы делаем возможной асимметричную во времени физику, в рамках которой вселенная может естественным образом развивать сложность и структуру. Таким образом, мы избегаем парадокса невероятной вселенной.
к оглавлению
17
Время, возрожденное из жара и света
В последней главе мы рассмотрели одну из величайших космологических загадок: почему вселенная интересна и, по-видимому, становится все более и более интересной с течением времени. Мы видели, что попытки прийти к пониманию этого, основанные на вневременной картине, предполагаемой Ньютоновской парадигмой, приводят к двум парадоксам: утверждению, что уникальная вселенная невероятна, и парадоксу мозга Больцмана. В этой главе я объясню, как принципы новой космологической теории, провозглашенные в Главе 10, могут привести к пониманию того, почему вселенная интересна, одновременно избежав перечисленных в последней главе парадоксов.
Мы начнем с простого вопроса: Может ли вселенная содержать два идентичных момента времени?
Тот факт, что имеется стрела времени, означает, что каждый момент уникален. По крайней мере, пока вселенная различна в различные моменты времени; эти различия проявляются в свойствах галактик, скажем, в относительном содержании элементов. Вопрос в том, является ли последовательность моментов случайной или отражает более глубокий принцип. В теориях, описываемых в рамках Ньютоновской парадигмы, существование
к оглавлению стрелы времени оказывается случайным. В вечной вселенной в состоянии равновесия мы ожидаем огромное число пар идентичных или очень сходных моментов.
Но имеется более глубокий принцип, придерживающийся того, что никакие два момента времени не могут быть идентичны. Это принцип Лейбница идентичности неразличимых, который я описывал в Главе 10 как следствие его принципа достаточного обоснования. Этот принцип утверждает, что во вселенной не может быть двух объектов, которые неразличимы, но не совпадают. Это просто здравый смысл. Если объекты различаются только их наблюдаемыми свойствами, тогда два различимых объекта, которые имеют в точности те же самые свойства, не могут существовать.
Принцип Лейбница следует из основной идеи, что физические свойства тел реляционны. А как насчет двух электронов, один из которых находится в атоме в постельном покрывале, а второй на вершине горы на обратной стороне Луны? Это не идентичные частицы, поскольку их положение является одним из их свойств. С реляционистской точки зрения мы можем сказать, что они различимы за счет того, что имеют различимое окружение [1].
Не существует абсолютного пространства, так что нет способа спросить, что происходит в отдельной точке, без указания инструкций, как распознать эту точку. Так что мы не можем поместить объект в точку, пока мы не имеем некоторого способа точно определить это место. Один из способов распознать, где вы находитесь, это указать, что особенного во взгляде с этого места. Допустим, что кто-то заявил, что два объекта в пространстве имеют в точности одинаковые свойства и в точности одинаковое окружение. Это означает, как бы далеко от двух объектов вы ни изучали ситуацию, вы откроете ту же самую организацию всего остального в пространстве. Если эта странная ситуация существует, не будет способа подсказать наблюдателю, как отличить один объект от другого.
Так что просить мир содержать два идентичных объекта - это требовать невозможного. Это означает, что во вселенной должно существовать два идентичных места - два положения, из которых вид на вселенную в точности одинаков. Тогда вселенная как целое в значительной степени формируется в результате, казалось бы, простого требования, что она не содержит двух идентичных объектов [2].
Тот же самый аргумент применим к событиям в пространстве-времени. Принцип
к оглавлению идентичности неразличимых требует, чтобы в пространстве-времени не было двух событий, которые имели бы одинаковые наблюдаемые свойства. И не может быть двух моментов времени, которые идентичны.
Когда мы вглядываемся в ночное небо, мы видим вселенную с точки зрения особого места в особый момент времени. Взгляд включает в себя все фотоны, которые достигают нас с близких мест и издали. Если физика реляционистская, тогда эти фотоны составляют в итоге внутреннюю реальность этого особого события - то есть, вашего взгляда в ночное небо в конкретном месте в конкретное время. Принцип идентичности неразличимых тогда говорит, что облик вселенной, который наблюдатель мог бы видеть из каждого события в истории вселенной, уникален. Предположим, пришельцы вас похитили, пока вы спали, и взяли вас в путешествие на своей машине времени. В принципе, если вы проснулись и обнаружили себя далеко от дома в некоторой удаленной галактике, вы смогли бы точно сказать, где вы находитесь во вселенной, составив карту того, что вы видите, глядя вокруг. Более того, вы смогли бы точно сказать, когда во вселенной имеет место тот момент, в который вас переместили.
Это подразумевает, что наша вселенная не может иметь точных симметрий. Фактически, и не имеет, как обсуждалось в Главе 10. Хотя симметрии полезны для анализа моделей малых частей вселенной, все симметрии, до сих пор постулированные физиками, оказывались приблизительными или нарушенными.
Согласно принципу идентичности неразличимых наша вселенная такова, что каждый момент времени и каждое место в каждый момент являются однозначно отличимыми друг от друга. Ни один момент никогда не повторяется. Каждое событие во вселенной, рассмотренное достаточно подробно, уникально. В такой вселенной никогда полностью не реализуются условия, необходимые для придания смысла Ньютоновской парадигме. Этот метод, как отмечалось, требует, чтобы мы могли много раз повторить эксперимент, чтобы зафиксировать его воспроизводимость, а также отделить влияние общих законов от влияния изменения начальных условий. Это может быть достигнуто приблизительно, но никогда точно, поскольку, чем больше деталей мы отмечаем, тем более очевидно, что ни одно событие или эксперимент не может быть точной копией другого.
