Артамонов Юрий Александрович
Шрифт:
в которых предлагались различные законы для включения и выключения ребер. Эти модели, как оказывается, имеют две фазы, аналогичные двум фазам воды. Это высокотемпературная фаза, в которой почти все ребра включены, так что каждый узел тесно связан с каждым другим узлом в один или немного шагов. Тут нет локальности, поскольку информация может легко и быстро перескакивать между любыми двумя узлами. В этой фазе модели нет ничего похожего на пространство. Но если вы охлаждаете модель, проявляется фазовый переход к замороженной фазе, в которой почти все ребра отключены. Как и в низкоразмерном пространстве, каждый узел имеет только несколько ближайших соседей, и требуется много перескоков между большинством пар узлов.
Вы можете также вставить материю в модель квантовых граффити. Частицы живут на узлах и могут перепрыгивать с одного узла на другой только когда соединяющее их ребро подключено. Можно предположить, что динамика фиксирует принцип обратного действия, также реализованный в ОТО, - принцип, что геометрия говорит материи, где та может двигаться, а материя говорит геометрии, как та может эволюционировать. Эти модели проявляют некоторые особенности возникновения пространства, а также имеют феномены гравитационного типа, такие как аналоги квантовых черных дыр, где частицы могут захватываться на длительные периоды времени. Эти области черных дыр не неизменны; они медленно испаряются способом, который напоминает нам процесс испарения черных дыр Стивена Хокинга.
В этих моделях предстоит еще много работы, прежде чем мы сможем заключить, что они могут быть реалистичными, - но уже просто как игрушечные модели они принесли огромную эвристическую пользу. Они показали, что если все потенциально соединено со всем остальным, то должно быть глобальное время. Относительность одновременности в СТО является следствием локальности. Определение того, являются ли удаленные события одновременными, невозможно, поскольку скорость света устанавливает верхний предел скорости передачи сигналов. В СТО вы можете определить одновременность только тогда, когда два события происходят в одном и том же месте. Но в квантовой вселенной, где каждая частица потенциально находится в одном шаге от любой другой частицы, все, по существу, находится 'в одном и том же месте'. В такой модели нет проблемы синхронизации часов, так как имеется универсальное время.
Когда в такой модели возникает пространство, возникает и локальность. Также возникает и существование лимита скорости передачи сигналов. (Это было показано в некоторых деталях в моделях квантовых граффити [23]). Пока вы рассматриваете только явления в эмерджентном пространстве-времени и не углубляетесь на масштаб атомов пространства-времени, СТО будет казаться приблизительно верной - что подтверждает главный урок описанных в настоящей главе моделей и теорий, который учит нас: Пространство может быть иллюзией, но время должно быть реальным.
Разработка нашего понимания квантовой гравитации продолжается. Имеется много пользы во всех обсуждавшихся здесь подходах. Каждый из них учит нас чему-то важному по поводу потенциальных квантово-гравитационных явлений, которые могут наблюдаться в природе; они также учат нас следствиям различных гипотез, проблемам, с которыми эти гипотезы сталкиваются, и возможным стратегиям их преодоления. Более успешные подходы или встраиваются в Ньютоновскую парадигму и учат нас квантовому пространству-времени в ящике, или, если они поднимаются до космологического вызова, они указывают нам на реальность времени.
16
Жизнь и смерть Вселенной
Теперь мы обратимся к самому важному и загадочному вопросу, который мы можем задать по поводу вселенной: Почему она благоприятна для жизни? Мы увидим, что значительная часть ответа в том, что время реально.
Если время в самом деле реально, тогда должны существовать особенности вселенной, которые объяснимы, только если мы предполагаем, что время фундаментально. Эти особенности должны казаться непостижимыми и случайными при противоположном допущении - что время эмерджентно. Такие особенности существуют на самом деле; они улавливаются из наблюдения, что наша вселенная имеет историю развития от простого к сложному. Это дает времени строгую направленность - мы говорим, что вселенная имеет стрелу времени. Направленность в высшей степени маловероятна в мире, в котором время несущественно и эмерджентно.
Посмотрим вокруг. Хоть невооруженным глазом, хоть через самый мощный телескоп мы видим вселенную, которая в высшей степени структурирована и сложна.
Сложность невероятна. Она требует объяснения. Ничто не может немедленно перепрыгнуть из простоты к очень сложной организации.
Великая сложность требует серии малых шагов. Они происходят в последовательности, что предполагает строгую упорядоченность событий во времени.
Все научные объяснения сложности требуют истории, во время которой уровни сложности медленно и постепенно наращиваются. Это Невероятное Восхождение на Гору Ричарда Докинса [1] (*). Так что вселенная должна иметь историю, которая разыгрывается во времени. Имеется причинный порядок, требующийся для объяснения того, как вселенная пришла к ее нынешнему состоянию.
Согласно физикам 19-го столетия и некоторым из наших современных теоретических космологов, которые принимают вневременную картину, сложность, которую мы наблюдаем вокруг нас, является случайной и неизбежно преходящей. С их точки зрения вселенная обречена на конец в состоянии равновесия. Это состояние, названное тепловой смертью вселенной, в котором материя и энергия равномерно распределены по вселенной и ничего никогда не происходит за исключением редких хаотических флуктуаций [2]. Большую часть времени эти флуктуации рассеиваются как только возникают, ничего не создавая. Но, как я буду объяснять в этой и последующих главах, принципы, выписанные в Главе 10 для новой космологической теории, помогут нам понять, почему вселенная с растущей сложностью является естественной и необходимой.