Эволюция пространства состояний 5 страница

точно так же, как условия здесь, на земле. Ньютон догадался, что те же самые

законы гравитации, которые отвечают за падающие яблоки, могут объяснить

и движение планет. А Эйнштейн понял, что пространство и время — это со-

ставные части одного унифицированного пространства—времени и что кри-

визна пространства—времени лежит в основе движения Солнечной системы

и рождения Вселенной.

Точно так же правила, управляющие энтропией и временем, одинаковы как

для нашей повседневной жизни, так и для самых далеких уголков Мультиленной.

Нам пока неизвестны все ответы, но мы стоим на пороге огромного прогресса

в чрезвычайно важных вопросах.

 

Каков ответ?

На протяжении всей этой книги мы старательно исследовали все, что знаем

о работе времени: начав с гладкого детерминистского контекста относитель-

ности и пространства—времени, мы продолжили с беспорядочным вероят-

ностным миром статистической механики. Наконец, мы добрались до космо-

логии и увидели, как лучшие теории Вселенной терпят неудачу, сталкиваясь

с самым очевидным свойством Вселенной: отличием между энтропией в ранние

и поздние годы. Затем, после того как целых четырнадцать глав мы собирали

и формулировали проблемы, мы посвятили всего лишь одну главу возможным

решениям и также потерпели неудачу в попытках обнаружить бескомпромисс-

ные подтверждения истинности любого из них.

Возможно, вы даже чувствуете некоторое разочарование, но это было сде-

лано намеренно. Понимание невероятно важного и запутанного свойства

окружающего мира — это многоступенчатый процесс. Сначала мы не имеем

никакого представления о том, что происходит; затем понимаем, как сформу-

лировать проблему, но у нас совсем нет идей относительно возможных вари-

антов решения; потом мы располагаем несколькими допустимыми ответами,

но не знаем, какой из них верен (и верен ли хоть один); и наконец, мы докапы-

ваемся до сути. Стрела времени находится между вторым и третьим этапами:

 

 

Часть IV. Из кухни в Мультиленную

 

мы можем очень четко сформулировать проблему, но у нас есть лишь несколь-

ко расплывчатых идей касательно возможного ответа.

В такой ситуации имеет смысл посвятить больше времени тому, чтобы разо-

браться в проблеме, а не увязать во множестве потенциальных решений. Прой-

дет сто лет, но почти все, о чем мы говорили в первых трех частях этой книги,

так же будет иметь смысл. Теория относительности хорошо обоснована, так

же как и квантовая механика, и каркас статистической механики. Мы уверены

в своем понимании основ эволюции Вселенной, по крайней мере начиная

с момента сразу после Большого взрыва и до сегодняшнего дня. Однако суще-

ствующие в настоящее время идеи относительно квантовой гравитации, Муль-

тиленной и того, что происходило в период Большого взрыва, все еще остают-

ся на спекулятивном уровне. Какие-то из них могут вырасти в твердое

понимание, но многие наверняка будут отброшены и забыты. В данный момент

нам гораздо важнее получить общее представление о карте территории, чем

ссориться из-за того, по какому маршруту ее лучше пройти.

Наша Вселенная — это не флуктуация на равновесном фоне, ведь в этом

случае она бы выглядела совершенно иначе. И кажется маловероятным, что

фундаментальные законы физики могут быть необратимыми на микроскопи-

ческом уровне, — и даже если могут, все равно очень сложно понять, как это

способно объяснить эволюцию энтропии и сложность, которую мы наблюда-

ем в нашей Вселенной. Невозможно отрицать граничное условие, застрявшее

в начале времен, но его постулирование скорее позволяет избегать неудобных

вопросов, чем отвечает на них. Возможно, это все, чего нам когда-либо удастся

добиться, но я все же подозреваю, что низкая энтропия ранней Вселенной —

это ключ к пониманию чего-то более важного, а не просто упрямый факт,

с которым только и остается что смириться.

У нас на руках остался один вариант: наша наблюдаемая Вселенная являет-

ся частью намного более крупной структуры, Мультиленной. Помещая то, что

доступно нашему взору, внутрь громадного ансамбля, мы получаем возможность

дать разумное объяснение нашему, очевидно, тонко подстроенному началу, не

навязывая никакой тонкой подстройки для всей Мультиленной в целом. Одно-

го такого хода, разумеется, недостаточно; нам нужно продемонстрировать,

почему в этом мире должен существовать постоянный градиент энтропии

и почему этот градиент должен проявляться в форме Вселенной, подобной

нашей, а не каким-то другим образом.

Мы обсудили специфическую модель, к которой я питаю особое располо-

жение: Вселенную, большая часть которой представляет собой высокоэнтро-

пийное пространство де Ситтера, но которая порождает автономные ново-

 

Глава 16. Эпилог

 

 

рожденные Вселенные, не только позволяя энтропии увеличиваться до

бесконечности, но и попутно создавая участки пространства—времени, ана-

логичные тому, что мы видим вокруг себя. Детали этой модели пока что по

большей части относятся к области гипотез и базируются на предположениях,

далеко выходящих за пределы того, что текущий уровень прогресса позволяет

надежно описать (мягко говоря). И все же, по моему мнению, намного более

важную роль играет общая парадигма, согласно которой энтропия увеличива-

ется просто потому, что она способна увеличиваться вечно; для Вселенной не

предусмотрено состояния равновесия. Такая схема естественным образом

приводит к градиенту энтропии; кроме того, она демонстрирует естественную

симметрию времени относительно какого-то момента минимальной (хотя во-

все не обязательно «маленькой») энтропии. Было бы интересно исследовать,

существуют ли другие способы реализовать эту общую программу.

Где-то на дальних подступах маячит один подход, который мы время от

времени упоминали, но которому никогда не уделяли безраздельного внимания:

идея о том, что «время» само по себе — это всего лишь приближение, перио-

дически оказывающееся полезным (в том числе в нашей локальной Вселенной),

но не несущее никакой фундаментальной значимости. Тем не менее такой ва-

риант вполне допустим. Уроки, которые преподал нам голографический прин-

цип, а также глобальное ощущение того, что базовые ингредиенты квантово-

механической теории могут проявляться совсем иначе, не так, как мы

привыкли видеть в классическом режиме, заставляют всерьез рассматривать

возможность того, что время может быть стихийным явлением, а не неотъем-

лемой частью нашего окончательного описания мира.

Одна из причин, почему мы не рассматривали подробно в этой книге аль-

тернативу «время — это всего лишь приближение», заключается в том, что

мы мало что можем о ней сказать, по крайней мере в пределах имеющихся у нас

знаний. Даже оставаясь в рамках наших невзыскательных стандартов, трудно

представить, каким образом время могло появиться из более фундаментально-

го описания. Однако есть и другая, более очевидная причина: даже если вре-

мя — это всего лишь приближение, данное приближение кажется чрезвычайно

качественным в той части Вселенной, которую мы способны наблюдать; к тому

же именно оно содержит истоки проблемы стрелы времени. Определенно,

можно вообразить, что классическое пространство—время как успешная

концепция полностью теряет свою жизнеспособность в окрестности Большо-

го взрыва. Тем не менее само по себе это ничего не говорит нам о том, почему

в пределах нашего наблюдаемого объема условия на одном конце времени

(который мы называем «прошлым») должны так радикально отличаться от

 

 

Часть IV. Из кухни в Мультиленную

 

условий на другом (в «будущем»). Если мы заявляем: «Время — это всего

лишь приблизительное понятие, и, следовательно, энтропия должна вести себя

именно таким вот образом в конфигурации, в которой правомерно говорить

о времени», эта альтернатива создает впечатление скорее маневра уклонения,

а не жизнеспособной стратегии. Но это, конечно же, свидетельствует больше

о нашей неосведомленности, чем о чем-либо другом; есть все шансы на то, что

окончательный ответ кроется где-то в этом направлении.

 

Эмпирический круг

Пионеры термодинамики — Карно, Клаузиус и другие — руководствовались

в своих исследованиях практическими целями: помимо прочего, они стреми-

лись построить лучшие паровые двигатели. От их догадок мы перескочили

прямехонько к грандиозным гипотезам о Вселенных, лежащих за пределами

нашей собственной. Ключевой вопрос теперь: как нам вернуться обратно?

Хорошо, пусть наша Вселенная обладает стрелой времени, потому что при-

надлежит Мультиленной с неограниченной энтропией, но нам-то как об этом

узнать?

Ученые невероятно гордятся эмпирической природой того, чем они за-

нимаются. Научные теории получают всеобщее признание не потому, что

они логичны или красивы или позволяют достичь какой-то философской цели,

нежно почитаемой тем или иным ученым мужем. Это неплохие причины для

того, чтобы предложить теорию, но для того, чтобы быть одобренной, она

должна соответствовать гораздо более высоким стандартам. В конце концов,

научные теории обязаны соответствовать экспериментальным данным. На-

сколько бы неотразимой по своей природе ни была теория, если она не со-

ответствует данным, это любопытная диковинка, а не достижение.

Однако критерий «соответствия экспериментальным данным» не так-то

прост. Как минимум, данным могут отвечать множество различных теорий;

к тому же очень многообещающая теория может не полностью соответствовать

данным в своем текущем состоянии, несмотря на то что суть ее верна. Если

копнуть еще глубже, то одни теории могут казаться идеально соответствую-

щими данным, но все же заводить в концептуальный тупик или же вести к вну-

треннему противоречию, тогда как другие, несмотря на некоторые расхождения

с данными, могут выглядеть весьма многообещающими в перспективе и в бу-

дущем превращаться в нечто гораздо более приемлемое. В конечном счете как

бы много данных мы ни собрали, это всегда будет лишь крохотная доля всех

возможных экспериментов. Так имеем ли мы право выбирать?

 

Глава 16. Эпилог

 

 

Реальность научной работы слишком сложна, чтобы ее можно было облечь

в форму пары нехитрых девизов. Проблема, как отличать «науку» от «не на-

уки», настолько каверзна, что для нее придумали отдельное название: «про-

блема демаркации». Научные философы вовсю веселятся, ведя бесконечные

споры о том, как разрешить ее наилучшим образом.

Несмотря на то что цель научной теории — достичь соответствия с экс-

периментальными данными, худшей из возможных научных теорий будет та,

которая соответствует всем возможным данным. Причина в том, что истинная

цель все же — не просто обеспечить соответствие с тем, что мы видим во Все-

ленной, а объяснить, что мы видим. А сделать это можно, только если вы по-

нимаете, почему вещи находятся в том конкретном порядке, в каком они

находятся, а не в каком-то ином. Другими словами, ваша теория должна ут-

верждать, что определенные вещи вообще никогда происходить не могут, —

в противном случае она ничего особенного не говорит.

Эту идею особенно рьяно защищал Карл Поппер, утверждавший, что для

научной теории важнее быть не «верифицируемой», а «фальсифицируемой».4

Однако это не означает существования данных, противоречащих теории, —

только то, что теория ясно делает предсказания, которые могли бы, в принципе,

быть опровергнуты с помощью каких-то экспериментов. Теория должна быть

объектом для нападок, иначе ее нельзя называть научной. Поппер имел в виду

историческую теорию Карла Маркса и теорию психоанализа Зигмунда Фрей-

да. Эти влиятельные интеллектуальные построения, по его мнению, абсолютно

не дотягивали до научного статуса, о котором с таким удовольствием вещали

их сторонники. Поппер полагал, что все, что когда-либо происходило в мире,

и любое поведение, демонстрируемое человеком, может быть «объяснено»

с помощью теорий Маркса и Фрейда, — но вы никогда не сможете ткнуть

пальцем в какое-нибудь наблюдаемое событие и сказать: «Ага! А вот это точно

невозможно согласовать с этими теориями!». Как противопоставление он

приводил теорию относительности Эйнштейна, которая для случайного чело-

века с улицы звучит не менее заумно и непостижимо, но делает весьма опреде-

ленные предсказания, которые (если бы эксперименты привели к другим ре-

зультатам) вполне способны опровергнуть саму теорию.