Возрожденное время. От кризиса в физике к будущему вселенной

Это уже произошло в теориях объединения, которые мы до сих пор имеем. В Стандартной Модели Физики Частиц, которая является лучшей имеющейся у нас на сегодняшний день теорией элементарных частиц, свойства электрона, такие как масса, динамически определяются взаимодействиями, в которых он принимает участие. Масса — самое основополагающее свойство, которое может иметь элементарная частица, — определяет, какая нужна сила, чтобы изменить ее движение. В Стандартной Модели все массы частиц появляются из их взаимодействий с другими частицами и определены, главным образом, одной — частицей Хиггса. Тут больше нет абсолютно «элементарных» частиц; все, что ведет себя как частица, является, до некоторой степени, возникающим заново, эмерджентным следствием сети взаимодействий.

Эмерджентность (или возникновение нового) является важным термином в реляционном мире. Свойство чего-либо, сделанного из частей, является эмерджентным, если оно не имеет смысла, будучи приписанным к любой из частей. Камни тяжелы, а вода текуча, но атомы, из которых они сделаны, не являются ни тяжелыми, ни текучими. Эмерджентное свойство часто выдерживается приблизительно, поскольку оно обозначает среднее или более высокоуровневое описание, которое не принимает во внимание многие детали.

В ходе прогресса науки аспекты природы, когда-то рассматривавшиеся как фундаментальные, заново определены как эмерджентные и приблизительные. Мы когда-то думали, что твердые тела, жидкости и газы являются фундаментальными состояниями; теперь мы знаем, что это эмерджентные свойства, которые могут быть поняты как различные способы упорядочения атомов, из которых состоит все. Большинство законов природы, которые некогда мыслились как фундаментальные, теперь понимаются как эмерджентные и приблизительные. Температура есть просто средняя энергия хаотически движущихся атомов, так что законы термодинамики, ссылающиеся на температуру, эмерджентны и приблизительны.

Я склонен верить, что как раз все, о чем мы сейчас думаем как о фундаментальном, также в конечном счете будет понято как приблизительное и эмерджентное: гравитация и управляющие ей законы Ньютона и Эйнштейна, законы квантовой механики и даже само пространство.

Фундаментальная физическая теория, которую мы ищем, не будет теорией вещей, движущихся в пространстве. Она не будет содержать гравитацию, или электричество или магнетизм как фундаментальные силы. Она не будет квантовой механикой. Все они будут возникать как приблизительные понятия, когда наша вселенная достаточно подрастает.

Если пространство эмерджентно, означает ли это, что время тоже эмерджентно? Если мы достаточно глубоко вникнем в основы природы, исчезнет ли время? В последнем столетии мы продвинулись до точки, в которой многие мои коллеги рассматривают время как эмерджентное явление, возникающее из более фундаментального описания природы, при котором время не появляется.

Я верю — настолько сильно, насколько можно во что-либо верить в науке, — что они ошибаются. Время окажется единственным аспектом нашего повседневного опыта, который является фундаментальным. Тот факт, что в нашем восприятии всегда имеется некоторый момент и что мы ощущаем этот момент как один из потока моментов, не является иллюзией. Это лучшая путеводная нить к фундаментальной реальности, которую мы имеем.

Часть I Тяжелое наследие: Изгнание времени

1 Падение

Прежде чем начать это или любое другое путешествие по открытиям, мы должны обратить внимание на высказывание греческого философа Гераклита, который, делая лишь первые шаги в эпической истории науки, имел мудрость предостеречь нас: «Природа любит скрываться». И на самом деле любит; вспомним, что большинство сил и частиц, которые наука рассматривает как фундаментальные, лежали скрытыми внутри атома до последнего столетия. Некоторые из современников Гераклита говорили об атомах, но без реального знания, существуют они или нет. И их концепция была ошибочна, они представляли себе атомы неделимыми. Науке пришлось подождать статей Эйнштейна 1905 года, чтобы выявить и сформировать консенсус, что материя состоит из атомов. А шестью годами позже сам атом был разбит на части. Так началось распутывание внутренней области атомов и открытие спрятанных внутри нее миров.

Самым большим исключением из скрытности природы является гравитация. Это единственная из фундаментальных сил природы, чье воздействие наблюдает каждый, не прибегая к специальным инструментам. Наши самые первые опыты борьбы и неудач связаны с борьбой против гравитации. Следовательно, гравитация должна была оказаться среди первых природных феноменов, который получил имя от рода человеческого.