Возрожденное время. От кризиса в физике к будущему вселенной

Итак, обычный закон природы, примененный ко вселенной, объясняет одновременно путь к слишком многому и совсем недостаточно.

Единственный способ избежать этих дилемм и парадоксов — попытаться найти методологию, которая бы выходила за пределы Ньютоновской парадигмы, — новую парадигму, применимую к физике на масштабах вселенной. Если мы не согласны допустить конец физики в иррациональности и мистицизме, метод, который являлся основой ее успеха до сегодняшнего дня, должен быть заменен.

Но все аргументы в пользу изгнания времени из физики, приведенные в Части I, базировались на предположении, что Ньютоновская парадигма может быть распространена на вселенную как целое. Если это не так, тогда указанные аргументы в пользу удаления времени, разрушаются. Когда мы отказываемся от Ньютоновской парадигмы, мы должны отказаться и от этих аргументов, и становится возможным поверить в реальность времени.

Можем ли мы сделать что-то лучшее в создании правильной космологической теории, если мы признаем реальность времени? В следующих главах я буду объяснять, почему ответ — да.

9 Космологический вызов

Величайшие теории физики 20-го столетия — теория относительности, квантовая теория и Стандартная Модель — представляют высочайшие достижения физической науки. Они имеют прекрасные математические выражения, что приводит к точным предсказаниям для экспериментов, которые были подтверждены в большом числе случаев с великой точностью. И тем не менее я только что утверждал, что ничто в русле этих теорий не может служить в качестве фундаментальной теории. В свете их успеха это является смелым заявлением.

Чтобы поддержать данное заявление, я могу указать на особенность, которую разделяют все установленные теории физики и которая делает трудным их распространение на всю вселенную: Каждая теория разделяет мир на две части, одна из которых изменяется во времени, а вторая предполагается фиксированной и неизменной. Первая часть есть подвергаемая изучению система, чьи степени свободы изменяются со временем. Вторая часть есть остальная часть вселенной; мы можем назвать ее фоном.

Вторая часть не может быть описана явно, но может быть обрисована неявно в терминах, которые придают смысл движению, описываемому в первой части. Измерение расстояния неявно ссылается на фиксированные точки и линейки, необходимые для измерения этого расстояния; заданное время подразумевает существование часов вне системы, время которой измеряется.

Как мы видели в игре в мяч в Главе 3, положение мяча многозначно за счет ссылки на то, где стоит Дэнни. Движение определяется с использованием часов, которые предполагаются тикающими с постоянным темпом. И Дэнни и его часы находятся вне системы, описываемой конфигурационным пространством, и предполагаются статическими. Без указанных фиксированных точек отсчета мы не могли бы знать, как связать предсказания теории с записями эксперимента.

Разделение мира на динамическую и статическую части есть фикция, но она чрезвычайно успешна, когда применяется к малой части вселенной. Вторая часть, предполагаемая статической, в реальности состоит из других динамических объектов вне анализируемой системы. Игнорируя их динамику и эволюцию, мы создаем рамки, в которых мы открываем простые законы.

Для большинства теорий, за исключением ОТО, фиксированный фон включает геометрию пространства и времени. Он также включает выбор законов, которые предполагаются неизменными. Даже ОТО, которая описывает динамическую геометрию, предполагает другую фиксированную структуру, такую как топология и размерность пространства[65].

Это разделение мира — на динамическую часть и фон, который окружает первую и определяет понятия, в которых мы ее описываем, — способствует гениальности Ньютоновской парадигмы. Но есть также то, что делает парадигму непригодной для применения к целой вселенной.

Проблема, перед которой мы встаем, когда распространяем науку на теорию всей вселенной, заключается в том, что тут не может быть статической части, поскольку все во вселенной изменяется, а за ее пределами нет ничего — ничего, что могло бы послужить фоном, по отношению к которому мы измеряем движение остатка. Изобретение способа преодоления этого барьера можно назвать космологическим вызовом.

Космологический вызов требует от нас формулировки теории, которая может быть содержательно применена к целой вселенной. Это должна быть теория, в которой каждое динамическое действующее лицо определено только в терминах других динамических действующих лиц. Такая теория была не нужна и не готовилась для фиксированного фона; мы называем такую теорию фоново-независимой[66].

Теперь мы можем видеть, что космологическая дилемма встроена в структуру Ньютоновской парадигмы, поскольку особые свойства, ответственные за успех малых масштабов, — включая зависимость от фиксированных фонов и тот факт, что один закон имеет бесконечное число решений, — оказываются причиной краха парадигмы как базиса для теории космологии.