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 .