Юрий Артамонов - Ли Смолин. Возрожденное время - От кризиса в физике к будущему вселенной

То, что вселенная может иметь нулевую полную энергию, означает, что полная гравитационная потенциальная энергия, удерживающая все ее части вместе, в точности компенсируется всей положительной энергией вселенной, выраженной в массах и движениях всей материи.

Имея нулевую энергию и частоту, квантовое состояние вселенной

к оглавлению

заморожено. Квантовая вселенная не расширяется и не сжимается. Нет гравитационных волн, двигающихся сквозь нее. Нет формирования галактик, нет планет, кружащихся вокруг звезд. Квантовая вселенная просто есть [6].

Это следствие применения квантовой механики к целой вселенной было открыто в середине 1960-х пионерами квантовой гравитации: ДеВиттом, Уилером и Петером Бергманом. Модификация уравнения Шредингера, на которое мы указывали, - за счет условия, что квантовое состояние заморожено, - называется по имени двух из них уравнением Уилера-ДеВитта . Довольно быстро они заметили исчезновение времени, и народ начал обсуждать последствия. И все еще обсуждает. Каждые несколько лет кто-нибудь собирает конференцию, посвященную Проблеме Времени в Квантовой Космологии. Человеческая изобретательность беспредельна, так что был выдвинут широкий спектр откликов и предложений.

Замороженное состояние вселенной не единственная вещь, которая идет не так, как надо, когда мы пытаемся применить квантовую механику к космологии [7].

Имеется только одна вселенная, так что вы не можете сконструировать совокупность систем в одинаковом квантовом состоянии и сравнить измерения, сделанные над ними, с предсказанными квантовой механикой вероятностями. Сразу же значительно ограничиваются возможности сравнения теории с экспериментом или наблюдением.

И даже хуже того, поскольку вы не можете приготовить вселенную в начальном квантовом состоянии, остается только единственное - изучение следствий различных выборов начального состояния. Вселенная произошла только раз и имела какое-нибудь начальное состояние, какое имела. Нас там не было, чтобы выбрать ее начальное состояние, и даже если бы мы были, мы не могли бы манипулировать со вселенной, поскольку мы были бы частью ее. Сама идея приготовления вселенной в начальном состоянии предполагает для нас божественный статус существования вне вселенной.

Трагедии квантовой космологии составляют огромный список: Мы не можем приготовить начальное состояние квантовой вселенной, и мы не можем действовать на него из-за пределов вселенной, чтобы трансформировать его. У нас нет доступа к собранию вселенных, чтобы придать смысл вероятностям, проистекающим из квантового формализма. Во главе этого тот факт, что вне вселенной

к оглавлению

нет места для размещения наших измерительных инструментов. Так что нет понятия измеряющего изменения в часах, внешних по отношению к изучаемой квантовой системе.

С операционалистской точки зрения было бредовым даже начинать применение квантовой механики к вселенной. Оно потерпело неудачу, поскольку мы применяли ее в контексте, в котором нет операционалистских определений, которые придают теории смысл. Всё это расплата за совершение ошибки, заключающейся в распространении на всю вселенную метода, хорошо адаптированного для ее малых частей.

Проблема даже чуть тяжелее, чем тут отмечено, так как выбор временной координаты в ОТО, как мы уже говорили, является полностью произвольным. Так что вы должны спросить: 'Если имелись часы вне вселенной, то чему могло бы соответствовать понятие времени внутри вселенной?' И еще: 'Если имелось квантовое состояние, которое колебалось, какие часы во вселенной могли быть для этого подобраны в качестве стандартного осциллятора?' Ответ таков: 'Любое возможное понятие времени и любые возможные часы'. В итоге имеется не одно уравнение Уилера-ДеВитта, а бесконечное число таких уравнений. Они утверждают, что частота, с которой колеблется квантовое состояние, равна нулю для любого возможного понятия времени и любых возможных часов внутри вселенной. Для любых возможных часов, переносимых любым возможным наблюдателем, в квантовой вселенной ничего не происходит.

Все это оставалось в рамках академического интереса два десятилетия, поскольку никто на самом деле не смог бы решить уравнения Уилера-ДеВитта. До изобретения подхода к квантовой гравитации, именуемого петлевая квантовая гравитация, не было ситуации, в которой эти уравнения могли бы быть сформулированы достаточно точно для решения. Эта революция была запущена в 1985 открытием Абэя Аштекара новой формулировки ОТО [8]. Несколькими месяцами позже мне посчастливилось достаточно поработать в Институте Теоретической Физики (ныне Институт Теоретической Физики Кавли) в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре с Тедом Джекобсоном (ныне сотрудник университета Мэриленда), и мы нашли первое точное решение уравнений Уилера-ДеВитта - фактически, бесконечное количество решений [9]. Необходимо было решить другие уравнения, чтобы записать полное