Возвращение времени. От античной космогонии к космологии будущего - Ли Смолин

Чтобы понять, какое количество свободы здесь подразумевается, мы должны сравнить объем информации, необходимой для предсказания, с некоей мерой этой системы. Одной из полезных мер является количество ответов, которые система может дать на вопросы экспериментатора. В простейшем случае есть выбор одного из двух: если вы спросите о цвете квантовых ботинок, ответом может быть только “белый” или “черный”. А если спросите о высоте каблука, ответом может быть только “высокий” или “низкий”.

Я показал, что квантовая механика максимизирует количество информации, необходимой для выбора. То есть квантовая механика описывает Вселенную, в которой вы можете делать предсказания о поведении систем на статистическом уровне, но при этом эти системы обладают таким количеством свободы, каким может обладать любая физическая система, описываемая с помощью вероятностей. Таким образом, квантовые системы максимально свободны. Соединив правило прецедента с принципом максимальной свободы, мы получаем новую формулировку квантовой физики. Эта формулировка не может существовать вне рамок теории, в которой время реально, поскольку она делает различие между прошлым и будущим. Следовательно, мы можем отказаться от неизменных во времени законов природы и при этом не утратить предсказательную силу физической теории.

Вывод о том, что квантовые системы максимизируют свою свободу, основан на работах Арди, Масанеса и Мюллера. Он почти тривиален. Мой собственный вклад в решение проблемы связан с реальностью времени.

Первой реакцией некоторых друзей и коллег, когда я объяснил им свою идею, был смех. Конечно, остаются детали, например объяснение того, как прецедент рождается из первого случая, обладающего полной свободой выбора, как он многократно повторяется и утверждается[113]. Однако правило прецедента имеет неприятную особенность. Как система узнает обо всех прецедентах? Посредством какого механизма она выбирает случайный элемент из “сборника прецедентов”? Возможно, для ответа потребуется ввести новый вид взаимодействия, посредством которого система взаимодействует со всеми своими копиями в прошлом.

Принцип не объясняет, как это происходит, и в этом отношении он ничуть не лучше обычной формулировки квантовой механики. В старой формулировке измерение является примитивным понятием. В новой существование квантовой системы того же вида (так же приготовленной, а затем преобразованной) также является примитивным понятием. Но можно задать похожие вопросы и о природе неизменных во времени законов, с помощью которых мы описываем движение и изменения. Откуда электрон “знает”, что он электрон и должен вести себя в соответствии с уравнениями Дирака, а не какими-либо другими? Откуда кварк “знает”, какого он типа и какова должна быть его масса? Каким образом такие неизменные во времени понятия, как законы природы, работают на временной шкале, действуя на каждый отдельный электрон?

Мы привыкли к мысли, что постоянные законы природы действуют на временной шкале, и мы не находим эту мысль странной. Но если подумать, мысль эта основана на сильных метафизических допущениях, далеких от очевидности. Правило прецедента также основано на метафизических допущениях, но они еще менее известны нам, чем заставляющие нас верить в неизменные законы.

Если правило прецедента предполагает новый метафизический подход, то, по-моему, он гораздо экономнее современного подхода к квантовой теории, согласно которому наш мир – один из бесконечного множества существующих. Работая с квантовой теорией, приходится иметь дело с некоторыми очень странными понятиями. Но мы вольны предложить и свое странное понятие, по крайней мере, до тех пор, пока эксперимент не укажет, что один подход к квантовой теории вернее другого. Готов поспорить, что правило прецедента со временем породит новые идеи экспериментов, результаты которых, возможно, укажут физикам путь вне квантовой механики.

Можно возразить, что квантовая механика уже предлагает предсказания поведения систем, обладающих новыми свойствами. Не противоречит ли новая идея этим предсказаниям? Да, противоречит, и это, вероятно, является причиной того, почему она неверна. Предположим, мы произвели в квантовом компьютере новый вид запутанного состояния, не встречавшегося в природе. В квантовой теории вы можете посчитать, как эта запутанная система поведет себя при измерении. Правило прецедента определяет, что эти предсказания не могли быть получены в ходе эксперимента. Это утверждение эквивалентно утверждению о существовании в природе нового взаимодействия или видоизменении уже известных. Такое новое или видоизмененное взаимодействие никто никогда не наблюдал. Отсюда и мой скептицизм.

Но новые виды запутанных состояний возникают крайне редко. Мы лишь учимся их создавать, и если новая гипотеза верна, результаты экспериментов с квантовым компьютером могут быть неожиданными. По крайней мере, это, возможно, будет истолковано как ошибка эксперимента с квантовым прибором, который произвел новые запутанные состояния. Это также противоречит основной догме редукционизма, согласно которой будущее сложной системы (неважно, насколько сложной) может быть предсказано, если задано взаимодействие между парами элементарных частиц. Но нарушения редукционизма, о которых идет речь, редки и не радикальны. Поэтому я не позволил бы эксперименту решать судьбу теории.

В новом понимании квантовой физики реализуются два критерия космологической теории. Оно удовлетворяет требованию замкнутости (хотя и в ограниченной форме, которая позволяет новым случаям обладать истинной свободой). Правило прецедента гласит, что коллекция уже произошедших случаев определяет исход будущих измерений. Эти случаи реальны. Таким образом, мы имеем лишь влияние реальных случаев в прошлом на реальные случаи, которые произойдут в будущем. Очевидно, что оно также удовлетворяет критерию эволюции законов природы во времени и при этом предполагает, что беспрецедентные измерения не подчиняются известным ранее законам. По мере накопления результатов такого эксперимента выстраивается набор прецедентов. Как только накопится достаточно прецедентов, исход эксперимента будет таким, как будто он подчиняется законам природы.

По мере появления в природе новых состояний появляются и новые законы. Это означает, что наблюдаемые фундаментальные взаимодействия, описываемые в рамках стандартной модели физики частиц, появились одновременно с электронами и кварками при остывании Вселенной вскоре после Большого взрыва.

Это новое предложение не удовлетворяет принципу достаточного основания. В том смысле, в котором квантовые системы являются реально свободными и исход отдельного измерения остается неопределенным, принцип достаточного основания не работает, поскольку нет рационального основания для исхода отдельного эксперимента. Просто не существует обоснования, в какой момент произойдет радиоактивный распад ядра, или обоснования точного исхода любого другого явления, для которого квантовая механика дает лишь предсказания на статистическом уровне.

Какой бы ни была судьба этой новой идеи – как и в случае любой другой спекулятивной идеи, следует ожидать, что она может не оправдаться, – но мы убеждаемся в плодотворности гипотезы о реальности времени. Это не просто метафизика, а гипотеза, способная порождать идеи и помогающая проводить серьезные исследования.