Книга Вечность. В поисках окончательной теории времени - Шон Кэрролл

Особое начало

Начиная с этого момента мы будем в своих рассуждениях исходить из гипотезы о том, что фундаментальные законы физики подлинно обратимы: пространство допустимых состояний остается фиксированным, а динамические правила эволюции во времени сохраняют информацию, содержащуюся в каждом состоянии. Каким образом мы можем надеяться объяснить низкоэнтропийное начальное условие в нашей наблюдаемой Вселенной?

Для Больцмана, который мыслил в контексте абсолютного ньютоновского пространства и времени, это было неразрешимой загадкой. Но общая теория относительности и модель Большого взрыва предлагают новую возможность, а именно: у Вселенной, включая само время, было начало, и это начальное состояние обладало очень низкой энтропией. И вам не разрешается спрашивать почему.

Иногда условие «вам не разрешается спрашивать почему» перефразируют следующим образом: «Мы постулируем новый закон природы, утверждающий, что начальное состояние Вселенной обладало очень низкой энтропией». Совершенно неясно, чем вообще различаются эти две формулировки. В нашем привычном понимании законов физики для полного описания эволюции физической системы требуются два ингредиента: набор динамических законов, подчиняясь которым система может с течением времени эволюционировать из одного состояния в другое, и граничное условие, фиксирующее, в каком состоянии система находится в какой-то определенный момент времени. Однако хотя необходимы и законы, и граничное условие, это вроде бы совершенно разные вещи; непонятно, что мы приобретаем, называя граничное условие «законом». Динамический закон снова и снова подтверждает свою справедливость; в каждый момент времени он берет текущее состояние и переводит его в следующее состояние. Но граничное условие просто задано раз и навсегда; по своей природе это скорее эмпирический факт, описывающий Вселенную, а не дополнительный закон физики. Нет никакой существенной разницы между утверждениями «ранняя Вселенная обладала низкой энтропией» и «то, что ранняя Вселенная обладала низкой энтропией, — это закон физики» (если только мы не полагаем, что существует множество Вселенных и для всех них верно одно и то же граничное условие).[282]

Как бы то ни было, нельзя исключать, что это максимум того, что мы когда-либо будем в состоянии сказать: лучшее понимание динамических законов физики не поможет нам объяснить низкую энтропию ранней Вселенной — это просто факт, с которым необходимо смириться, или (если вам так больше нравится) независимый закон природы. В защиту такого подхода открыто выступает Роджер Пенроуз, предложивший то, что он называет «гипотезой кривизны Вейля» — новый закон природы, явно различающий сингулярности пространства—времени в прошлом и те, которые находятся в будущем. Основная идея заключается в том, что сингулярности прошлого должны быть однородными и однообразными, тогда как будущие сингулярности могут быть какими угодно беспорядочными и сложными.[283] Это очевидное нарушение симметрии относительно обращения времени, которое должно гарантировать низкую энтропию Большого взрыва.

Реальная проблема с подобными предложениями заключается в том, что они крайне рукотворны.[284] Утверждение, что сингулярности прошлого были очень однородными, не помогает обрести никакого нового понимания Вселенной. Оно «объясняет» асимметрию времени, просто постулируя ее. Тем не менее его можно пока считать допустимым заменителем более глубокого понимания. Если же будут найдены какие-то более основательные причины, объясняющие принципиальное отличие начальных сингулярностей от конечных (к примеру, что кривизна начальных сингулярностей ограниченна, тогда как конечных — нет), то мы определенно сделаем огромный шаг вперед к пониманию истоков стрелы времени. Однако даже такая формулировка подразумевает, что наша главная задача сейчас — искать нечто более фундаментальное.

Симметричная Вселенная

Если фундаментальные законы физики обратимы и мы не позволяем себе просто накладывать асимметричные во времени граничные условия, то остается единственный вариант: эволюция Вселенной действительно симметрична по отношению к обращению времени, несмотря на противоположное первое впечатление. Нетрудно представить себе такой сценарий, если мы ничего не имеем против того, что Вселенная в конце концов перестанет расширяться и снова сожмется. До открытия темной энергии многие космологи находили идею повторно сжимающейся Вселенной привлекательной с философской точки зрения; понятие Вселенной, ограниченной как в пространстве, так и во времени, привлекало к себе внимание многих ученых, и в частности Эйнштейна и Уилера. Будущее Большое сжатие обеспечит приятную симметрию истории Вселенной, начавшейся с Большого взрыва.