Книга Вечность. В поисках окончательной теории времени - Шон Кэрролл

Возможно, вы подумаете, что можно «увидеть» будущую звезду, посмотрев в направлении от звезды и заметив один из фотонов, направляющихся к ней. Но это неосуществимо — если мы поглотим фотон, то он никогда не доберется до звезды. В будущем существует граничное условие, требующее, чтобы фотоны поглощались звездой, а не просто направлялись к ней. Так что в действительности картина, которая предстанет нашему взору, — это наш собственный телескоп, излучающий свет в пространство в направлении будущей звезды.[290] Если телескоп направлен на звезду в будущем, он излучает свет, если же нет, он остается темным. Это перевернутая во времени традиционная картина: «Если телескоп направлен на звезду в прошлом, он видит свет; если же нет, то он ничего не видит».

Все это кажется безумием, но лишь потому, что мы не привыкли в рассуждениях о мире учитывать будущее граничное условие. «Откуда телескоп знает, что нужно излучать свет, когда он смотрит в направлении звезды, которая появится лишь через триллион лет?» В этом суть будущих граничных условий — они выбирают невероятно маленькую долю микросостояний в рамках нашего текущего макросостояния, в которых происходит такое, казалось бы, маловероятное событие.[291] Если как следует разобраться, то в этом нет ничего более странного, чем в граничном условии прошлого, которое существует в нашей реальной Вселенной, за исключением того, что одно нам привычно, а второе нет. (Кстати, пока никому не удалось обнаружить никаких экспериментальных свидетельств будущих звезд или же любых других доказательств существования в будущем низкоэнтропийного граничного условия. Если бы кто-то открыл что-то подобное, вы бы наверняка об этом услышали.)

Таким образом, Вселенную Голда следует рассматривать скорее как поучительную историю, а не реального кандидата на роль объяснения стрелы времени. Если вы думаете, что у вас есть некое естественное объяснение того, почему ранняя Вселенная обладала удивительно низкой энтропией, но вы утверждаете, что не прибегаете ни к каким явным нарушениям симметрии относительно обращения времени, то почему бы поздней Вселенной не выглядеть точно так же? Этот мысленный эксперимент помогает заново осознать, насколько в действительности сложна и запутанна низкоэнтропийная конфигурация Большого взрыва.

В итоге все пока что сошлись на том, что на самом деле Вселенную не ожидает повторное сжатие. Вселенная ускоряется; если темная энергия — это абсолютно постоянная энергия вакуума (а это самый очевидный вариант), то ускорение будет продолжаться вечно. Мы пока не обладаем достаточными знаниями для того, чтобы делать окончательные заявления, но, скорее всего, наше будущее совсем не похоже на наше прошлое. И это снова ставит необычные обстоятельства, сопутствующие Большому взрыву, в центр загадки, которую мы пытаемся решить.

До Большого взрыва

У нас почти закончились варианты. Если мы не задействуем асимметрию времени (либо в динамических законах, либо в граничном условии) вручную, а у Большого взрыва была низкая энтропия, и при этом мы не настаиваем на низкоэнтропийном условии в будущем, то что остается? Мы словно столкнулись с неразрешимой логической загадкой, не оставившей нам путей к примирению эволюции энтропии в нашей наблюдаемой Вселенной с обратимостью фундаментальных законов физики.

Однако один выход все же есть: мы можем смириться с тем, что энтропия Большого взрыва была низкой, но отрицать тот факт, что Большой взрыв был началом Вселенной.

Это звучит немного еретически для каждого, кому доводилось читать об успехе модели Большого взрыва или кто знает, что существование начальной сингулярности надежно предсказывается общей теорией относительности. Нам часто говорят, что нет такого понятия, как «до Большого взрыва», — само время (так же, как и пространство) не существовало до начальной сингулярности. Это означает, что понятие «до сингулярности» просто не имеет никакого смысла.

Однако, как я вскользь упоминал в главе 3, идея о том, что Большой взрыв на самом деле породил Вселенную, — это всего лишь приемлемая гипотеза, а не результат, к которому ученые уверенно пришли, победив все разумные сомнения. Общая теория относительности не предсказывает, что пространство и время не существовали до Большого взрыва; она предсказывает, что кривизна пространства—времени в очень ранней Вселенной была так велика, что в таких условиях нельзя полагаться на саму общую теорию относительности. При этом обязательно должна приниматься во внимание квантовая гравитация, которую мы можем спокойно игнорировать, пока речь идет о кривизне пространства—времени в относительно безмятежном контексте современной Вселенной. К сожалению, мы недостаточно хорошо понимаем квантовую гравитацию, для того чтобы уверенно говорить о том, что на самом деле происходило в самые ранние времена. Вполне возможно, что в ту эпоху «возникли» пространство и время, а может быть, и нет. Не исключено, что существует также некий переход от фазы существенно квантовой волновой функции к классическому пространству—времени, которое мы все знаем и любим. Но точно так же возможно, что пространство и время продолжаются за пределами момента, который мы идентифицируем как «Большой взрыв». Пока мы просто этого не знаем; исследователи рассматривают все возможности и готовы безо всяких предубеждений согласиться с той из них, которая в итоге окажется верной.

Некоторое свидетельство в пользу того, что у времени не обязательно должно быть начало, предоставляет квантовая гравитация, и в частности голографический принцип, о котором мы говорили в главе 12.[292] Малдасена показал, что определенная теория гравитации в пятимерном пространстве анти-де Ситтера в точности эквивалентна «дуальной» четырехмерной теории, не включающей гравитацию. Существует множество вопросов, на которые сложно ответить как в пятимерной теории гравитации, так и в любой другой модели квантовой гравитации. Но ответы на некоторые из них становятся очевидны с дуальной четырехмерной точки зрения. Например, ответом на вопрос «есть ли у времени начало?» будет «нет». Четырехмерная теория вообще не включает гравитацию; это всего лишь теория поля, живущая в каком-то фиксированном пространстве—времени, и это пространство—время распространяется бесконечно далеко в прошлое и будущее. Это верно даже в том случае, если в пятимерной теории гравитации есть сингулярности; каким-то образом теория находит пути обхода и продолжается за их пределами. Таким образом, у нас есть пример полной теории квантовой гравитации, для которой существует по меньшей мере одна формулировка, в которой время никогда не начинается и не заканчивается, но продолжается во веки веков. Надо признать, что наша собственная Вселенная несколько не похожа на пятимерное пространство анти-де Ситтера, — она обладает четырьмя макроскопическими измерениями, а космологическая постоянная в ней положительная, а не отрицательная. Однако пример Малдасены демонстрирует, что пространству— времени совершенно не обязательно иметь начало, если мы принимаем во внимание также и квантовую гравитацию.