Книга Вечность. В поисках окончательной теории времени - Шон Кэрролл

Самое интересное, что эту историю можно рассказать обратно во времени, снова взяв за точку отсчета начальное состояние, как показано на рис. 15.7. Если это еще не пространство де Ситтера, то Вселенная будет стремиться к опустошению назад во времени — точно так же, как и вперед. После этого она начнет создавать новорожденные Вселенные, которые будут расширяться и охлаждаться. В этих новорожденных Вселенных стрела времени ориентирована в противоположном направлении по сравнению со Вселенными, которые мы поместили в «будущее». И конечно же, общее направление временнóй координаты абсолютно произвольно. Наблюдатели во Вселенных в верхней части диаграммы будут думать о нижней части как о «прошлом», тогда как наблюдатели в нижних Вселенных будут считать «прошлым» Вселенные наверху. Их стрелы времени противоположны, но это не ведет к неприятностям, какие испытывал Бенджамин Баттон; эти новорожденные Вселенные абсолютно не связаны между собой во времени, и их стрелы указывают в разные стороны, поэтому никакая коммуникация между ними невозможна.

В этом сценарии Мультиленная на ультрабольших масштабах симметрична относительно центрального момента времени; по крайней мере статистически, далекое будущее и далекое прошлое неразличимы. В этом смысле данная картина напоминает отскакивающие космологии, которые мы обсуждали раньше: энтропия увеличивается на протяжении вечности в обоих направлениях времени по отношению к центральной точке, соответствующей минимальному значению энтропии. Однако есть и критически важное отличие: момент «наименьшей» энтропии не является в действительности моментом «низкой» энтропии. Центральный момент не был тонко подстроен, чтобы подогнать его под какие-то особые очень низкоэнтропийные начальные условия, как в типичных отскакивающих моделях. Энтропия там настолько высока, насколько это возможно для одной связной Вселенной в присутствии положительной энергии вакуума. В этом-то и заключается трюк: разрешить энтропии продолжать возрастать в обоих направлениях времени, несмотря на то что она с самого начала была немаленькой. Нам бы не удалось найти такое начальное состояние, для которого такой вариант эволюции был бы невозможен. Стрела времени неизбежна.[302]

Рис. 15.7. Новорожденные Вселенные создаются в фоновом пространстве де Ситтера как по направлению к прошлому, так и по направлению к будущему. Каждая новорожденная Вселенная начинается с плотного низкоэнтропийного состояния и по мере расширения и охлаждения демонстрирует локальную стрелу времени. Мультиленная обладает глобальной симметрией относительно выбора направления времени: стрела времени в новорожденных Вселенных, появляющихся в прошлом, направлена в противоположном направлении по сравнению со стрелой времени в новорожденных Вселенных из будущего.

Даже с учетом всего вышесказанного мы все равно можем задаваться вопросом, почему наш наблюдаемый участок Вселенной демонстрирует такое низкоэнтропийное граничное условие на одном конце времени: почему наши конкретные степени свободы когда-то находились в таком неестественном состоянии? Но в этой картине не совсем правильно ставить вопрос таким образом. Нельзя говорить, что нам с самого начала известно, какие степени свободы мы представляем, и что это дает нам право интересоваться, почему они находятся (или были) в определенной конфигурации. Вместо этого мы должны смотреть на Мультиленную как на единое целое и спрашивать о том, что наиболее часто предстает взору наблюдателей, таких как мы сами. (Если наш сценарий окажется путным, то конкретное определение «таких, как мы сами» не должно играть роли.)

В данной версии Мультиленной мы встретим как изолированные больцмановские мозги, притаившиеся в пустых деситтеровских областях, так и обычных наблюдателей, обнаруживаемых в шлейфах низкоэнтропийного начала новорожденных Вселенных. При этом представителей обоего типа должно быть бесконечно много. Но какая бесконечность выигрывает? Типы флуктуаций, создающих причудливых наблюдателей на равновесном фоне, определенно редки, но и другие, результатом которых становятся новорожденные Вселенные, также далеко не часты. В конечном итоге нас перестанет удовлетворять рассмотрение смешных картинок со Вселенными, разветвляющимися в обоих направлениях во времени; мы хотим понять вещи на количественном уровне настолько, насколько это возможно, для того чтобы делать надежные предсказания. Тем не менее приходится признать, что состояние дел пока не настолько хорошее. И все же вполне вероятно, что намного больше наблюдателей появляется по мере того, как новорожденные Вселенные растут и охлаждаются, стремясь к равновесию, чем из случайных флуктуаций в пустом пространстве.

Собирая все вместе

Работает ли это? Предлагает ли сценарий Мультиленной с новорожденными Вселенными удовлетворительное объяснение стрелы времени?

Мы рассмотрели много возможных подходов к проблеме стрелы времени: пространство состояний, которое меняется с течением времени, необратимые по своей природе динамические законы, особое граничное условие, симметричная расширяющаяся и сжимающаяся Вселенная, отскакивающая Вселенная с глобальной симметрией обращения времени и без нее, неограниченная Мультиленная и, конечно же, сценарий Больцмана—Лукреция с флуктуациями вокруг вечного равновесного состояния. Вселенная Голда, в которой происходит повторное сжатие, кажется довольно маловероятным вариантом на эмпирических основаниях, так как скорость расширения Вселенной все время увеличивается. А Вселенную Больцмана—Лукреция позволяют вычеркнуть из списка результаты наблюдений, поскольку Большой взрыв обладал намного меньшей энтропией, чем допускается условиями этой теории. Однако прочие возможности еще не сняты с обсуждения; каждая из них предоставляет более или менее удовлетворительный ответ, но ни в одной мы не можем быть уверены настолько, чтобы со спокойной совестью отбросить остальные. Не говоря уже о вполне реальной возможности того, что истинно верную теорию еще никто не придумал.

Трудно сказать, сыграют ли в конечном итоге какую-либо роль в понимании стрелы времени новорожденные Вселенные и Мультивселенная. Начнем с того, что я приложил усилия (возможно, даже чрезмерные), для того чтобы подчеркнуть, что многие шаги на этом пути были, мягко говоря, дерзновенно спекулятивными. Мы еще не достигли того уровня понимания квантовой гравитации, при котором могли бы уверенно заявлять, что в пространстве де Ситтера на самом деле происходят флуктуации, создающие новорожденные Вселенные; существуют аргументы как «за», так и «против». Также мы еще не пришли к окончательному пониманию роли энергии вакуума. Мы в своих рассуждениях отталкивались от мнения, что космологическая постоянная, которую мы наблюдаем в нашей Вселенной сегодня, действительно представляет минимально возможную энергию вакуума, но мы не располагаем обширной базой твердых доказательств этого предположения. Например, в контексте ландшафта теории струн достаточно легко получить состояния с правильным значением энергии вакуума, но точно так же легко получить любые другие виды состояний, включая состояния с отрицательной энергией вакуума или точно равной нулю. Более универсальная теория квантовой гравитации и Мультиленной описывала бы, как все эти возможные состояния соответствуют друг другу, включая переходы между разным числом макроскопических измерений, а также между разными значениями энергии вакуума. К тому же стоит упомянуть, что мы в действительности не относились к квантовой механике со всей серьезностью — мы кивали в сторону квантовых флуктуаций, но рисовали картины того, что по сути является классическими пространствами—временами. Правильный ответ, каким бы он ни оказался, с большой вероятностью будет сформулирован в терминах волновых функций, уравнения Шрёдингера и гильбертовых пространств.