Пол Стейнхардт

Пол Стейнхардт – физик-теоретик, профессор Принстонского университета. Его исследования посвящены проблемам физики частиц, астрофизики, космологии и физики конденсированного вещества.

Я верю, что наша Вселенная возникла не случайно, но не могу этого доказать.

Исторически эту точку зрения разделяли почти все физики. Столетиями многие из нас полагали, что Вселенной управляет простой набор физических законов, которые везде одинаковы. И эти законы вписываются в простую общую теорию.

Однако в последние несколько лет все больше моих наиболее уважаемых коллег попадают под чары антропного принципа – идеи о том, что существует огромное разнообразие вселенных, обладающих самыми разными физическими свойствами. И свойства нашей наблюдаемой Вселенной возникли чисто случайно. Просто так вышло, что особенности нашей Вселенной оказались совместимы с развитием разумной жизни, но кроме этого в ней нет ничего особенного. Такой сдвиг парадигмы возникает отчасти из-за того, что нам не удается (до сих пор) создать общую теорию, которая бы объясняла, по каким причинам наша Вселенная уникальна. Согласно некоторым недавним расчетам теория суперструн, наш главный претендент на звание единой теории, предполагает что число разных вселенных постоянно растет и большинство из них совершенно не похожи на нашу. Отстаивая свои идеи, сторонники теории струн обратились к антропному принципу.

Откровенно говоря, я рассматриваю это как акт отчаяния. Я не испытываю особого почтения к антропному принципу: эта идея, по сути, ненаучна. Адекватная научная теория всегда основана на поддающихся проверке гипотезах и оценивается по ее способности предугадывать события. Антропный принцип допускает огромное количество предположений, связанных с существованием множества вселенных, со случайностью процесса творения, распределениями вероятности, определяющими правдоподобие тех или иных возможностей и т. д. Ни одно из этих предположений не поддается проверке, потому что все они связаны с гипотетическими участками пространства-времени, которые мы никогда не сможем наблюдать непосредственно. Что касается прогнозов, их почти нет. В случае теории струн антропный принцип позволяет лишь объяснить известные наблюдения, но не предсказать новые. (Если в каких-то версиях антропного принципа делались прогнозы, то они оказывались ошибочными. Например, говорят, что в рамках этого принципа были предсказаны недавние свидетельства существования космологической константы; однако ее наблюдаемая величина не соответствует величине, на которую этот принцип указывал.)

Отчаяние сторонников теории струн я считаю неоправданным, поскольку мы не видим никаких доказательств того, что наша Вселенная возникла случайно. Как раз наоборот: недавние наблюдения и эксперименты подтверждают, что наша Вселенная проста. Распределение материи и энергии в ней удивительно единообразно. Иерархию сложных структур, от скоплений галактик до субэлементарных частиц, можно описать с точки зрения нескольких дюжин простых элементов и нескольких сил, связанных простой симметрией. Но простая вселенная требует простого объяснения. Зачем же все эти гипотезы о существовании бесконечного числа вселенных, обладающих множеством разных свойств? Неужели только для того, чтобы объяснить существование нашей собственной?

Конечно, мы с коллегами ожидаем дальнейшего редукционизма. Теории струн пока не удается найти уникальную вселенную – возможно, из-за того, что она все еще недостаточно разработана (или ошибочна). Надеюсь, в течение следующих десятилетий физики не оставят попыток воплотить в жизнь свою мечту и найти научно обоснованную «окончательную теорию». И тогда повальное увлечение антропным принципом будет признано просто временным помешательством.

Ли Смолин

Ли Смолин – физик, основатель и научный сотрудник Института теоретической физики Периметр, Ватерлоо, Онтарио. Ведущий исследователь в сфере квантовой гравитации. Автор книг «Жизнь космоса» и «Три дороги к квантовой теории гравитации».

Я убежден, что квантовая механика – не окончательная теория. Я верю в это, потому что никогда не встречал интерпретации квантовой механики, которая бы имела для меня смысл. Я тщательно изучил самые разные интерпретации и формулировки, я много о них думал, но до сих пор не могу уловить смысла квантовой теории. В частности, мне кажется, что проблему измерения невозможно разрешить, не меняя самой теории.

Это значит, что квантовая механика представляет собой только приблизительное описание более общей физической теории. Тогда должны существовать скрытые переменные, усредненные для получения приблизительного, вероятностного описания, которое и является квантовой теорией. Из экспериментальных исследований неравенств Белла мы знаем, что любая теория, которая не противоречит квантовой механике в тех экспериментах, в которых она была проверена, должна быть нелокальной. Квантовая механика основана на нелокальности, как и все другие, более осмысленные теории, которые могли бы ее заменить. Таким образом, любые дополнительные скрытые переменные тоже должны быть нелокальными. Но я думаю, что здесь можно сказать больше. Я верю, что скрытые переменные описывают отношения между частицами, которые мы можем видеть, но отношения между которыми скрыты, потому что они нелокальны и соединяют широко разнесенные частицы.

Это согласуется с другим моим твердым убеждением, основанным на общей теории относительности. Оно заключается в том, что фундаментальные свойства физических объектов – это ряд отношений, которые развиваются динамически. Не существует никаких неотъемлемых свойств, не связанных с отношениями между объектами, и нет никакого фиксированного контекста – например, ньютонового пространства и времени, – который бы существовал только для того, чтобы наделять вещи теми или иными свойствами.

Одно из следствий этого предположения заключается в том, что геометрия пространства и времени – также всего лишь приблизительное, неполное описание, применимое только на тех уровнях, где невозможно увидеть фундаментальные степени свободы. Фундаментальные отношения являются нелокальными относительно приблизительного понятия локальности, возникающего на том уровне, где уже имеет смысл говорить о локальности в геометрии.

Объединяя эти понятия, мы видим, что принцип неопределенности в квантовой теории должен быть остатком возникающей нелокальности (resulting nonlocality), а это ограничивает нашу способность предсказывать будущее любой, даже самой небольшой области Вселенной. Константа Дирака, основная константа квантовой механики, измеряющая квантовую неопределенность, связана с N, количеством степеней свободы во Вселенной. Разумно предположить, что константа Дирака обратно пропорциональна квадратному корню из N.

Но как описать физику, если не с точки зрения вещей, движущихся в неподвижном пространстве-времени? Над этим ломал голову Эйнштейн, и меня устраивает только один ответ – тот, к которому он пришел незадолго до смерти: фундаментальная физика должна быть дискретной, и ее описание должно быть сделано на языке алгебры и комбинаторики.

А что можно сказать о времени? Мне также не удалось понять смысла призывов покончить со временем как с фундаментальным аспектом описания природы. Поэтому я верю в существование времени в смысле причинно-следственных связей. Я также сомневаюсь, что Большой взрыв был началом времени. Я почти уверен, что наша история началась задолго до Большого взрыва. Наконец, я верю, что в ближайшем будущем мы сможем делать прогнозы на основании этих гипотез, которые будут проверены в процессе реальных экспериментов.