Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность - читать онлайн книгу. Автор: Пол Халперн cтр.№ 67

Он предположил, что вселенная началась с масштабной квантовой флуктуации, которая трансформировала все из предельного беспорядка в крайне маловероятное состояние низкой энтропии. В конечном итоге через миллиарды лет этот резервуар упорядоченной энергии сделал возможной эволюцию жизни и существование наделенных сознанием наблюдателей.

Подобные разумные существа могут наблюдать за вселенной и размышлять о том, каковы были условия ее возникновения. Следовательно, в некоей версии антропного принципа само наше существование налагает границы на условия изначального космоса, гарантируя, что он должен быть порожден чрезвычайно редкой разновидностью флуктуации.

Мистер Икс отверг концепцию колоссальной, снижающей энтропию флуктуации, он указал, что ненаучной выглядит попытка рассуждать о чем-то столь невероятном без единого доказательства. Он предложил не рассматривать такой неправдоподобный сценарий, а обратиться к другому объяснению.

По мере того как вселенная развивается, все большая часть прошлого становится известной. Это растущее знание представляет меру порядка, которая соответствует низкой энтропии. И наоборот, будущее остается неизвестным, оно сравнительно беспорядочно и обладает более высокой энтропией. Различие между низкоэнтропийным прошлым и высокоэнтропийным будущим создает естественную стрелу времени.

Абстрактные размышления такого рода выглядели необычными для Фейнмана. Как правило, он предпочитал не влезать в чистые спекуляции, оставляя их тому же Уилеру. Возможно, прячась под псевдонимом, он чувствовал себя свободным и говорил все, что хотел.

Уилер же продолжал настаивать на своей космологической модели. Чтобы нанести на карту эволюцию вселенной, он «порезал» четырехмерный континуум пространства-времени на трехмерные ломти, точно огромную буханку хлеба. После этого он указал, что то, как каждый из них соединяется с соседними, и составляет натуральное определение времени.

Такая переработка общей теории относительности – из замороженной в динамичную теорию – стала известна как формализм Арновитта, Дизера, Мизнера, которые опубликовали его описание в 1962-м.

К четырехмерному пространству-времени общей теории относительности, разрезанному на трехмерные доли, Уилер хотел приложить квантовую теорию, сменив детерминированные переменные на вероятностные показатели. Он нацеливался на то, чтобы единая классическая эволюция стала ландшафтом возможностей. Он надеялся позаимствовать метод наименьшего действия, так блестяще примененный Фейнманом в электродинамике, и выделить классический путь из квантовой мешанины девиантных геометрических систем.

Снова он хотел повторить трюк с развитием и квантованием классической модели и пригласить коллег, чтобы они помогли довести эту сложную задачу до конца. Начал это дело Уилер, обратившись к Девитту, они встретились в аэропорту, и это краткое пересечение привело к тому, что известно как уравнение Уилера – Девитта, попытка приложить интеграл по траекториям к квантовой гравитации.

Как вспоминал Девитт: «Он позвонил мне однажды где-то в 1964-м и сказал, что у него будет пересадка в Роли-Дареме, два часа между самолетами. Не счел бы я возможным подъехать, чтобы мы могли обсудить некоторые вопросы физики? Я знал, что он донимает всех вопросом «Что такое пространство значений для квантовой гравитации?» И я предполагаю, что он, в конце концов, придумал, что таковым является трехмерное пространство. Это не было тем направлением, на котором я тогда сосредоточивал усилия, но проблема казалась мне интересной. Так что я сказал о’кей, и записал это уравнение. Я просто нашел кусок бумаги там в аэропорту. Уилер очень воодушевился по этому поводу»¹¹⁰.

Девитт знал, что не может быть внешних наблюдателей для измерения той волновой функции, которую он описал. Следовательно, интерпретация Эверетта являлась единственным возможным способом последовательно с ней обращаться.

Уилер предвидел такие проблемы в дискуссиях, что последовали за его «Трехмерной геометрией». «Вселенная – не та система, за которой мы можем наблюдать снаружи; наблюдатель является частью того объекта, за коим он наблюдает, – отмечал он. – Так называемая «формулировка относительного состояния» квантовой механики Эверетта обеспечивает единственный последовательный способ описания таких ситуаций»¹¹¹.

Хойл и Нарликар восхищались Уилером и надеялись, что он оценит достоинства их гипотезы. И еще они знали, что он отказался от действия на расстоянии и обратился к полевому подходу, и поддерживал идею, что вселенная значительным образом изменяется с течением времени, что лежало ближе к гипотезе Большого взрыва, чем к стационарной модели. Его концепция большой первоначальной флуктуации была богохульством для любого, кто верил в мироздание с одними и теми же свойствами с самого начала.

Как отмечал Нарликар, «Он начинал как противник полевой теории, но обратился к ней и стал ее апологетом. Так что несмотря на нашу работу, которой он восхищался, он придерживался полевой теории. С тех пор я всегда ссылался на теорию Уилера – Фейнмана как на “Уилера без Уилера”»¹¹².

Концепция генезиса вселенной и тех условий, какие существовали в ней на ранней стадии, стала казаться более важной после того как примерно через год после конференции астрономы Арно Пензиас и Роберт Уилсон (не бывший коллега Фейнмана, а другой ученый с тем же именем) случайно открыли реликтовое космическое излучение (РКИ), которое наполняет все пространство, – давно остывший реликт эпохи Большого взрыва. Они искали галактические радиосигналы, используя антенну «Белл Лаб» в Холмделе, Нью-Джерси, когда заметили постоянное шипение на одной частоте. Исключив все источники излучения, они начали искать внешнюю причину шума, чуть ли не голубиный помет на приборах. Но даже после очистки ничего не изменилось, так что ученые отправились в Принстон, где обратились за советом к астрофизику Роберту Дике.

Вышло так, что Дике как раз искал фоновое излучение, пережиток Большого взрыва. Он предсказывал, что оно, охлажденное за миллиарды лет космического расширения, должно иметь температуру на несколько градусов выше абсолютного нуля. Поэтому астрофизик был ошеломлен, когда Пензиас и Уилсон явились к нему со своей проблемой. Но еще больше он изумился, узнав впоследствии, что группа Георгия Гамова провела те же расчеты еще в конце сороковых годов.

Открытие РКИ стало поворотным пунктом в принятии схемы Большого взрыва. Ранее, до того, как его описание опубликовали, научное сообщество видело в модели стационарного состояния реалистичную альтернативу, и конкурирующие гипотезы демонстрировались публике на равных основаниях.

Например, в июне 1964 года «Нью-Йорк Таймс» украсил кричащий заголовок «Ученый пересмотрел теорию Эйнштейна», с помощью которого попытались описать предложение Хойла и Нарликара. Статья открывалась так: «Новая теория опирается на математические построения двух американцев, пытавшихся отказаться от идеи о том, что электрически заряженная частица, вроде электрона, формирует электрическое поле»¹¹³. «Двумя американцами» были доктор Ричард Ф. Фейнман из Калифорнийского технологического института и Джон А. Уилер из университета Принстона. Статья цитировала Уилера, тем не менее, указывая, что теория поглощения Уилера – Фейнмана потерпела неудачу, когда ее попытались приложить к квантовому поведению частиц.