Ли Смолин. Возрожденное время: От кризиса в физике к будущему вселенной
Шрифт:
Это не означает, что эффекты начальных условий в КМФ никогда не могут быть отделены от изменений в инфляционной теории, по меньшей мере, в рамках фиксированного класса моделей. См. Ivan Agullo, Jose Navarro-Sallas, Leonard Parker, arXiv:1112.1581v2. Большое спасибо Мэтью Джонсону за обсуждения этого момента.
Уникальность вселенной портит другие попытки протестировать теории ранней вселенной. В обычной физической лаборатории мы всегда должны иметь дело с шумом, возникающим от статистической неопределенности в данных. Часто это может быть уменьшено за счет проведения множества измерений, поскольку влияние хаотических помех уменьшается по мере того, как усредняются взятые вместе данные разных испытаний. Поскольку вселенная произошла только один раз, это невозможно в космологических наблюдениях. Эти статистические неопределенности известны как космическая вариация.
Lee Smolin, "The Thermodynamics of Gravitational Radiation" <Термодинамика Гравитационного Излучения>, Gen. Rel. & Grav. 16:3, 205-10 (1984); "On the Intrinsic Entropy of the Gravitational Field" <О Внутренней Энтропии Гравитационного Поля>, Gen. Rel. & Grav. 17:5, 417-37 (1985).
Может быть, нас ждет фазовый переход, когда распадется ложный вакуум, в котором мы, возможно, живем. См., например, Sidney Coleman & Frank de Luccia, "Gravitational Effects on and of Vacuum Decay" <Гравитационные Эффекты при Распаде Вакуума>, Phys. Rev. D 21:12, 3305-15 (1980).
Это, кстати, объясняет, почему падающие тела движутся вдоль парабол - эти кривые удовлетворяют уравнениям, которые просты, поскольку требуют только два кусочка данных, чтобы определить их, а именно, ускорения вследствие гравитации и начальной скорости с направлением движения.
Здесь я следую рекомендациям Дэвида Финкельштейна, почетного профессора Технологического института Джорджии и одного из мудрецов современной физики, который однажды сказал мне, что, запуская большой концептуальный скачок, нам в физике нужно иметь возможность обозреть ее историю за последние четыреста лет.
Будьте осторожны, чтобы отличить симметрию от калибровочной симметрии. Первая влечет за собой физические преобразования, оставляющие законы неизменными. Вторая есть математическая перезапись описания конфигурации системы. Аргумент, который я тут привожу, мешает первому, но не второму.
E. Noether, "Invariante Variationsprobleme" <Инвариантые Вариационные Задачи>, Nachr. v. d. Ges. d. Wiss. zu Gottingen, pp. 235-57 (1918).
Общее рассуждение подтверждается в ОТО, которая, будучи применена к целой вселенной, не имеет ни симметрий, ни законов сохранения.
Роджер Пенроуз утверждал это много времени назад. Действительно, мы видим на примере теории струн, что чем больше симметрии имеет теория, тем меньше ее способность что-либо объяснить.
Единственная вещь в заключении Пирса, которая не точна, это то, что он думает об эволюции. Последователи утверждали, что он ссылался на что-то вроде Дарвиновского естественного
к оглавлению отбора. Известно, что он был очень сильно подвержен влиянию Дарвина. Но из самого текста мы можем предположить только то, что он имел в виду эволюцию в более общем смысле изменения во времени в соответствии с некоторым динамическим процессом. Этого достаточно для наших сегодняшних доводов, которые заключаются в установлении, что вопрос Почему такие законы? может быть научно объяснен, только если время реально.
Roberto Mangabeira Unger, черновик рукописи.
Lee Smolin, "Did the Universe Evolve?" <Развивалась ли Вселенная?>, Class. Quant. Grav. 9: 173-91 (1992).
Alex Vilenkin, "Birth of Inflationary Universes" <Рождение Инфляционных Вселенных>, Phys. Rev. D, 27:12, 1848-55 (1983); Andrei Linde, "Eternally Existing Self-Reproducing Chaotic Inflationary Universe" <Вечно Существующая Само-Воспроизводящаяся Хаотическая Инфляционная Вселенная>, Phys. Lett. B, 175:4, 395-400 (1986).
Было опубликовано несколько критических работ по космологическому естественному отбору и, насколько я знаю, на все был дан ответ в приложении к книге Жизнь Космоса и в последующих статьях. По поводу критики см. T.Rothman and G.F.R.Ellis, "Smolin's Natural Selection Hypothesis" <Гипотеза Смолина Естественного Отбора>, Q. Juor. Roy. Astr. Soc. 34, 201-12 (1993); Alex Vilenkin, "On Cosmic Natural Selection" <О Космическом Естественном Отборе>, arXiv:hep-th/0610051v2 (2006); Edward R. Harrison, "The Natural Selection of Universes Containing Intelligent Life" <Естественный Отбор Вселенных, Содержащих Разумную Жизнь>, Q. Juor. Roy. Astr. Soc. 36, 193-203 (1995); Joseph Silk, "Holistic Cosmology" <Глобальная Космология>, Science, 277:5326, 644 (1997); и John D. Barrow, "Varying G and Other Constants" <Изменение G и других констант>, arXiv:gr-qc/9711084v1 (1977). В особенности, утверждение, что имеется простой довод, что изменение Ньютоновской константы (при фиксировании всех остальных параметров) повышает число черных дыр, неверно, поскольку не принимаются во внимание запутанные эффекты при формировании галактик и звезд, а также звездная эволюция.
В биологической эволюции на самом деле два ландшафта: ландшафт генов, который описывает возможные генотипы (последовательности ДНК), и ландшафт фенотипов, которые являются физическим выражением генов. В применении естественного отбора к физике мы также имеем два уровня описания. Вероятность воспроизводства вселенной зависит от величин параметров Стандартной Модели - они являются аналогами фенотипов. Но в фундаментальной теории вроде теории струн Стандартная Модель является приблизительным описанием; в основе нее лежит выбор теорий - они являются аналогами генотипов. В биологической эволюции соотношение между генотипом и фенотипом может быть сложным и непрямым, то же самое верно и в физике. Таким образом, чтобы быть аккуратным, вы должны поводить отличие между ландшафтом предложений для фундаментальной теории, такой как теория струн, и ландшафтом параметров Стандартной Модели.
Другими способами являются (1) изменение на обратный знака разницы масс протон/нейтрон; (2) увеличение или уменьшение константы Ферми, достаточно большое, чтобы повлиять на энергию и материю, выбрасываемую сверхновыми; (3) увеличение разницы масс протон/нейтрон, массы электронов, массы электрон/нейтрино и постоянной тонкой структуры, или уменьшение константы связи сильного взаимодействия, достаточно большое, чтобы дестабилизировать углерод (или любые одновременные изменения, имеющие тот же эффект); и (4) увеличение массы странного кварка.
James M. Lattimer and M. Prakash, "What a Two Solar Mass Neutron Star Really Means" <Что Такое на Самом Деле Нейтронные Звезды с Двумя Солнечными Массами>, arXiv:1012.3208v1 [astro-ph.SR] (2010).
В оригинальной статье по космологическому естественному отбору, как и в книге Жизнь
к оглавлению Космоса, я использовал нижнюю оценку для критической массы - то есть 1,6 массы Солнца. Когда я изучал сообщения о наблюдениях нейтронных звезд с двойной массой Солнца, я начал читать со статьи, в которой указывалось на то, что космологический естественный отбор фальсифицирован. Я ожидал этого, поскольку вторая лучшая вещь, которая может случиться в области квантовой гравитации, это сделать предсказание, которое опровергается экспериментом. Однако, я еще раз просмотрел теоретические оценки для критической массы и нашел, что эксперты предупреждают, что она будет допускать каон-нейтронные звезды с 2-кратной солнечной массой.
См. A.D. Linde, Particle Physics and Inflationary Cosmology <Физика Частиц и Инфляционная Космология> (Chur, Switzerland: Harwood, 1990), pp. 162-8; интересен, главным образом, аргумент, приводящий к уравнению 8.3.17. (Книга также доступна на arXiv:hep-th/0503203v2). Параметром, который может повысить флуктуации плотности, является сила, с которой взаимодействуют инфлатоны (частицы, переносящие инфляционные силы). Как показал Линде, в некоторых простых моделях увеличение этого параметра уменьшает размер вселенной экспоненциально от обратного квадратного корня от параметра взаимодействия. Большое спасибо Полу Стейнхарду за обсуждение, прояснившее этот вопрос.