Возрожденное время. От кризиса в физике к будущему вселенной

Рис. 19. Искаженные геометрии, полученные путем хаотического склеивания треугольников друг с другом по их сторонам.

Я говорил о квантовой ОТО, сконструированной через петлевую квантовую гравитацию, но вопрос обратной проблемы беспокоит и другие подходы к квантовой гравитации, содержащие идею пространства или пространства-времени, имеющую то, что эквивалентно атомной структуре. Эти подходы включают в себя так называемую теорию причинных серий, матричные модели теории струн и динамические триангуляции. Каждый подход имеет привлекательные особенности, которые мотивируют людей им заниматься, и каждый сталкивается с обратной проблемой.

Главный вопрос, которым задаются эти подходы, почему реальный мир выглядит как трехмерное пространство, а не как сильно связанная сеть.

Чтобы оценить сложность, представьте, что вы живете в сети пользователей сотовых телефонов. Пространство несуществующее, и единственное понятие расстояния, или кто является, а кто не является соседом, определяется тем, кто кому звонит. Если вы разговариваете с кем-то, по меньшей мере, раз в день, мы будем рассматривать вас двоих как ближайших соседей. Чем меньше вы звоните кому-то, тем дальше от этого индивидуума вы будете. Теперь заметим, насколько отличается и является более гибким это понятие расстояния по сравнению с расстоянием в пространстве. В пространстве, как мы видели, каждый имеет одинаковое число потенциальных ближайших соседей; в трехмерном пространстве, в отличие от сети сотовых телефонов, это число ни у кого не может быть больше шести.

В сотовой сети вы также свободны быть настолько рядом или настолько вдали от любого другого пользователя сети, насколько вы захотите. Если я знаю, насколько далеко вы находитесь, скажем, от 50 000 других пользователей, это ничего не говорит мне о том, насколько далеко вы можете быть от 50 001-го пользователя. Следующий добавленный пользователь может быть чужаком, а может быть вашей матерью. Но в пространстве близость жесткая. Раз вы мне сказали, кто ваши ближайшие соседи, я знаю, где вы живете. Я могу сказать, как далеко вы находитесь от любого другого.

Следовательно, для определения того, как соединена сеть, требуется намного больше информации, чем ее нужно для определения того, как упорядочены объекты в двух- или трехмерном пространстве. Чтобы определить, как связаны 5 миллиардов пользователей телефонной сотовой сети, я должен дать отдельный кусочек информации о каждой потенциальной паре пользователей. Грубо это будет квадрат от 5 миллиардов, который записывается как 2,5 х 1019. Но для определения, где находится каждый пользователь на поверхности Земли, требуется только два числа для каждого: его долгота и широта — то есть жалкие 12 миллиардов чисел. Так что если пространство возникает из выключения соединений в сети, то имеется гигантское число потенциальных соединений, которые должны быть отключены.

Как эти соединения должны быть выключены?

Подход квантовых граффити к квантовой гравитации обращается к этому вопросу, предполагая, что создание и поддержание соединений в сети требует энергии. Тогда требуется намного меньше энергии, чтобы сформировать двух- или трехмерную решетку, как на Рис. 13, чем сформировать решетки более высоких размерностей. Это подсказывает простую картину очень ранней вселенной: В начале было очень жарко, так что было достаточно энергии, чтобы подключить большинство соединений. Ранняя вселенная, следовательно, была миром, в котором все было соединено со всем другим, не более, чем в несколько шагов. Когда вселенная остывала, соединения начали распадаться, пока не осталось только несколько, необходимых для создания трехмерной решетки. Это сценарий возникновения пространства (некоторые из моих коллег говорят о Большом Замораживании, а не о Большом Взрыве). Процесс также называется геометрогенезис

[154].

Геометрогенезис может объяснить некоторые запутанные особенности начальных условий вселенной, вроде того, почему радиация КМФ приходит к нам со всех направлений с одинаковой температурой и одинаковым спектром флуктуаций: Это потому, что вселенная изначально была сильно связанной системой. Геометрогенезис, таким образом, обеспечивает альтернативу гипотезе, что вселенная подверглась гигантской инфляции вначале своей жизни.

Конечно, дьявол кроется в деталях, и вопрос о том, как в точности и почему Большое Замораживание должно было дать в итоге трехмерную структуру, которая выглядит регулярной, как двумерная решетка, показанная на Рис. 13, а не более хаотическую структуру, является предметом проводимых в настоящее время исследований[155]

.

* * *

Процесс решения обратной проблемы, оказывается, учит нас двум важным урокам в отношении природы времени.