Фальсификация космологического происхождения времени. Часть II

Фальсификация космологического происхождения времени. Часть II

Еще один возможный способ фальсифицировать (проверить) космологическое происхождение времени зависит от верности инфляционной теории, то есть идеи о том, что в первую миллионную долю секунды Вселенная расширялась со скоростью, многократно превосходящей скорость света. Период такого ускорения предшествовал нынешнему периоду ускорения, и если четырехмерная концепция пространства‑ времени верна, то расширяться, по идее, должно было не только пространство, но и время. Имеем ли мы возможность наблюдать первую миллионную долю секунды Большого взрыва?

Как ни поразительно, ответ – «может быть». Сейчас о самом раннем доступном для нас периоде после Большого взрыва позволяет судить такое средство зондирования, как микроволновое (реликтовое) излучение; картина его распределения во Вселенной соответствует времени примерно через полмиллиона лет после начала. Но некий потенциальный сигнал возник раньше, в первую миллионную долю секунды: это гравитационное излучение. Есть надежда, что очень скоро мы научимся регистрировать первичные гравитационные волны[273] и они позволят взглянуть на картину, значительно более близкую к моменту творения, возможно, даже в пределах периода, который необходим для наблюдения инфляции. Чтобы увидеть гравитационные волны, нужно посмотреть на обусловленную ими картину микроволнового космического излучения; в первую очередь на его поляризацию.

Некоторое время кое‑ кто из физиков считал, что нам удалось наблюдать именно это. Первый отчет об открытии таких гравитационных волн был сделан в марте 2014 года проектом под названием BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2)[274]. Этот проект измеряет микроволновое излучение со станции, расположенной на южном полюсе, где экстремальные холода вымораживают из атмосферы водяные пары, мешающие наземным измерениям. К несчастью, результат оказался ложной тревогой; скорее всего, прибор наблюдал помехи от излучения, создаваемого космической пылью.

Сейчас планируются новые, более высокоточные измерения, и есть вполне реальная надежда, что скоро мы действительно увидим гравитационные волны из очень молодой Вселенной, буквально из периода инфляции. И не исключено, что удастся отличить чисто пространственное расширение от расширения, в которое вовлечены и пространство, и время.

Будущее физики

Иногда мне хочется, чтобы Платон оказался прав и все эти вопросы можно было решить в ученых беседах и чистых размышлениях, а абсолютным арбитром истины стал разум. Но история физики говорит, что Платон ошибался. Нам необходимо сохранять контакт с реальным физическим миром, как Антею нужно было касаться земли.

Квантовая запутанность уже с нами и никуда не денется. «Жуткое дальнодействие» уже не пустые рассуждения, а экспериментальный результат, продемонстрированный Фридманом и Клаузером, а также многочисленными последующими экспериментами. Несмотря на то что мы не можем передавать вещество или информацию быстрее скорости света, мгновенный коллапс волновой функции – неудобная проблема, наводящая на мысль, что какой‑ то другой подход мог бы выявить новые, неожиданные аспекты. Я лелею надежду, что кто‑ нибудь сумеет переформулировать квантовую физику так, чтобы исчезла нужда в амплитудах вероятности. Когда я учился в Беркли, теоретик Джеффри Чу попытался сделать это с помощью подхода, который он называл «теорией s ‑ матриц». В некоторых важных отношениях его работа привела к созданию современной стандартной модели; цель не была достигнута, и устранить квантовые амплитуды и волновые функции не удалось. Тем временем дальнейшие работы по поиску совершенно новых подходов были отложены в долгий ящик из‑ за необычайного успеха стандартной модели элементарных частиц. Стандартная модель – лучшая за всю историю физики теория, если говорить о ее способности делать точные предсказания, которые затем подтверждаются экспериментально[275].

Так зачем же что‑ то менять в теории квантовой физики, если она так замечательно работает? Несмотря на успех стандартной модели, думаю, эта теория еще будет переформулирована. Когда это произойдет, амплитуды перестанут коллапсировать со сверхсветовой скоростью, а позитроны (осмелюсь предположить) не будут больше считаться ни дырками в бесконечном море частиц с отрицательной энергией, ни электронами, движущимися назад во времени. Это был просто удобный способ рассматривать их в контексте пространственно‑ временных диаграмм, где течение времени полностью отсутствует.

Еще одним огромным шагом в развитии квантовой физики, к тому же отчаянно необходимым, должна стать концепция измерения. Мало кто из физиков на самом деле верит, что для измерения действительно необходимо человеческое сознание. Шрёдингер привел убедительный пример с котом. Но что же такое измерение? Роджер Пенроуз утверждает, что существует некий микромеханизм, часть природы, которая проводит множество измерений. Квантовое состояние, приведшее к возникновению в процессе Большого взрыва структуры, которую мы наблюдаем, не должно было ждать, пока Пензиас и Уилсон откроют реликтовое микроволновое излучение, а Млечный Путь не застыл неподвижно во Вселенной до того момента, когда моя группа вычислила скорость его движения. (Кстати, в какой момент он должен был двинуться – когда аппарат измерил анизотропию или когда я взглянул на данные? ) Луна была на небе и до того, как Эйнштейн посмотрел на нее. Какой‑ то естественный механизм уже заставил волновую функцию – суперпозицию бесконечного числа возможных вселенных – коллапсировать задолго до появления человека (или живого мира).

Развитие техники сделало экспериментальные исследования в области теории измерений намного более реальными. Давно уже для создания запутанных фотонов не нужны пучки атомов кальция; их можно получать, освещая лазерным лучом специальный кристалл, к примеру BBO (бета‑ борат бария, β ‑ BaB₂O₄) или KTP (титанил‑ фосфат калия, KTiOPO₄). В результате эксперименты по исследованию квантовых измерений движутся вперед семимильными шагами.

Один из наиболее интересных результатов получен при изучении «отложенного выбора», когда сначала собираются измерения по всем состояниям поляризации и только потом полученные данные анализируются. В подобных экспериментах проверяется, действительно ли измерение неразрывно связано с присутствием человека и его решением, и результаты указывают, что это не так. Хорошо, в этом нет ничего удивительного, но для настоящего прорыва необходимо найти что‑ нибудь неожиданное, какой‑ то сюрприз, каким стал для физиков в свое время эксперимент Майкельсона− Морли.

Новые лазерные методы дали возможность тестировать запутанность на гораздо бо льших расстояниях, чем те, с которыми пытались работать Фридман и Клаузер. На первой полосе New York Times от 22 октября 2015 года был заголовок: «Прости, Эйнштейн, но “жуткое дальнодействие”, кажется, реально». Группа исследователей из Делфтского технического университета в Нидерландах проверила сверхсветовые эффекты, связанные с запутанностью двух электронов на двух разных концах университетского кампуса, то есть на расстоянии, превышающем километр. И вновь копенгагенская интерпретация с ее сверхсветовым действием могла праздновать победу.

Наблюдение гравитационной волны в 2015 году аппаратом LIGO позволяет предложить третье испытание теории сейчас – теории возникновения времени. Когда две черные дыры сливаются воедино и коллапсируют, вокруг них локально должно генерироваться новое время, что можно заметить по возрастанию задержки между предсказанным и наблюдаемым сигналом. Единственная волна, которую пока удалось зарегистрировать, слишком неопределенна для проверки этого предсказания, но если бы нам удалось пронаблюдать множество подобных событий – или более близкое событие с более мощным сигналом, то присутствие или отсутствие этой задержки могло подтвердить или опровергнуть теорию сейчас.