Разрушитель мифов. - Теория Мультиверса.

Меню сайта

Статистика

Онлайн всего: 14

Гостей: 14

Пользователей: 0

Теория Мультиверса.

Концепция мультиверса и приемлемость значений физических параметров для существования жизни.

Это существенная проблема, которую нужно решить, прежде чем мы сможем надеяться на получение тщательно проверяемых предсказаний для раздувающегося мультиверса. Есть смутная надежда, что по какой-либо причине размерность части гильбертова пространства (или пространства квантовых состояний, если оно больше гильбертова пространства), поддерживающей существование сознательных наблюдателей, окажется конечной, так что для всех конечных квантовых состояний математические ожидания всех конечных положительных операторов (включая операторы осознавания) будут конечными, давая, таким образом, конечные меры для всех осознанных восприятий. Но мне не приходит в голову, что могло бы ограничить присутствие сознательных наблюдателей конечномерной частью предположительно бесконечномерного пространства квантовых состояний.

Многие физические параметры в наблюдаемой части нашей вселенной, будь то физические постоянные или космологические граничные условия, кажутся нам точно подобранными для возможности жизни и нашего существования [1, 2, 3, 4]. Есть три распространенных объяснения этого факта. Одно из них предполагает существование некоего "настройщика", умышленно выбравшего физические параметры такими, чтобы мы могли существовать. Согласно другому, приемлемость параметров является чистой случайностью. Третье объяснение заключается в том, что наша наблюдаемая вселенная является лишь малой частью значительно более обширной вселенной, или мультиверса (либо мегаверса или голокосма - неологизмы, введенные автором для именования всего сущего), и что физические параметры не являются везде одинаковыми, принимая в нашей части мультиверса значения, позволяющие нам существовать.

Эти три объяснения не исключают друг друга. Например, сочетание теории "настройщика" и действия случая ведет к предположению о том, что вселенную создал Бог, оказавший предпочтение особо элегантной единой вселенной, в которой физические параметры совершенно случайно получили значения, позволяющие нам существовать. Сочетая теорию "настройщика" и многомирие, получим, что Бог создал мультиверс и явным образом определил для нас место в нем. Отказ от гипотезы "настройщика" и сочетание лишь случая и многомирия означает, что мультиверс случайно содержал области, пригодные для жизни. Наконец, можно было бы совместить все три объяснения, скажем, следующим образом: Бог создал мультиверс, но он не преследовал цель предоставить нам место в нем; мы существуем в нем лишь случайно.

С другой стороны, представляется вполне возможным (по крайней мере, я не вижу очевидных логичных возражений против этого), что имеется определенного сорта слепая необходимость существования и нас, и единственного мира с единственным набором физических параметров. В этом случае вселенная не является предопределенной (то есть не создана по воле Бога), но мы существуем в ней не случайно.

Я не вижу возможности логически доказать ни правильность, ни ложность любого сочетания указанных выше трех гипотез. Тем не менее, кажется несколько неправдоподобным, чтобы ни одна из них не была хотя бы отчасти справедливой; достаточно неправдоподобно также такое большое число чисто случайных соответствий параметров условиям, пригодным для жизни.

Пожалуй, в этом месте я выложу на стол свои метафизические карты и как истинный христианин заявлю: я верую в то, что вселенная была создана Богом; как специалист по квантовой космологии, симпатизирующий эвереттовскому многомировому толкованию квантовой теории, я также сильно подозреваю, что вселенная является мультиверсом, в разных частях которого физические параметры имеют разные значения. Мне кажется вполне правдоподобным, что - если принять квантовую теорию без произвола редукции волновой функции - Бог мог предпочесть элегантную физическую теорию (возможно, струнную М-теорию без переменных безразмерных параметров), дающую мультиверс, который, тем не менее, был все же именно создан Богом с целью сотворения жизни в некоторой его части.

Хотя лично я верю больше в провидение и многомирие, чем в М-теорию, последняя все же кажется весьма притягательной. Она представляется наилучшим из существующих кандидатов на роль динамической теории вселенной (т.е. ее эволюции, если не ее состояния) и сильно тяготеет к гипотезе мультиверса. Так как М-теория не содержит подстраиваемых безразмерных констант, то если бы она предсказывала лишь единственный набор параметров, было бы весьма удивительно, что они как раз соответствуют условиям нашего существования. Таким образом, если М-теория - или другая ее альтернатива без подстраиваемых безразмерных констант - была бы справедлива, то было бы гораздо правдоподобнее, если бы она давала мультиверс, в разных частях которого действуют разные физические параметры.

Действительно, струнные теоретики [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11] приводят доводы в пользу того, что М-теория дает необъятный мультиверс, или ландшафт значений физических параметров и мировых констант. Пока еще неизвестно, может ли он содержать значения, допускающие существование жизни, подобно действующим в нашей части вселенной, но при такой обширности струнного ландшафта это представляется по меньшей мере правдоподобным.

Одно из часто выдвигаемых против мультиверса возражений заключается в том, что он ненаблюдаем. Несомненно, это зависит от того, как определять мультиверс. Одним из определений могло бы быть утверждение о существовании таких различных частей, в которых некоторые физические параметры имели бы различающиеся значения, однако это лишь сместило бы произвол в сторону выбора состава этого набора параметров. Очевидно, если бы набор содержал некоторую величину, изменяющуюся в зависимости от положения (например, плотность энергии), то можно было бы считать мультиверсом даже то, что мы наблюдаем. А если включить в него лишь так называемые мировые константы, такие как постоянная тонкой структуры и другие константы взаимодействий и отношения масс различных элементарных частиц, тогда то, что мы способны наблюдать непосредственно, представлялось бы нам образующим единственную вселенную. Конечно, было бы естественно определить мультиверс исходя из критерия отсутствия видимых изменений физических параметров в непосредственно наблюдаемой части вселенной. В этом случае мультиверс становится ненаблюдаемым и остается открытым вопрос, имеют ли эти константы другие значения в тех частях вселенной, которые мы не можем наблюдать. Многие тогда заявили бы, что это чисто метафизическая концепция, которой нет места в науке.

Однако в науке нет нужды ограничивать сущности лишь наблюдаемыми - мы лишь хотим получить наиболее простую теорию для объяснения и предсказания того, что можно наблюдать. Нельзя научным способом проверить теорию, которая предсказывает ненаблюдаемое, но можно проверить теорию, привлекающую ненаблюдаемые сущности для объяснения и предсказания наблюдаемого. Поэтому, если мы построим теорию мультиверса, которая проще наилучшей теории единственной вселенной и лучше ее объясняет и предсказывает наблюдаемое, то такая теория будет предпочтительнее теории единственной вселенной. Успех такой теории сам по себе укрепил бы веру в существование ненаблюдаемого мультиверса.

Согласно другому возражению, теории мультиверса могут "объяснить" все, но не способны ничего предсказывать, так что их невозможно проверить и поэтому считать научными. Идея здесь заключается в том, что если теория дает все значения физических параметров или иные условия, возможные где-либо в мультиверсе, то наблюдаемые нами параметры и условия будут где-либо существовать. Следовательно, то, что мы наблюдаем, "объясняется" теорией по меньшей мере в этом "где-либо". С другой стороны, если реализуется каждая возможность, то мы не можем предсказать никаких нетривиальных ограничений на то, что может являться наблюдаемым. Если теория не делает никаких нетривиальных предсказаний, то она не может быть подтверждена наблюдениями и ее трудно рассматривать как научную. Проверяемые теории мультиверса.

Достаточно сложные теории мультиверса равно способны как предсказывать, так и объяснять, и поэтому могут быть научным образом проверены наблюдениями. В отличие от теорий единственной вселенной, каждая из которых в принципе допускает однозначное предсказание значений физических параметров, в теориях мультиверса можно лишь делать статистические предсказания о диапазонах значений параметров, но даже это значительно лучше, чем не предсказывать вообще ничего. Но чтобы делать такие статистические предсказания, теория мультиверса должна включать в себя меру для различных наблюдений, которые могут быть сделаны. Если теория допускает все возможные наблюдения, не накладывая на них никакой меры, то нельзя сделать вообще никаких предсказаний.

Так как имеются веские доводы в пользу того, что мы живем в квантовом мире, было бы естественно искать квантовую теорию мультиверса. Если она включает в себя только некоторые квантовые состояния, унитарную эволюцию, интегралы по траекториям, операторы, определенную алгебру операторов и тому подобное, то мы получаем хорошо описанную Сидни Коулменом (Sidney Coleman) [12] чистую квантовую теорию, которая сама по себе не дает никаких мер или вероятностей. Их дает копенгагенская трактовка квантовой теории, но ценой редукции волновой функции в моменты, не определяемые теорией, до состояний, которые являются произвольными.

Здесь я становлюсь по существу на эвереттовскую "многомировую" точку зрения, по которой редукция волновой функции не имеет места. Но чтобы прийти к проверяемой квантовой теории, я предположу, что есть один аспект копенгагенской теории, которым следует дополнить чистую квантовую теорию: это меры наблюдений, представляющие собой математические ожидания некоторых "операторов осознавания".

В копенгагенской теории это проекционные операторы, а соответствующие меры представляют собой вероятности результатов редукции волновой функции. Здесь я не требую, чтобы операторы обязательно были проекционными, хотя, чтобы придать положительность мерам, я должен предположить, что операторы являются по меньшей мере положительно определенными. Далее, я должен предположить, что ничего действительно случайного, подобно редукции волновой функции, не происходит, а всего лишь каждому из возможных наблюдений соответствует своя мера. Проверяя теорию наблюдением, можно считать, что это наблюдение случайно (с мерой, предсказываемой теорией) выбирается из набора всех возможных наблюдений, но онтологически можно предположить, что реально происходят все наблюдения с ненулевой мерой, так что в действительности нет никакого случайного физического выбора между ними.

Чтобы квантовая теория была фундаментальной, потребуется указать, какие наблюдения имеют меры и каковы соответствующие операторы, математические ожидания которых представляют эти меры. По моему мнению, наиболее фундаментальным аспектом истинного наблюдения является осознанное восприятие, или осознавание наблюдения. Поэтому, чтобы придать наборам осознанных восприятий меры как математические ожидания соответствующих положительных операторов, которые я называю "операторами осознавания", я разработал каркас 'осознавательной квантовой механики" ("Sensible Quantum Mechanics' (SQM) [13] или 'бездумного сенсуализма' [14]. Это всего лишь каркас (аналогичный чистой квантовой теории без детализированной унитарной эволюции или алгебры операторов), а не развитая теория, поскольку у меня нет детальных предложений по возможным наборам осознанных восприятий или соответствующих положительных операторов. Для осознанного человеческого восприятия эти операторы предположительно имеют отношение к состояниям человеческого мозга, так что для лучшего их понимания потребовалось бы привлечь физику мозга. Однако я не вижу способа вывода их исключительно из внешнего исследования мозга, так как мы не знаем, что именно осознанно переживает мозг.

Для избежания сложностей физики мозга можно было бы использовать наблюдаемую корреляцию между внешними раздражителями и чувственным опытом, чтобы заменить неизвестные операторы осознавания, действующие на состояниях мозга, операторами, действующими на коррелирующих внешних раздражителях. Это, разумеется, не сработает в случае иллюзорных или галлюцинативных осознанных восприятий, для которых фундаментальные операторы осознавания, будь они известны, предположительно продолжали бы действовать. Но все же можно было бы сосредоточиться на осознанных восприятиях, которые коррелируют с внешними раздражителями и, следовательно, лучше соответствуют тому, что означают наблюдения.

Если оператор осознавания для осознанного восприятия одновременно коррелирует только с одним набором внешних раздражителей, его можно было бы аппроксимировать единственным оператором проекции на некоторую внешнюю систему. Альтернативно, если он коррелирует с последовательностью процессов измерения, то его можно аппроксимировать произведением проекционных операторов или суммой таких произведений, то есть оператором класса в подходе к квантовой теории с позиций концепции декогерентных историй [15, 16, 17].

Таким образом, хотя я не должен рассматривать ни проекционные операторы в копенгагенской теории, ни операторы класса в концепции декогерентных историй как истинно фундаментальные в том же смысле, в каком я предполагаю фундаментальными операторы осознавания, в определенных обстоятельствах они могли бы оказаться приемлемыми приближениями фундаментальных операторов осознавания. Тогда можно было бы рассматривать их математические ожидания в квантовом состоянии вселенной как меру соответствующего осознанного восприятия.

Одним из примеров такой замены мог бы быть расчет меры осознанного восприятия определенного значения постоянной Хаббла. В принципе, в SQM она была бы равна математическому ожиданию некоторого оператора осознавания, который предположительно действует на состояниях мозга, в которых наблюдатель осознает данную величину постоянной Хаббла. Но математическое ожидание этого оператора можно с таким же успехом заменить матожиданием подходящего оператора, действующего на логарифм скорости расширения наблюдаемой части вселенной. Поскольку последний оператор обходится без физики мозга, его было бы удобнее исследовать научными методами, используя его таким образом как приемлемую замену для оператора осознавания.

Однако если математическое ожидание этого последнего оператора существенно зависит от частей вселенной, в которых нет сознательных наблюдателей, его, по-видимому, нельзя использовать как достаточно хорошее приближение: если мы захотим применить его для имитации математического ожидания восприятия в осознанных наблюдениях, придется учитывать эффект выбора, ограничивающий нас теми частями вселенной, в которых существуют сознательные наблюдатели.

Учесть этот эффект выбора во внешних для мозга (или для чего-либо другого, непосредственно получающего осознанные восприятия) операторах так, чтобы их математические ожидания давали достаточно хорошее приближение к матожиданиям фундаментальных операторов осознавания - трудная задача, так как мы не знаем физических критериев сознательности наблюдателей. Например, ничто при нашем нынешнем понимании физики не может подсказать нам, является ли такой-то компьютер сознательным, если не делать никаких предположений о достаточных признаках сознательности. Я также не знаю ничего такого, что при нынешнем понимании физики позволило бы сказать, что в данный момент времени я осознаю некоторые зрительные ощущения, но не осознаю сердцебиение: информация об обоих типах ощущений обрабатывается предположительно мозгом и поэтому должна быть анализируемой чисто физическими методами.

Тем не менее, чтобы хоть очень грубо оценить влияние эффекта выбора, можно было бы выдвинуть непроверенную гипотезу о том, что типичные наблюдатели схожи с нами в том отношении, что нуждаются в определенных сложных химических реакциях и, возможно, в жидкости, аналогичной воде. Затем можно было бы использовать наличие жидкой воды как очень грубое приближение эффекта выбора и связать его с проекционными операторами или операторами класса, аппроксимирующими данное осознанное восприятие, учитывая при этом внешние раздражители, описываемые этими операторами.

Затем можно было бы задаться следующими двумя вопросами: Существует ли жидкая вода в данной части вселенной? Расширяется ли эта часть вселенной с подходящей логарифмической скоростью? Если при некоторой принятой мере ответы на оба вопроса утвердительны, то можно ожидать, что существует математическое ожидание оператора осознавания, приближенно соответствующее данному значению постоянной Хаббла. Это весьма грубое приближение к тому, что я постулирую объективно существующим как математическое ожидание соответствующего истинного оператора осознавания, но при нашем нынешнем неведении, поскольку эти операторы пока еще практически неизвестны, может оказаться полезным и грубое приближение.

Одна из проблем при расчете меры для набора осознанных восприятий как математического ожидания соответствующих "операторов осознавания" состоит в том, что можно получить бесконечные значения. Само по себе это не было бы проблемой, так как можно проверить лишь отношения мер как условные вероятности. Однако, поскольку бесконечны меры сами по себе, появятся неоднозначности при нахождении этих отношений.

Проблема возникает, когда операторы осознавания представляют собой суммы положительных операторов, каждый из которых локализован в конечной пространственно-временной области (что следует ожидать, если операторы соответствуют компактным сознательным существам). Предположим, что один из таких операторов из суммы действует в одной из N пространственно-временных областей равного объема в глобальном пространстве-времени. Тогда, исходя из инвариантности переноса или диффеоморфизма, можно ожидать, что для некоторого оператора осознавания эта сумма будет содержать сумму по соответствующим операторам в каждой из N областей. (Она может содержать также и суммы по операторам, перекрывающим различные области, однако нет необходимости учитывать их для данной цели.) Является по существу лишь предположением то, что если состояние мозга, соответствующее некоторому осознанному восприятию, может иметь место в одной из N пространственно-временных областей, то оно может иметь место (в зависимости от квантового состояния) и в любой другой из остальных N −1 областей. Местоположение такого состояния мозга относительно некоторой координатной системы не должно влиять на содержание вырабатываемого им осознанного восприятия.

Если условия для наблюдателей, получающих соответствующее осознанное восприятие, есть во всех N пространственно-временных областях, так что математическое ожидание оператора в каждой из областей ограничено снизу положительным числом ε, то математическое ожидание полного оператора осознавания (суммы по меньшей мере отдельных положительных операторов в каждой из N областей) будет не меньше Nε. Оно бесконечно, если бесконечно число N таких пространственно-временных областей. Доводом по существу является то, что если математическое ожидание меры осознанного восприятия строго положительно в каждом пространственно-временном объеме в некоторой области, то в пространстве-времени бесконечного объема, в котором это допущение справедливо, мера будет бесконечной. Это можно рассматривать как результат появления бесконечного числа сознательных наблюдателей в пространстве-времени бесконечного объема с условиями, подходящими для жизни и сознательных наблюдателей.

Так как объем раздувающейся вселенной стремится стать сколь угодно большим (бесконечно большое математическое ожидание объема пространства в любой момент времени после начала раздувания и, следовательно, вероятно бесконечно большое число сознательных наблюдателей), то стремится к бесконечности и мера почти для всех непустых множеств сознательных наблюдателей. Есть много исследований [18, 19, 20, 21] на тему того, как получить однозначные отношения этих бесконечных мер (или соотносимых с ними величин, так как не во всех исследованиях используется понятие меры осознанных восприятий), но я полагаю, было бы справедливо думать, что существует пока что не общепризнанное решение.

Форма входа

Старая форма входа

Поиск

Календарь

Архив записей

Разрушитель мифов.	Среда 27.11.2024 02:53