Квантовая флуктуация в начале времени

Вклад Уилера в конференцию «Природа времени», доклад «Трехмерная геометрия как носитель информации о времени», отражал его твердое убеждение, что вселенная началась с хаотического состояния: пены квантовых флуктуаций в море энергетических полей. В этой пене невозможно было идентифицировать время, прошлое, настоящее и будущее просто не существовали.

Несмотря на раннюю хаотичность, появление биологических систем на Земле миллиардами лет позднее потребовало определенного количества упорядоченной энергии, ситуации, которую физики описывают как «низкая энтропия».

Поскольку энтропия определяет недостаток уникальности, низкая энтропия ассоциируется с высоким уровнем упорядоченности. И подобное состояние требуется, чтобы запустить механизм времени, которое бы двигалось в направлении увеличения энтропии. И почему же, хотел знать Уилер, ситуация с низкой энтропией вообще реализовалась?

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.