DYORыч по Sabine Hossenfelder "Existential physics"
MY TG CHANNEL - @g0ds_plan_OG
Здесь будет список тем по книге "Existential physics", на которые я захотел сделать микро-ресерч + отрывки из книги. На каждую из тем будет ссылка, которая ведет на соответствующую статью.
Глава 1. Существует ли прошлое?
Эта проблема известна как относительность одновременности, и она была хорошо проиллюстрирована самим Эйнштейном. Чтобы понять, как это происходит, нужно сделать несколько рисунков пространства-времени. Трудно нарисовать четыре измерения, поэтому, надеюсь, вы извините меня, если я буду использовать только одно измерение пространства и одно измерение времени. Объект, который не движется относительно выбранной системы координат, описывается вертикальной прямой линией на этой диаграмме (рис. 1). Эти координаты также называются системой покоя объекта. Объект, движущийся с постоянной скоростью, образует прямую линию, наклоненную под углом. По общему правилу физики используют угол 45 градусов для скорости света. Скорость света одинакова для всех наблюдателей, и, поскольку ее нельзя превысить, физические объекты должны двигаться по линиям, наклоненным менее чем на 45 градусов.
Однако все понятия "сейчас" для наблюдателей, которые движутся в другом месте и потенциально близки к скорости света - как Сью и Пол, - одинаково верны, и в принципе они охватывают всю Вселенную. И поскольку может существовать некий наблюдатель, согласно которому ваше рождение и взрыв сверхновой происходят одновременно, сверхновая существует в момент вашего рождения в соответствии с вашим собственным представлением о существовании. Поэтому, поскольку может существовать другой наблюдатель, согласно которому взрыв происходит вместе с вашей смертью, ваша смерть существует во время вашего рождения.
Вы можете привести этот аргумент для любых двух событий в любой точке Вселенной в любое время и прийти к тому же выводу: физика специальной относительности Эйнштейна не позволяет нам ограничить существование лишь моментом, который мы называем "сейчас". Как только вы соглашаетесь с тем, что что-то существует сейчас в другом месте, даже если вы увидите это только позже, вы вынуждены признать, что все во Вселенной существует сейчас.
Это недоуменное следствие специальной теории относительности физики окрестили блочной вселенной. В этой блочной вселенной будущее, настоящее и прошлое существуют одинаково, просто мы воспринимаем их по-разному. А если все времена существуют одинаково, значит, все наши прошлые "я", бабушки и дедушки живы так же, как и наши нынешние "я". Они все там, в нашем четырехмерном пространстве-времени, всегда были там и всегда будут там. Если подытожить словами британского комика Джона Ллойда, то "Время похоже на ландшафт. Если вы не в Нью-Йорке, это не значит, что его там нет".
Обратимость времени означает лишь то, что, имея всю информацию на один момент времени, мы можем вычислить, что произошло в любой момент до этого и что произойдет в любой момент после этого.
Инвариантность времени — это свойство физических законов, при котором они остаются неизменными при сдвиге во времени. То есть, если эксперимент провести сегодня или через год, при одинаковых условиях результаты будут идентичными. Это фундаментальный принцип классической и релятивистской физики, связанный с законом сохранения энергии (по теореме Нётер).
Я хочу сосредоточиться на более светлой стороне инвариантности времени, которая заключается в том, что Вселенная хранит верную запись информации обо всем, что вы когда-либо говорили, думали и делали.
Закон эволюции отображает начальное состояние в любой момент времени на любое другое состояние в любой другой момент времени, так что на самом деле он просто рассказывает нам о том, как изменяется конфигурация материи во Вселенной и пространстве-времени. Мы начинаем с частиц, расположенных в одном месте, применяем к ним уравнение и получаем другое место. Информация в этих расположениях полностью сохраняется. Чтобы восстановить прежнее состояние, достаточно применить закон эволюции и запустить его в обратном направлении. На практике это невыполнимо. Но в принципе информация - включая каждую мельчайшую деталь вашей личности - не может быть уничтожена.
Измерение - это любое взаимодействие, которое достаточно сильно или часто, чтобы разрушить квантовое поведение системы.
Мы достаточно хорошо понимаем, что представляет собой измерение, но тот факт, что при измерении нам необходимо обновлять волновую функцию, делает квантовую механику одновременно индетерминированной и необратимой во времени. Она индетерминистична, потому что мы не можем предсказать, что именно мы будем измерять; мы можем предсказать только вероятность измерения чего-либо. И она не обратима во времени, потому что, измерив частицу, мы не можем сделать вывод о том, какой была волновая функция до измерения. Предположим, вы измеряете частицу в левой части экрана. Тогда вы не сможете сказать, утверждала ли волновая функция ранее, что частица должна быть там с вероятностью 50 процентов или с вероятностью всего 1 процент. Существует множество различных начальных состояний волновой функции, которые приведут к одному и тому же результату измерения. Это означает, что измерение в квантовой механике уничтожает информацию навсегда.
Однако вера в то, что реальность - это математика, глубоко укоренилась в мышлении многих физиков, которые относятся к математике как к вневременному царству истины, в котором мы живем. Обычно в учебниках и статьях говорится, что пространство-время - это определенная математическая структура, а частицы - это определенные математические объекты. Физики могут сознательно не поддерживать идею о том, что математика реальна, и, когда их спросят, будут отрицать это, но на практике они не делают различий между этими двумя понятиями. Это смешение имеет свои последствия, поскольку иногда они ошибочно полагают, что их математика раскрывает больше о реальности, чем может быть.
Это наиболее очевидно в идее Макса Тегмарка о "математической вселенной". По мнению Тегмарка, вся математика реальна, и вся она одинаково реальна - не только математика, описывающая наши наблюдения, но буквально любая математика: Число Эйлера, нули дзета-функции Римана, псевдометрические нехаусдорфовы многообразия, модульные пространства p-адических представлений Галуа - все это так же реально, как ваш большой палец на ноге.
Возможно, вам будет трудно это переварить. Но как бы вы к этому ни относились, это не неправильно, это просто ненаучно. Нам явно не нужна вся математика для описания наших наблюдений - Вселенная устроена именно так, а не иначе, поэтому для ее описания требуется только очень специфическая математика. А научные гипотезы не должны содержать лишних предположений, поскольку это позволило бы добавить утверждения вроде "и это сделал Бог". Постулирование того, что вся математика реальна, является таким ненаучным, излишним допущением - оно не помогает нам лучше описывать природу. Но то, что есть много математики, которая нам не нужна, не означает, что ее тоже не существует. Постулирование того, что его не существует, также излишне для описания наших наблюдений. Так что, как и в случае с Богом, наука не может ничего сказать о том, существует ли вся эта математика или нет.
Однако, хотя меня успокаивает мысль о том, что реальность - это математика, я не могу заставить себя поверить в это. Мне кажется самонадеянным думать, что люди уже открыли язык, на котором говорит природа, причем практически с первой попытки и сразу после того, как мы появились на поверхности планеты. Кто скажет, что не существует лучшего способа понять нашу вселенную, чем математика, и что на это может уйти миллион лет? Назовем это принципом ограниченного воображения: Если мы не можем придумать лучшего объяснения, это не значит, что его нет. То, что мы пока не знаем лучшего способа описания природных явлений, чем математика, не означает, что его нет.
Согласно существующим законам природы, будущее, настоящее и прошлое существуют одинаково. Это потому, что, независимо от того, что именно вы подразумеваете под словом "существовать", в этих законах нет ничего, что отличало бы один момент времени от любого другого. Поэтому прошлое существует точно так же, как и настоящее. Хотя ситуация до конца не выяснена, кажется, что законы природы полностью сохраняют информацию, поэтому все детали, из которых состоите вы и история жизни вашей бабушки, бессмертны.
Глава 2. Как начиналась Вселенная? Как она закончится?
Что значит объяснить что-то?
Планета Земля образовалась около 4,5 миллиарда лет назад. Первые примитивные формы жизни появились около 4 миллиардов лет назад. Естественный отбор сделал все остальное, породив виды, все лучше приспособленные к окружающей среде. Доказательства, как говорится, налицо.
Так ли это? Представьте себе, что планета Земля начала свое существование всего шесть тысяч лет назад, когда все ископаемые были на месте, а камни хорошо обветрились. Однако с тех пор эволюция шла своим чередом, как утверждают ученые. Как бы вы доказали, что эта история неверна?
Хорошее научное объяснение
Научные теории значительно упрощают истории, которые мы рассказываем о мире, и это упрощение воплощает в себе то, что мы вообще подразумеваем под занятием наукой. Хорошая научная теория - это та, которая позволяет нам вычислить результаты многих наблюдений на основе немногих предположений. Квантовая теория, например, позволяет вычислить свойства химических элементов. Это чрезвычайно хорошая научная теория, потому что она объясняет многое из малого. Вера в то, что всезнающее существо по имени Бог создало химические элементы, не является хорошей научной теорией. Вы можете сказать, что это в каком-то смысле простое объяснение, и, возможно, оно покажется вам убедительным. Возможно, вы даже сочтете его необходимым для осмысления вашего личного опыта. Однако гипотеза Бога не имеет количественно измеримой объяснительной силы. Вы не можете ничего вычислить на ее основе. Это не делает ее неверной, но делает ее ненаучной.
Утверждение, что мир был создан шесть тысяч лет назад, когда все было на своих местах, не поддается проверке, но и бесполезно. Это количественно сложно: нужно заложить много данных в начальное состояние. Гораздо более простое, а значит, и более научное объяснение заключается в том, что планете Земля уже много лет, и дарвиновская эволюция выполнила свою задачу.