Современная космология: философские горизонты

Рассмотрим по отношению к петлям и планковским ячейкам пространства те же онтологически значимые вопросы, которые мы поставили в отношении природы струн: 1) материальны ли петли и планковские ячейки, 2) представляют ли они только лишь геометрическую структуру, онтологию которой еще следует определить, 3) или же они — некое абстрактное математическое средство, математическая конструкция, введенная для теоретически более эффективного (а может быть и чисто прагматического) решения некоторых физических проблем? Среди исследователей мнения по поводу ответов на эти вопросы также разделились.

Материальны ли фундаментальные объекты ПТКГ? Можно ли след матрицы вокруг замкнутой петли в пространстве рассматривать как материальный объект? По-видимому, нет. Возможно, в петлевой квантовой гравитации подобное допустимо только уже на уровне элементарных частиц. Причем была найдена и объединяющая модель — модель преонов, первичных частиц, различные комбинации из которых дают все известные элементарные частицы. «Но одна вещь ясна. Теория струн больше не является единственным подходом к квантовой гравитации, который также унифицирует элементарные частицы… Петлевая квантовая гравитация уже имеет в себе элементарные частицы, и недавние результаты наводят на мысль, что это в точности правильная физика частиц — стандартная модель… петлевая квантовая гравитация относится не только к квантовому пространству-времени — она уже содержит в себе физику элементарных частиц»^[226].

Причем, и в этом случае материальность возникает, фактически, как эмерджентный феномен. Л. Смолин следующим образом трактует основную идею в этом плане Ф. Маркопоулоу: «частица должна быть некоторым видом эмерджентного возбуждения квантовой геометрии, путешествующего через геометрию, почти как волна путешествует через твердое тело или жидкость. Однако, чтобы была воспроизведена известная нам физика, эти эмерджентные частицы должны описываться как чисто квантовые частицы, игнорируя квантовую геометрию, через которую они путешествуют»^[227]. Можно «идентифицировать такую квантовую частицу и показать ее движение, как если бы она была в обычном пространстве. В ее аналогии окружением является квантовое пространство-время, которое, будучи динамическим, постоянно изменяется. Квантовая частица должна двигаться через него, как будто бы оно было фиксированным, нединамическим фоном.

Используя эти идеи, Ф. Маркопоулоу и ее сотрудники смогли показать, что некоторые фоново-независимые теории квантовой гравитации имеют эмерджентные частицы. Но что это за частицы? Соответствуют ли они чему-либо, что наблюдается?»^[228]. А вот все дальнейшее, вся дальнейшая онтология выражается через перекручивания ребер графов\ Смолин трактует это следующим образом: «Состояния частиц ассоциируются с графами, растянутыми в трехмерном пространстве. Пространство является фоном, но оно не имеет свойств, кроме своей топологии; вся информация об измерениях геометрии — вроде длин, площадей и объемов — происходит от графов. Но поскольку графы растянуты в пространстве, теория содержит в себе очень много дополнительной информации, которая, кажется, не должна ничего делать с геометрией. Это происходит вследствие бесконечного числа способов, которыми ребра графов могут запутываться, связываться и заплетаться в трехмерном пространстве… различные способы сплести и запутать ребра графов в квантовом пространстве-времени должны быть различными видами элементарных частиц»^[229].

Эти теоретические конструкции в петлевой квантовой гравитации еще раз показывают углубляющуюся тенденцию в фундаментальной физике: за онтологическим уровнем известных элементарных частиц стоят очень абстрактные математические структуры, а материальность, физическая субстанциальность, физическая онтология появляется как эмерджентность этих структур.

Геометрическая природа петель. Петли можно рассматривать скорее как своеобразные геометрические конструкции, обладающие рядом специфических особенностей. Так, например, эти геометрические конструкции включают в себя движение (параллельный перенос спина вокруг замкнутой кривой).

Петли как чистые абстракции. Для петлевой гравитации этот вариант вопроса значительно актуальнее. Прежде всего, сама петля — с точки зрения физической объектности очень абстрактный теоретический объект. В то же время ОТО и квантовая теория нас научили, что физический смысл и физическую объектность могут обрести самые абстрактные математические конструкции (в данном случае — риманова геометрия и операторный анализ в гильбертовом пространстве). Все это ведет современных теоретиков к поиску неких новых ориентиров. Л. Смолин считает, что руководящим принципом создания петлевой теории квантовой гравитации было следующее: «Главная объединяющая идея проста для постановки: не стартовать с пространства или с чего-либо, движущегося в пространстве. Стартовать с чего-либо, что является чисто квантовомеханическим и имеет, вместо пространства, некоторый вид чисто квантовой структуры»¹.

На наш взгляд, вопрос о фундаментальных объектах в обеих теориях остается открытым. Смолин дает следующие трактовки фундаментальности первоначал обеих теорий. «Фундаментальные возбуждения являются протяженными объектами. Они включают одномерные возбуждения и двумерные (а возможно, и более высоких размерностей) мембрано-подобные возбуждения»^[230]. Т. е. струны и петли не стабильны. Они — возбуждения. Это означает, что в подобных вариантах единых теорий не существует неких фундаментальных объектов, по своей онтологии сравнимых со статусом атомов, апейрона и других античных первоначал. В этом пункте две теории не предлагают нам неких абсолютных первоэлементов. Казалось бы, все это в начале XXI века можно и не обсуждать, поскольку наука давно уже отказалась от существования в физике, а соответственно, и в природе чего-то абсолютного^[231]. Стоит лишь еще раз зафиксировать, что и в намечающейся «окончательной теории»^[232] может не оказаться каких-то абсолютных субстанций, что, казалось бы, должно быть естественно для подобной теории. С некой метафизической точки зрения онтологический статус подобных объектов невысок: они являются «всего лишь» квантовыми возбуждениями. Каков же статус такой фундаментальности?

Если петли и струны, как и любые другие объекты реальности, нестабильны, т. е. имеют некоторое конечное время своего существования, и если учесть, что имела место их креация в некоторый момент времени, то логично предположить, что наступит космологический момент времени, когда они в космологически значимых количествах начнут распадаться. Но тогда возникает вопрос: распадаться на что? Этот вариант более близок квантовополевым представлениям. Однако КТП, а следовательно и ее фундаментальные представления, являются только лишь низкоэнергетическим приближением теории струн и ТПКГ. Кроме того, в этом случае теряется их статус «окончательной» фундаментальности последних. Вопрос состоит в том, что представляет собой возможный процесс распада струн, петель или планковских элементов объема как первичных элементов реальности? Или, может быть, они начнут исчезать, становясь принципиально ненаблюдаемыми в нашем мире (в нашей Вселенной?)?

Не менее нетривиальным является утверждение о протяженности фундаментального (квантового) возбуждения. Как возникает протяженное квантовое возбуждение? Какие условия заставляют возбуждение «вытягиваться»? И при этом оставаться достаточно стабильным? Вообще говоря, по-видимому, достаточно нетривиальным является вопрос о том, насколько стабильны струны, петли и квантовые ячейки пространства? Что такое протяженный квант?

Обе теории ведут к онтологической двойственности: «В основе теории струн и петлевой квантовой гравитации лежат одномерные протяженные объекты, которые за счет дуальности соответствуют линиям электрического потока квантованного калибровочного поля, являясь фундаментальными степенями свободы теории»^[233]. Фактически, получается, что струны и петли имеют двойное онтологическое толкование: это и 1-мерные протяженные объекты, и одновременно (но дуально) линии электрического потока квантованного калибровочного поля. Если это верно, то можно говорить об онтологической двойственности физической реальности на ее самом фундаментальном первичном уровне.

Анализ этих двух теорий выявляет существенные расхождения в онтологических трактовках перечня имеющейся в них фундаментальной объектности. С одной стороны, фундаментальными объектами теории струн являются сами струны^[234]. С другой стороны, независимый от них фон, в котором они передвигаются (фактически, пространство) и который характеризуется «метрикой и другими классическими полями»^[235]. Получается, что метрика и классические поля являются не менее фундаментальными объектами ТСС, поскольку определяют независимое (классическое) пространство. На самом деле онтология независимого фона в ТСС еще сложнее, поскольку сам фон «фиксируется выбором» этих полей и метрики. Но тогда эти поля через особенности задаваемого ими фона (пространства) оказывают воздействие на специфику движения и, вероятно, другие особенности самих струн. Получается, что струны (на квантовом уровне) определяют классические поля, а они, в свою очередь фиксируют основу фундаментальных физических свойств струн — движения и вибраций^[236]. Получается замкнутое и достаточно красивое взаимодействие струн, полей и фона. Но — в отсутствии некоего фундаментального единства.

Нечто подобное относится и к петлевой гравитации. Хотя «петли существуют на более фундаментальном уровне, на котором нет классических полей и метрики», в ПТКГ наряду с петлями и квантовыми ячейками пространства как фундаментальными объектами теории существует также скалярное поле, которое, в частности, как предполагается в теории, определяет такое фундаментальное (атрибутивное) понятие всей существующей физики, как время¹. Существуют также квантовые ячейки пространства. Все это также пока далеко от ожидаемого единства. Сколько же в итоге существует в этих теориях фундаментальных объектов?