# Прав ли был Эйнштейн? Вольфрам и Горард о пересмотре теории пространства-времени

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=LpK1d8mTEhI
Канал: Event Horizon
Опубликовано: 29.05.2020

---

Проект Wolfram Physics предлагает радикально новый взгляд на фундаментальное устройство Вселенной, заменяя традиционные дифференциальные уравнения дискретными вычислительными моделями. В глубокой философской беседе создатель проекта Стивен Вольфрам и физик-теоретик Джонатан Горард обсуждают, почему пространство дискретно, время фундаментально отличается от пространства, а современная физика нуждается в переосмыслении наследия Эйнштейна и квантовой механики через призму теории вычислений.

## 🕸️ Дискретная Вселенная: что находится «под» пространством и временем?
[[JUMP:02:05]]

Традиционная физика со времен Евклида и Ньютона базируется на предположении о непрерывности пространства, которое можно делить до бесконечности [07:34]. Стивен Вольфрам оспаривает эту ортодоксальную точку зрения [02:05]. По его мнению, пространство на фундаментальном уровне дискретно и представляет собой гигантскую сеть — гиперграф, состоящий из абстрактных точек, связанных друг с другом [09:34].

В этой модели точки сети не имеют фиксированных координат в пространстве — они определяются исключительно своими связями, подобно социальной сети [10:42]. Вольфрам утверждает, что привычное нам трехмерное физическое пространство является эмерджентным свойством: при достаточно большом масштабе структуры гиперграфа связи между точками начинают имитировать геометрию трехмерного мира [11:58].

В отличие от классического подхода, где частицы и поля существуют внутри пространства, проект Wolfram Physics предлагает более радикальную концепцию:

*   Внутри модели не существует ничего, кроме самого гиперграфа пространства [15:32].
*   Элементарные частицы, фотоны и все физические объекты — это не чужеродные элементы, а локальные топологические особенности, «завихрения» самого гиперграфа [15:44].
*   Расширение Вселенной в этой модели выглядит как физическое увеличение количества точек и связей в сети в процессе эволюции по определенным правилам [16:39].

Эта концепция, по словам Вольфрама, созвучна поздним идеям Альберта Эйнштейна, который в 1940–50-х годах предполагал, что в конечном итоге физика придет к дискретному пространству, но сетовал на отсутствие математического инструментария [15:58].

## 🕳️ Проблема вакуума и критика теории струн
[[JUMP:19:41]]

Одним из главных преимуществ своей модели Стивен Вольфрам считает естественное разрешение парадокса энергии вакуума [19:54]. Согласно традиционной квантовой теории поля, физический вакуум наполнен бесконечным числом виртуальных частиц, постоянно рождающихся и аннигилирующих [20:06]. Расчеты показывают, что эта энергия нулевых колебаний должна создавать колоссальную гравитацию, мгновенно сворачивающую Вселенную в крошечную точку [20:46]. Физики вынуждены использовать сложные математические трюки, чтобы обойти эту проблему [20:59].

В Wolfram Physics данная проблема, по мнению авторов проекта, просто отсутствует:

*   Виртуальные квантовые процессы в вакууме не добавляют избыточную массу в готовую среду [21:26].
*   Сама активность этих виртуальных процессов и является тем механизмом, который генерирует и удерживает структуру пространства [21:38].
*   Без этой непрерывной «микро-активности» гиперграфа пространства в привычном нам виде просто не существовало бы [21:53].

Вольфрам также критически отзывается о теории струн, указывая на то, что необходимость введения 10-мерного пространства (где 6 измерений искусственно «свернуты» в микроскопические сферы) выглядит как математический «хак» для спасения теории [22:44]. С его точки зрения, появление подобных костылей в научной теории всегда служит тревожным сигналом [23:50]. Тем не менее, ученый допускает, что математический аппарат теории струн может оказаться полезным. По прогнозу Вольфрама, в пределе бесконечных строк символов их упрощенная сетевая модель перезаписи может оказаться математически эквивалентной теории струн [27:21].

## 🧪 Новая интерпретация квантовой механики и многоальтернативная история
[[JUMP:34:34]]

Джонатан Горард присоединился к Wolfram Physics Project, будучи вдохновленным книгой Вольфрама «A New Kind of Science» [35:39]. Однако он признает, что ранние идеи Вольфрама о квантовой запутанности и теореме Белла казались ему неубедительными [40:09]. Вольфрам предполагал, что запутанность можно объяснить наличием «длинных ребер» в гиперграфе, связывающих удаленные области пространства [40:37].

Горард предложил альтернативный подход, основанный на концепции ветвящегося пространства (Branchial Space) [11:58]:

*   При эволюции гиперграфа правила перезаписи могут применяться в разном порядке [41:16].
*   Если порядок применения правил имеет значение, Вселенная разделяется на множество альтернативных историй — это напоминает многомировую интерпретацию квантовой механики [41:28].
*   Наблюдатель в этой модели не находится на одной ветке истории; он сам распределен по множеству квантовых ветвей [41:42].
*   Мозг наблюдателя пытается интегрировать эти ветви, создавая иллюзию единой последовательной реальности, что математически эквивалентно работе алгоритмов автоматического доказательства теорем [41:55].

Стивен Вольфрам и Джонатан Горард также ставят под сомнение традиционное представление о том, что квантовые амплитуды обязательно должны описываться комплексными числами [47:01]. Вольфрам предполагает, что использование мнимой единицы (квадратного корня из -1) — это историческое недоразумение, обусловленное форматированием уравнений [48:20]. В их модели амплитуда имеет векторную природу (величину и направление), где эти параметры генерируются из разных физических процессов в ветвящемся пространстве [47:41].

## ⏳ Эйнштейн, Минковский и великое разделение пространства и времени
[[JUMP:43:13]]

Со времен Германа Минковского и его доклада 1908 года в физике укоренилась концепция единого пространства-времени [45:00]. Однако авторы Wolfram Physics называют это объединение одной из главных исторических ошибок [46:46]. В вычислительной Вселенной пространство и время фундаментально различаются по своей природе [44:46]:

*   Пространство — это статический срез гиперграфа отношений между точками [44:46].
*   Время — это динамический процесс вычисления, последовательное обновление сети по правилам [43:52].
*   Не существует внешних космических часов; время течет исключительно за счет шагов перезаписи системы, в которой находится и сам наблюдатель [45:00].

Джонатан Горард выдвигает гипотезу, что триумф геометрии Минковского над кинематическим подходом Эйнштейна 1905 года был исторической случайностью [57:46]. Минковский, будучи специалистом по теории чисел, применил свои наработки по квадратичным формам к физике, создав элегантную четырехмерную геометрическую модель [58:12]. Физическое сообщество переняло этот язык, потому что он был математически удобен, хотя изначально сам Эйнштейн скептически относился к идее пространства-времени [57:46].

Чтобы примирить раздельное существование пространства и времени с экспериментально подтвержденной теорией относительности, Wolfram Physics использует свойство «причинной инвариантности» (causal invariance) [45:40]. По утверждению Вольфрама, при огромном масштабе сети это свойство гарантирует эмерджентное возникновение симметрий Лоренца, делая пространство и время практически неотличимыми для макроскопического наблюдателя [46:08].

## 📐 Математика будущего: геометрия дробных размерностей
[[JUMP:51:48]]

Для описания физики в рамках нового проекта требуется математический аппарат, опережающий современную науку на десятилетия [51:34]. Стивен Вольфрам проводит аналогию с Исааком Ньютоном, которому пришлось изобрести дифференциальное исчисление (calculus) для описания движения планет [51:48].

Сегодня проекту Wolfram Physics необходимо обобщить математический анализ на случай дробных и динамически меняющихся размерностей [53:09]:

*   Нам нужна геометрия, способная описывать кривизну и дифференциальные операторы в пространствах с нецелой размерностью, например, в 2.7-мерном или 5.6-мерном пространстве [53:33].
*   Традиционный анализ Евклида работает только с целыми размерностями, в то время как эмерджентная размерность сети на микроуровне постоянно колеблется [08:01].

Поскольку аналитических решений для таких сред еще не создано, ключевым методом исследования для Вольфрама и Горарда становятся компьютерные эксперименты [54:12]. Вольфрам подчеркивает, что этот метод заставляет исследователей быть предельно честными: компьютер выдает ровно то, что диктуют правила, исключая подгонку результатов [54:51]. Все интерактивные блокноты с результатами моделирования, включая расчеты по черным дырам, авторы выкладывают в открытый доступ для верификации научным сообществом [55:05].

## 💻 Исторический раскол между физикой и информатикой
[[JUMP:59:33]]

По мнению Джонатана Горарда, фундаментальная физика отстала в своем развитии примерно на 100 лет из-за исторического недоразумения [1:01:06]. Основатели теории вычислений в 1920–30-х годах — Алан Тьюринг, Курт Гёдель и Алонзо Чёрч — были чистыми математиками, искавшими методы строгого доказательства теорем [59:59]. Из-за этого информатика долгое время воспринималась как субдисциплина математики, а не физики [59:33].

В то же время физики продолжали полагаться исключительно на непрерывные уравнения вещественных чисел [1:01:32]. Даже сам Алан Тьюринг в 1950-х годах, пытаясь моделировать биологические процессы, вернулся к дифференциальным уравнениям вместо использования изобретенных им же дискретных машин [1:01:59]. Вольфрам вспоминает, как в 1980-х годах его попытки применить теорию автоматов к физике снежинок сталкивались с яростным сопротивлением физиков-теоретиков, убежденных в священности непрерывных полей [1:03:31].

## 🧠 Пределы квантовых вычислений: скрытая сложность измерения
[[JUMP:1:05:18]]

Интерес к квантовым компьютерам за последние 15 лет сблизил физику и информатику [1:03:59]. Однако Wolfram Physics предлагает скептический взгляд на обещания «экспоненциального ускорения» квантовых алгоритмов [1:08:06].

Джонатан Горард объясняет природу этого скепсиса:

*   В стандартной квантовой теории процесс измерения (считывания результата) идеализируется как мгновенная проекция [1:07:14]. Этот шаг считается вычислительно бесплатным [1:07:27].
*   В модели Wolfram Physics измерение — это полноценный физический и вычислительный процесс, который осуществляет распределенный в ветвящемся пространстве наблюдатель [1:07:40].
*   Горард утверждает: чем сложнее и запутаннее квантовое вычисление, тем более сложную и ресурсоемкую вычислительную работу должен проделать прибор (или наблюдатель), чтобы считать результат [1:07:53].
*   В итоге, реальная эффективность квантовых систем может оказаться значительно ниже теоретических прогнозов, так как экспоненциальное ускорение на этапе вычислений нивелируется сложностью декодирования результата на этапе измерения [1:08:06].