Теоретический физик Шон Кэрролл в беседе с астрофизиком Брайаном Китингом обсуждает фундаментальные вопросы устройства мироздания: от возможностей телескопа «Джеймс Уэбб» до квантовой природы реальности. В центре дискуссии — пересмотр классических взглядов на физику, поиск внеземной жизни через призму байесовской вероятности и интерпретация многомировой модели квантовой механики.
🔭 Миссия «Джеймса Уэбба» и границы познания 0:00
Шон Кэрролл, ныне работающий в Университете Джонса Хопкинса, отмечает свою тесную связь с Институтом исследований космоса с помощью космического телескопа (STScI), откуда ведется управление миссией James Webb Space Telescope (JWST) . Несмотря на административную лояльность, физик трезво оценивает научные задачи аппарата.
По мнению Кэрролла, телескоп не даст ответов на вопросы фундаментальной физики, которыми занимается он сам:
- Квантовая гравитация: JWST не предназначен для поиска ответов о глубинных законах физики или происхождении Вселенной в момент Большого взрыва .
- Прикладная астрофизика: Работа телескопа сосредоточена на изучении уже известных законов в специфических условиях: формирование галактик, звезд и планет .
- Экзопланеты: Кэрролл считает эту область наиболее многообещающей. Телескоп способен анализировать свет звезд, проходящий через атмосферы планет, что позволяет делать выводы об их составе .
Физик подчеркивает, что отсутствие прорывов в квантовой гравитации не делает миссию менее ценной, так как изучение экзопланет — это область, которая превзошла все ожидания ученых за последние 30 лет .
👽 Байесовский подход к поиску внеземной жизни 3:04
Обсуждая вероятность существования инопланетян, Брайан Китинг напоминает о событии 1996 года, когда НАСА объявило о возможной находке следов микроорганизмов в марсианском метеорите . Хотя официального опровержения не последовало, Кэрролл утверждает, что научное сообщество считает те выводы ошибочными .
Применяя байесовскую логику к вопросу жизни во Вселенной, Кэрролл выделяет несколько тезисов:
- Отсутствие очевидности: Тот факт, что мы не видим явных признаков жизни на Марсе или в Солнечной системе, несколько снижает априорную вероятность повсеместности жизни во Вселенной .
- Масштаб выборки: Если предположить, что жизнь возникает на 1% планет земного типа, отсутствие жизни на Марсе почти не меняет эту вероятность в масштабах миллиардов галактик .
- Простая vs Разумная жизнь: Кэрролл проводит жесткую границу. Он считает, что есть веские байесовские основания полагать, что в нашей Галактике нет других развитых цивилизаций, иначе мы бы их легко заметили .
- НЛО и отчеты: Физик иронично замечает, что сторонники теории НЛО десятилетиями обещают сенсационные отчеты через «шесть месяцев», но реальных доказательств развитого разума до сих пор нет .
При этом он допускает существование простой одноклеточной или даже многоклеточной жизни в океанах Европы (спутника Юпитера), подчеркивая необходимость сбора данных для обновления наших «байесовских априорных вероятностей» .
⚛️ Квантовый мир: Вселенная из волновой функции 8:02
Кэрролл продвигает программу «извлечения Вселенной из волновой функции». Его основной тезис заключается в том, что мир по своей сути является квантовым, а классическая физика — лишь его частный предел .
Ключевые идеи этой концепции:
- Квантовое начало: Традиционный подход «взять классическую теорию и квантовать её» — это лишь человеческий инструмент. Природа изначально квантовая .
- Гильбертово пространство: Это векторное пространство всех возможных квантовых состояний. Для нашей Вселенной число его измерений конечно, но огромно: $10^{10^{122}}$ .
- Конечность против бесконечности: Кэрролл настаивает на конечности Гильбертова пространства Вселенной. Это имеет принципиальное значение для математического анализа и понимания физики .
🕳️ Черные дыры и природа гравитации 10:12
Обсуждение конечности измерений Вселенной тесно связано с энтропией черных дыр. Кэрролл сравнивает Стивена Хокинга с Рудольфом Клаузиусом: оба описали, что делает энтропия, не понимая до конца, что она собой представляет .
Основные выводы по теме:
- Загадка бесконечности: В квантовой теории поля энтропия пустого пространства кажется бесконечной из-за бесконечного числа мод поля .
- Гравитация как исключение: Тот факт, что энтропия черной дыры конечна (хотя это максимум энтропии для данного объема), доказывает, что гравитация не является обычной квантовой теорией поля .
- Голографический принцип: Информация внутри черной дыры пропорциональна площади её горизонта событий в планковских единицах. Это согласуется с идеей о конечном числе кубитов информации во Вселенной .
🌌 Многомировая интерпретация и «толщина» реальностей 13:18
Разбирая разницу между декогеренцией и коллапсом волновой функции, Кэрролл объясняет, почему мы видим мир классическим.
Декогеренция — это плавный процесс взаимодействия квантовой системы с окружающей средой, описываемый уравнением Шрёдингера . Она приводит к запутанности системы с окружением (например, фотонами в комнате) .
Коллапс волновой функции, по мнению Кэрролла (как сторонника многомировой интерпретации):
- Является иллюзией для наблюдателя внутри системы .
- Происходит в момент ветвления Вселенной на разные миры.
- Контрастирует с теорией Роджера Пенроуза об «объективном коллапсе», где схлопывание функции — реальное физическое событие .
Кэрролл вводит понятие «толщины ветвей» Вселенной, которая соответствует квадрату амплитуды волновой функции .
- Суммарная «толщина» всей Вселенной остается константной, что снимает вопросы о нарушении закона сохранения энергии при появлении новых миров .
- По мере течения времени ветвление просто «нарезает» Вселенную на всё более тонкие слои .
Физик признает, что называть две идентичные системы «разными вселенными» до момента их ветвления — вопрос скорее философский, чем математический, так как в математике многомировой модели всё прозрачно и непротиворечиво .
