Космолог и философ Шон Кэрролл предложил космологическую модель, которая позволяет обойти один из парадоксов современной физики — проблему так называемых «мозгов Больцмана». Работа основана на квантово-механическом подходе и предполагает строго периодическое повторение истории Вселенной.
В моделях вечной Вселенной, которая проводит большую часть времени в состоянии теплового равновесия, квантовые флуктуации могут порождать самоосознающие структуры с ложными воспоминаниями — «мозги Больцмана» (по аналогии: если бесконечно долго встряхивать коробку с деталями, они когда-нибудь случайно сложатся в работающий механизм). В ряде космологических сценариев такие случайные образования должны возникать значительно чаще, чем обычные наблюдатели, эволюционировавшие в условиях звезд и планет. Это создает логическое затруднение: если теория предсказывает, что большинство сознающих субъектов являются результатом случайной флуктуации, то у наблюдателей нет оснований доверять собственным воспоминаниям и научным выводам, которые привели к этой теории.
В отличие от традиционных циклических моделей, где каждый новый цикл отличается от предыдущего, модель Кэрролла предполагает строгую периодичность — точное повторение одной и той же последовательности состояний. Авторы используют математическую теорему Пуанкаре о возвращении: если пространство возможных квантовых состояний (гильбертово пространство) конечно, то при бесконечном течении времени система неизбежно должна возвращаться к ранее посещенным состояниям.
Основным элементом модели является возможность настроить эволюцию Вселенной таким образом, чтобы она никогда не проходила через состояния, содержащие «мозги Больцмана», или чтобы их возникновение было крайне редким. Это позволяет избежать парадокса, при котором случайные флуктуации доминируют над «нормальными» наблюдателями.
В данной модели Вселенная расширяется, остывает, достигает состояния пустого пространства, а затем процесс идет в обратную сторону: фотоны сжимаются и смещаются в синюю область спектра, частицы возникают вновь, черные дыры заменяются белыми дырами, излучающими материю. В конце цикла происходит сжатие («большое сжатие»), за которым следует новый «большой взрыв», и весь процесс повторяется в точности. Полный цикл занимает невероятно долгое время — порядка гуголплекса лет.
Авторы признают, что их модель не решает фундаментальную проблему низкой энтропии в ранней Вселенной — в компьютерных симуляциях начальное состояние с низкой энтропией также задается вручную. Однако модель предлагает интересный взгляд на стрелу времени: в периоды, близкие к точке «отскока» (перехода от сжатия к расширению), направление времени меняется на противоположное. То, что для нас является «большим сжатием», для гипотетических наблюдателей по ту сторону выглядело бы как «большой взрыв».
Сам Кэрролл отмечает, что не является сторонником циклических космологий, однако данная модель предлагает элегантный способ обойти проблему «мозгов Больцмана». По его словам, даже если текущая работа не дает окончательных ответов, она может помочь в понимании квантовой гравитации и природы времени.
Читайте также: Google проведет операцию «Голубое небо» над Атлантикой для борьбы с инверсионными следами