Почему Вселенная управляется очень немногими законами высокой степени общего характера, а не множеством частных?

Все началось не так. Но с течением времени люди, глубоко размышлявшие о физических законах, постепенно открыли некоторые очень общие основополагающие принципы, породившие массу отдельных законов, которые тогда понимались как частные случаи более общих основополагающих принципов.

Этот процесс называется объединением. Примеры включают законы электродинамики Максвелла и электрослабое объединение Вайнберга/Салаама.

Другой пример дает теорема Нётер, которая является единственным общим принципом, лежащим в основе всех различных законов сохранения в физике.

Так оно и началось. Если бы было начало. Что вообще такое время? В общей теории относительности это изображается как измерение. Но самое верное, что мы знаем об этом, о нашей теории гравитации + времени, это то, что она не согласуется с квантовой механикой, с нашей теорией всего остального, с нашей лучшей на данный момент сеткой, уравнением Уилера-ДеВитта, которое обнаруживает, что время «уравновешивается». ', это не переменная. Таким образом, петлевая квантовая гравитация и другие подходы к квантовой гравитации рассматривают время как эмерджентное, а не как фундаментальное.

Как мы думаем, что такое измерение? Теорема Нётер доказана, размерности прямо эквивалентны локальным непрерывным симметриям — совокупность законов сохранения, энергия-импульс и т. д. являются размерностями. Итак, мы можем начать изображать вселенную с эмерджентными измерениями: узор в чем-то нечетком, вроде квантовой пены или спиновой сети. Подобно кристаллу, который организован симметрично в одних направлениях, но не в других, поскольку жидкость охлаждается — и именно в этом состоит идея теории E8 Лизи . Была эта гладкая, симметричная система, метафорически похожая на жидкость, и законы нашей вселенной «выкристаллизовались» с присущими ей константами, просто одним из многих путей, по которым она могла пойти, возможно, «засеянными», как могут быть кристаллы.

Одна из самых глубоких черт, закономерностей, которую мы обнаруживаем, — это принцип неопределенности. Это позволяет заимствовать немного энергии на короткое время, пока баланс восстанавливается. Но мы можем наблюдать, как это должно применяться, потому что если что-то интересное — что-то странное — происходит в этом маленьком окошке, оно уже не возвращается к тому, что было. Появляется, скажем, пара частица-античастица. Они могут повторно аннигилировать, возвращая красивое плоское пустое пространство. Но может произойти еще более странная вещь: в окне нечеткой неопределенности симметрия может быть «нарушена»: заряд-четность-время или, в частности, нарушение СРТ, потому что это сделало то, что мы видим в нашей Вселенной, гораздо большим количеством материи, чем антиматерии. . Так что это похоже на эту асимметрию, это «нарушение» того, что вещи аккуратно сжимаются, то, как время не похоже на другие измерения (или CP&T не все то же самое), дал эту огромную задержку в окупаемости заимствованной энергии, в том, что может произойти (количество состояний, размер вероятностного пространства) до того, как сложность снова превратится в простоту, которая, как мы все еще думаем, будет (просто потому, что все меняется). Таким образом, в этом принципе неопределенности есть глубокая элегантность: мы находим его повсюду, и он может сделать,все - законы, частицы, измерения, их сложные узоры, подобные нашему большому взрыву.

Что будет означать «начало» во вневременной вселенной? В любом случае это проблематично с философской точки зрения, потому что, если время началось с него, что значит спрашивать, что было раньше?

У Роджера Пенроуза, прошедшего исключительно длинный и разнообразный путь в физике, наконец, недавно была заслуженная Нобелевская премия, есть прекрасная идея конформной циклической космологии. Мы знаем, что черные дыры в конечном итоге испарятся, мы думаем, что протоны, скорее всего, распадутся, и произойдет противоположное тому, что превратило «гладкую» раннюю Вселенную в комки частиц. Просто суп из фотонов, который, как мы думаем, не может распадаться и, как указал Пенроуз, не испытывает времени. Таким образом, у нас снова есть гладкое плоское состояние простейших вещей, как эта метафора для жидкости. И CCC предполагает, что это похоже на большой взрыв, который, как мы знаем, взрывается! Здесь не важно, прав ли CCC, я хочу сказать, что произойдет, если мы спросим о «до» большого взрыва и о том, что у умных людей есть идеи. Это'

Итак, без времени то, что у нас есть на самом деле, — это сложный узор, точка, расширяющаяся и сжимающаяся, подпрыгивающая в огромном пространстве .воображаемое пространство всех возможных вселенных, способов, которыми кристалл охлаждается и нагревается, усложняется и упрощается. Когда проще всего понять? Когда это ближе всего к точке, ближе всего к полной простоте: одна объединенная сила, один вид частиц, один носитель силы. Тогда что мы хотим знать? Огромное пространство, по всей вероятности, всегда невозможно быстро исследовать. В физике мы называем это место гильбертовым пространством, но по-настоящему мы можем работать только с тем, где число частиц в нем невелико, а взаимодействия очень ограничены. Однако с нашей вселенной у нас есть «обман»: мы знаем, где мы оказались, какой набор из 20 или около того фундаментальных констант выбрало состояние. Это все равно, что пытаться разобраться со всеми возможными звуками, которые может издать гитарная струна, вместо того, чтобы анализировать один конкретный звук .тон. И этот тон может рассказать нам все о том, как мы перешли от простого места, «сорванной струны», к этому конкретномусложное место. Это может рассказать нам о «щипании» или о том, от какого эха резонирует эта нота (например, «до» большого взрыва), и о том, как это эхо затухнет: Великий разрыв, плавная тепловая смерть, множество вариантов. И, может быть, как в CCC, этот «окончательный» образец фотонов может передаваться в следующую вселенную, может быть, каждая вселенная может стать немного сложнее, «зародить» другой набор констант, и вот как мы пришли к этому. мы видим обширную сложную вселенную. И как будто мы являемся частью вселенной, изучающей себя, чтобы работать над окончательным состоянием, которое создаст еще большую сложность - гигантский музыкальный счет, временная шкала каждой вселенной, нота. Например, когда законы стали достаточно сложными, вселенские временные рамки имеют разум, и они усложняют вещи .

В этой картине не совсем верно говорить, что сложность «от» или сделана из простоты. Просто все состояния всегда связаны, многомерная скульптура всего, что было или будет, и что-то «катается»; осознание, «сейчас», информация о состоянии колеблется вокруг паттерна, заимствует у себя и отплачивает. Это точка зрения, согласно которой все никогда не перестает быть ничем (в рамках неопределенности). И ничего, не могу не сделать все.

Когда у вас есть набор вещей, и вы повторяете то, что они есть, например, встряхивая поднос с игральными костями или монетами, вы получите больше результатов в более простых случаях. Чтобы Вселенная попала в такое «необычное» состояние, когда для объяснения того, что может произойти в окне неопределенности, ей нужно около 20 фундаментальных констант, требуется огромное гильбертово пространство. Таким образом, кристалл должен был охлаждаться много раз с меньшей сложностью, струна имела менее сложные эхо. «Простые» законы говорят нам о множестве других способов, которыми могла бы быть Вселенная. Как и в гильбертовом пространстве, каждое взаимодействие значительно увеличивает неподатливость. Там могут быть закономерности, но мы никогда не сможем их увидеть. И глядя на антропный принцип, есть закономерности , и мы здесь и видим их., так что должно было быть так, что фундаментальных взаимодействий было достаточно мало, чтобы для простых взаимодействий с ними можно было справиться. Другие возможные состояния вселенной, умы не могли продвинуться вперед. Для этого нам нужно, чтобы оно было достаточно простым, чтобы усвоить правила с конечным куском материи, но достаточно сложным, чтобы построить что-то вроде нашей вселенной, тогда появятся разумы, и они смогут сделать следующую вселенную более сложной (но все же доступной для разумов в это, или обратная связь заканчивается).

Извиняюсь за то, что не был более кратким. А что касается оставшегося жаргона, я старался использовать как можно меньше. Я надеюсь, вы чувствуете, что это, по крайней мере, указывает на то, какую форму может принять ответ, когда у нас есть лучшие ответы, чтобы заполнить ручные взмахи рук.

Мне кажется, нужно быть очень осторожным, не смешивая состояние вселенной и объективную реальность о ней (или, скорее, наше восприятие ее) с нашим пониманием ее. Чтобы быть более ясным, такие утверждения, как «вселенная управляется небольшим количеством законов…» или «есть единственный закон, закон всемирного тяготения, который управляет орбитами всех планет», честно говоря, бессмысленны. мне.

«Закон» есть не что иное, как наше математическое описание чего-либо, хотя он может основываться и на более фундаментальных принципах, это просто способ, которым люди сумели описать, предсказать, объяснить себе определенные явления, в которых они обнаружили некоторую закономерность. Законы тяготения Ньютона или Эйнштейна — это просто описания, модели, если хотите, они не заставляют планеты двигаться определенным образом, они просто помогают нам описывать и предсказывать их поведение.

Вопросы вроде «почему существует несколько законов, описывающих реальность» для меня в большей степени являются вопросами о том, как работает человеческий разум, чем вопросами о физической вселенной. Я думаю, что наш мозг эволюционировал так, что он предпочитает иметь дело с высокими уровнями абстракции, плюс способность строить абстракции поверх абстракций. Когда у нас это есть, требуется только чувство эстетики/экономики мысли, чтобы получить самые точные объяснения, в самых элегантных терминах, с наименьшим количеством возможных предположений и т. д. для любого конкретного явления.

TL;DR: Дело не в том, что вселенная предпочитает несколько законов, а в том, что делает наш разум. Вселенная такая, какая она есть, независимо от того, насколько умно мы ее описываем.