Общая теория относительности - Хокинга В.
Скачать (прямая ссылка):
наметил ряд возможных выходов из положения (например, «мост» Эйнштейна —
Розена [1], попытка построения модели устойчивых, не подверженных
коллапсу звездных скоплений [2], идея о возможности несингулярного
«схлопывания» Вселенной за счет неоднородностей [3], вплоть до его
попыток видоизменить общую теорию относительности таким образом, чтобы
получилась свободная от сингулярностей единая теория поля [4, 5]). Тем не
менее исследования более позднего времени все настойчивее склоняют нас к
тому, чтобы примириться с существованием сингулярностей и принять их как
исконное свойство геометрии Вселенной.
Это не означает, что неотъемлемой частью нашего описания физической
геометрии должно стать теперь некоторое математически строгое понятие
«сингулярности», хотя теоретики много и искусно поработали в этом
направлении за последние годы. По-видимому, дело скорее в том, что
ограничена область применимости самого понятия геометрии пространства-
времени и соответственно физических законов в их нынешнем понимании.
Основываясь на теоремах о сингулярностях 16—8], можно даже сказать, что
эти законы сами себя ограничивают. Однако мне не кажется, что это повод
для пессимизма. Так или иначе, возникла необходимость в каких-то новых
законах, и в то же время можно думать, что существование и вероятная
структура пространственно-временных сингулярностей содержат ключ к
решению одной из самых древних загадок физики — откуда берется стрела
времени?
Точка зрения, которую я хочу изложить, возникла вовсе не от какого-то
радикального взгляда на вещи. Как бы ни казалась суть моих конечных
выводов отличной от того, что по этому предмету обычно говорят, я все же
придерживаюсь (или, как мне казалось, придерживаюсь) общепринятого
подхода к большинству вопросов.
*) R. Penrose, University of Oxford, Mathematical Institute, Oxford, UK.
234
Р. Пенроуз
Мои доводы основаны не на детальных вычислениях, а на некоторых, как мне
кажется, «очевидных» фактах, сама очевидность которых способствует тому,
что их обычно не принимают во внимание.
Именно Эйнштейн, как никто другой, владел искусством получения глубоких
физических результатов на основе «очевидных» фактов. Надеюсь, что меня
можно простить за попытку соперничать с Эйнштейном в его столетний
юбилей, ибо я уверен, что он сам не очень высоко оценил бы мнимую
значительность столь условной годовщины.
2. СУТЬ ПРОБЛЕМЫ
Главный вопрос всем хорошо знаком [9—11]. Локальные физические законы,
известные и понятные нам, все симметричны по времени. И все-таки на
макроскопическом уровне наблюдается явная асимметрия по времени.
Действительно, можно указать ряд на первый взгляд различных
макроскопических стрел времени. К ним можно добавить единственную
асимметрию по времени, наблюдающуюся в физике фундаментальных частиц, —
она проявляется в распаде /("-мезона. Кроме того, сюда же относится
вопрос об интерпретации квантовой механики; мне кажется, что его не
следует неосмотрительно упускать из виду. Установилось мнение, что в
аппарате квантовой механики на самом деле нет никакой стрелы времени [9,
12—16], хотя на первый взгляд кажется, что она там есть. Я не оспариваю
это мнение, но тем не менее считаю, что данный вопрос не должен быть
предан забвению по причинам, которые я изложу позднее.
Итак, я позволю себе перечислить семь, по-видимому, независимых стрел
(иные из них являются лишь возможными), которые обсуждаются в литературе
19]: распад /(“-мезона (разд. 2.1), квантовомеханические наблюдения
(разд. 2.2), общий рост энтропии (разд. 2.3), запаздывание излучения
(разд. 2.4), психологическое время (разд. 2.5), расширение Вселенной
(разд. 2.6) и соотношение черных и белых дыр (разд. 2.7). Рассмотрим их
по порядку.
2.1. РАСПАД К°-МЕЗОНА
Может ли асимметрия, которая появляется в распаде /("-мезона, иметь хотя
бы отдаленную связь с другими стрелами? Ведь этот эффект в сущности
ничтожен. Г-нарушающая компонента в этом распаде составляет, вероятно,
всего лишь 10“® от Г-сохраняющей компоненты [17—21], и, во всяком случае,
существование Г-наруше-ния обнаруживается не непосредственным измерением,
а выводится из наличия незначительного CP-нарушения (~10-9) в
предположении, что СРГ-нарушение, если оно вообще существует, должно быть
в этом взаимодействии еще меньше (<^10-*). По-видимому, здесь замешано
сверхслабое взаимодействие (или очень слабая
У. Сингулярности и асимметрия по времени
235
компонента слабого взаимодействия), хотя оно не играет, насколько нам
известно, никакой заметной роли в каких-либо важных процессах,
управляющих поведением материи. Гравитация, конечно, еще слабее, и притом
она полностью управляет движением материи в больших масштабах. Однако
дифференциальные уравнения общей теории относительности полностью
симметричны по времени, подобно уравнениям Максвелла, а также, по-
видимому, подобно законам сильных и обычных слабых взаимодействий.
Так или иначе, реальное, но ничтожное проявление почти полностью скрытой
