4. АСИММЕТРИЧНАЯ ФИЗИКА?

Некоторые читатели могут почувствовать себя разочарованными всем этим. Вместо того чтобы изыскать какой-то тонкий ход к тому, чтобы во вселенной, основанной на симметричных по времени законах, могла тем не менее наблюдаться явная асимметрия по времени, я попросту утверждаю, что некоторые из этих законов в действительности несимметричны по времени, и, хуже того, утверждаю, что эти асимметричные законы пока еще неизвестны! Но на самом деле все не так плохо, как может показаться. В частности, из всего этого следует, что стоит поискать такие асимметрии и в других областях физики. Где именно? Так или иначе, некоторая связь с гравитацией при этом должна быть, поскольку именно тензор Вейля описывает гравитационные степени свободы. Классическая общая теория относительности симметрична по времени, но можно поставить вопрос: сохранится ли эта симметрия, когда в конце концов теория гравитации будет должным образом «сшита» с квантовой механикой? В самом деле, если считать, что виртуальные черные дыры при планковской длине играют существенную роль [73], то аргументы разд. 2.7 приводят к тому, что вакуум может быть асимметричным по времени в рамках сугубо квантового описания гравитации.

Однако это не слишком доступный и обнадеживающий путь, но есть иная заслуживающая исследования возможность связи между квантовой механикой и гравитацией, которая, вероятно, имеет больше отношения к вопросу об асимметрии по времени — это вопрос о квантовомеханических наблюдениях, отложенный нами в разд. 2.2. Здесь следует подчеркнуть определенные ассоциации

с подходом Бекенштейна — Хокинга к энтропии. В конечном счете квантовомеханическое наблюдение рассматривается как «свершившееся», лишь когда происходит нечто «необратимое». Но слово «необратимость» относится здесь к тому факту, что произошло существенное увеличение энтропии. А энтропия, как мы уже знаем, зависит, по-видимому, от довольно субъективного понятия крупнозернистой структуры. Для того чтобы квантовомеханическое наблюдение «действительно» произошло и привело к реальному изменению в состоянии мира, по-видимому, требуется, чтобы увеличение энтропии было объективным. Вспомним теперь, что в формуле Бекенштейна — Хокинга в качестве меры энтропии взята попросту конкретная характеристика пространственно-временной геометрии — площадь поверхности черной дыры. Означает ли это, что и геометрия дыры тоже субъективна с вытекающим отсюда выводом, что вся пространственно-временная геометрия (а значит, и вся физика) должна быть в какой-то мере субъективной? Или же энтропия в случае черной дыры должна стать объективным понятием? Если последнее верно, то не может ли энтропия стать объективной также и в менее экстремальных гравитационных ситуациях (ср. с разд. 3.1)? Более того, если такой переход от субъективного характера энтропии к объективному может произойти только в (квантовой) теории гравитации, то именно в ней окончательно теряет силу линейная суперпозиция цепей фон Неймана [111].

В этом случае возможно, что новые законы, вероятно, необходимые для такого обобщения квантовой механики, при котором измерения станут неотъемлемой частью теории, приведут к определенного рода квантовой теории гравитации (см. разд. 2.2), причем под этим я имею в виду теорию, из которой как соответствующие предельные случаи следуют квантовая механика и общая теория относительности. Во всяком случае, я бы сказал, что приводимые мною аргументы (особенно те из них, которые содержатся в разд. 2.7 и 3.3 и наиболее непосредственно связаны с формулой Бекенштейна — Хокинга) ставят вопрос о некоторой новой теории, асимметричной по времени. Соответственно, какая бы нелинейная физика ни заменила в конечном счете нынешнюю теорию с мгновенно редуцируемой волновой функцией, она вполне может оказаться существенно асимметричной по времени.

На нынешнем уровне знаний такие рассуждения в высшей степени спекулятивны. Все же мы знаем, что некий физический

закон, асимметричный по времени, реально существует! За более привычными симметричными по времени силами Природы где-то скрыта одна (а возможно, и не одна) асимметричная сила, ничтожное действие которой почти полностью замаскировано остальными и остается незамеченным во всех процессах, кроме одного: хитроумного распада -мезона. Я не хочу сказать, что здесь обязательно замешана квантовая гравитация. Однако, очевидно, что в числе нерушимых правил Природы нет требования непременной симметрии по времени!

Более того, в относительной величине Г-нарушающей (или -нарушающей) компоненты в -распаде (около возможно, имеется свой скрытый смысл. Согласно разд. 3.3, физика элементарных частиц должна как-то объяснить наблюдаемое значение энтропии на один барион порядка . В связи с этим высказывалась мысль [62, 67, 109], что в ранней Вселенной, возможно, шел процесс рождения барионов и антибарионов, в котором превышение барионов над антибарионами составило примерно Тогда при последующей аннигиляции получилось бы не только (видимо) требующееся число барионов, но и наблюдаемая энтропия на барион (т. е. число фотонов, приходящихся на один барион). Если можно считать, что исходным состоянием, с которого начал развиваться этот первоначальный процесс рождения, было нечто с квантовыми числами вакуума, то в этом процессе должен нарушаться закон сохранения барионов, а также и С-инвариант-ности (чтобы число барионов и антибарионов было неодинаково). Значительное нарушение С-инвариантности, как уже давно известно, является свойством слабых взаимодействий [20], тогда как -инвариантность нарушается в -распаде в столь малой степени, какая, по-видимому, и требуется. Более того, основываясь на хокинговском процессе испарения черной дыры, следует ожидать, что несохранение барионов [76] и в настоящее время где-то имеет место [56, 67].

Однако для объяснения закона, утверждающего, что первоначально нам нужно нечто большее, а именно нарушение и СРГ-инвариантностей по отдельности. Если бы, например, СРГ-инвариантность не нарушалась, мы могли бы взять незапрещенный коллапс к сингулярности, для которой и по СРГ-симметрии получить запрещенную начальную сингулярность. и -инвариантности максимально нарушены в слабых взаимодействиях, а Т-инвариантность — еле заметна в -распаде, но СРГ-нарушения пока еще не были обнаружены. Конечно, имеется СРГ-теорема [113], которая служит определенной теоретической базой для универсальной СРГ-инвариантности, но не следует

забывать, что важнейшей предпосылкой этой теоремы является пуанкаре-инвариантность, тогда как мы обращаемся к ситуациям (сингулярности, квантовая гравитация), в которых это условие явно нарушено. Я мог бы поспорить, что какие-то СРГ-нарушающие эффекты в конце концов в экспериментальной физике будут замечены. Но пока еще рано рассчитывать на это, и ни в коей мере не удивительно, что такие эффекты мы до сих пор не видим.

Здесь я не вдавался в какие-либо количественные детали. Однако большинство явлений, которых мы касаемся, носит столь всеобщий и явный характер, что о многом можно судить и без деталей. Из этих явлений более всего выделяется статистическая асимметрия вселенной. По-моему, совершенно непостижимо, чтобы такая асимметрия не имела осязаемой причины. Объяснение с помощью антропологического принципа представляется крайне неубедительным (ср. с разд. 3.3). То же можно сказать и об объяснении «нарушением симметрии» [114], согласно которому наиболее вероятные состояния вселенной могут не разделять тех симметрий, которыми обладают управляющие вселенной законы. (Трудно понять, как наша безбрежная Вселенная могла «впасть» именно в то или другое из этих состояний, не имея даже понятия, в каком направлении времени стартовать!) Насколько я сам могу судить, остается единственное («очевидное») объяснение: не все точные законы физики симметричны по времени!

Тогда возникает вопрос: для чего Природе понадобилось запрятать эту асимметрию по времени столь тщательно? Поскольку мы пока не знаем тех принципов, которыми руководствуется Природа при отборе физических законов, мы не можем ответить и на этот вопрос. Все же нам, по-видимому, не следует слишком уж удивляться тому, что фундаментальная асимметрия глубоко скрыта за внешностью видимой симметрии. Обладает же фауна нашей Земли, за редкими исключениями, внешней симметрией между правым и левым. Можно ли было догадаться, что в ядре каждой воспроизводящей клетки заложена спираль, структура которой определяет рост и развитие этих великолепных симметричных созданий, но при том каждая такая спираль все-таки только правая?