Пульсирующая Вселенная - Николай Николаевич Горькавый

обсерватории «Планк» был сделан вывод, что Вселенная не плоская, а, с вероятностью 99 %, замкнута. Следовательно, она не будет разлетаться бесконечно, что противоречит предсказанию квантовой теории инфляции о плоской геометрии вечно расширяющейся Вселенной, остывающей в «тепловой смерти». Статья с этими результатами называлась «Свидетельство „Планка“ о замкнутой Вселенной и возможный кризис космологии» и была опубликована в Nature. Аналогичный вывод делался раньше и на основе данных спутника WMAP. Кроме того, к настоящему времени накопились убедительные данные о глобальной анизотропии Вселенной и о непостоянстве постоянной Хаббла, что тоже противоречит существующей космологической парадигме и свидетельствует о ее кризисе.

В свете волны новых данных идея квантового рождения мира из «ничего» уже не выглядит «наиболее привлекательной». В 2017 году на страницах журнала «Scientific American» даже развернулась беспрецедентная бурная дискуссия о научности (!) теории инфляции, которая имеет слишком много вариантов и подгоночных параметров, поэтому оказывается фактически неопровержимой, а значит, не является наукой с точки зрения критериев, предложенных известным философом Карлом Поппером. Застрельщиками дискуссии были ведущие астрономы Принстонского и Гарвардского университетов, которые выразились о теории инфляции предельно жестко: «теория, которая может предсказать все что угодно, ничего не предсказывает». Безусловно, против этого мнения выступило множество квантовых оппонентов, но примечателен сам факт такой дискуссии.

Неудивительно, что с начала XXI века активно развиваются модели циклической космологии, которые переживают второе рождение. В последние годы удалось решить проблемы энтропии и сингулярности, не выходя за рамки общей теории относительности. Был предложен механизм Большого взрыва и современного ускорения Вселенной на основе взаимных превращений гравитационных волн и черных дыр. Модель циклической Вселенной, базирующаяся на общей теории относительности Эйнштейна, оказалась способной объяснить все наблюдаемые особенности Вселенной без введения гипотетических полей и частиц.

Труд, процитированный в начале предисловия, был последней космологической книгой академика Я. Б. Зельдовича (1914–1987). В ней предполагалось, что наиболее вероятным кандидатом на роль темной материи являются нейтрино с энергией 20 электрон-вольт. Эта идея впоследствии не подтвердилась, и А. Д. Долгов стал активно развивать более реалистичную модель, в которой темная материя определяется черными дырами. Отметим, что такое предположение хорошо согласуется с современными моделями циклической Вселенной. М. В. Сажин предложил в 1978 году метод регистрации низкочастотных гравитационных волн с помощью наблюдения пульсаров. Этот метод принес блестящие плоды к 2020–2021 годам, когда с его помощью североамериканскими (NANOGrav) и австралийским (PPTA) радиотелескопами были обнаружены наногерцовые гравитационные волны, которые являются реликтовыми волнами, аналогами реликтового микроволнового излучения. Это открытие тоже свидетельствует в пользу циклической Вселенной, которая уверенно набирает очки в соревновании с другими моделями.

Данная книга — первая, в которой доступно излагается история космологии циклической Вселенной от Иммануила Канта до наших дней. Она описывает революцию в космологии XXI века и содержит свежие новости с фронта передовых исследований, вызывающих острую полемику среди ученых. Книга рассчитана на широкий круг читателей, и поэтому ее основной текст почти не содержит формул. Для заинтересовавшихся читателей и специалистов в Приложении II размещен обзор по циклической космологии с уравнениями. Этот обзор, как части III и IV данной книги, базируется на научных статьях Н. Горькавого, А. Василькова, Дж. Мазера и С. Тюльбашева (см. список литературы после предисловия).

Новая космологическая революция открыла дверь в удивительную и глубоко логичную Вселенную, состоящую из массивных черных дыр, мощного гравитационного излучения и легкой барионной компоненты, которая смогла породить жизнь и пытливый разум.

Автор выражает благодарность Александру Василькову, Джону Мазеру, Сергею Тюльбашеву, Александру Кашлинскому, Дмитрию Макарову, Алексею Богомазову и Алексею Моисееву за полезные обсуждения и ценные замечания. Особая признательность Александру Березину, который подал идею написания данной книги и принял активное участие в этом проекте. Автор благодарит издательство Челябинского государственного университета и ректора Сергея Таскаева за поддержку и издание данной книги.

27 ноября 2022

Во втором издании добавлен параграф 20.3 «Реликтовые килогерцовые гравитационные волны», а также внесен ряд небольших исправлений и добавлений, включая данные о важных статьях 2023–2024 годов, в том числе: Gorkavyi N. «Entropy of Black Holes and an Oscillating Universe», 2023. В начале 2024 года модель темного гало Галактики была уточнена по данным астрометрического спутника Gaia. Старые оценки ожидаемого количества событий линзирования оказались значительно завышенными. Это снимает ограничения на количество дыр в гало Галактики, которые накладывали наблюдения в проектах типа MACHO, и укрепляет позиции модели темной материи из черных дыр.

18 февраля 2024

Список научных публикаций, которые легли в основу данной книги:

Gorkavyi N. Origin and Acceleration of the Universe without Singularities and Dark Energy. Bulletin of the American Astronomical Society. 2003, 35, #3. http://www.aas.org/publications/baas/v35n3/aas202/404.htm.

Gorkavyi N., Vasilkov A. A repulsive force in the Einstein theory. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2016, 461 (3): 2929–2933. https://doi.org/10.1093/mnras/stw1517.

Gorkavyi N., Vasilkov A. A modified Friedmann equation for a system with varying gravitational mass. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2018, 476 (1): 1384–1389. https://doi.org/10.1093/mnras/sty335.

Gorkavyi, N., Vasilkov, A., Mather, J. A Possible Solution for the Cosmological Constant Problem. In Proceedings of the 2nd World Summit on Exploring the Dark Side of the Universe (EDSU2018) Eds: B. Vachon and P. Petroff, Point a Pitre, Guadeloupe, France, 25–29 June 2018. https://pos.sissa.it/335/039/pdf, https://doi.org/10.22323/1.335.0039.

Горькавый Н. Н., Тюльбашев С. А. Черные дыры и нейтронные звезды в осциллирующей Вселенной // Астрофизический бюллетень. 2021, т. 76, № 3.С. 285–305 (Gorkavyi N. N., Tyul'bashev S. A. Black holes and neutron stars in an oscillating Universe. Astrophys. Bull., 2021, 76, 229–247. https://doi.org/10.1134/S199034132103007X).

Gorkavyi N. Gravitational wave background discovered by NANOGrav as evidence of a cyclic universe. New Astronomy. 2021, 91: 101698. https://doi.org/10.1016/j.newast.2021.101698.

Gorkavyi N. Accretion of Galaxies around Supermassive Black Holes and a Theoretical Model of the Tully-Fisher and M-Sigma Relations. Galaxies. 2022, 10: 73. https://doi.org/10.3390/galaxies10030073.

Gorkavyi N. Entropy of Black Holes and an Oscillating Universe. Preprints. 2023, 2023111978. https://doi.org/10.20944/preprints202311.1978.v1.

Популярное изложение и обсуждение модели циклической Вселенной, состоящей из черных дыр и гравитационных волн:

Бирюков Антон, Котляр Павел. «Вы хороните темную энергию?» — «Полагаю, что да». Газета. ру, 1 августа 2016. https://www.gazeta.ru/science/2016/08/01_a_9717293.shtml.

Березин Александр. Русские физики сенсационно предложили заменить темную энергию антигравитацией. Life, 3 августа 2016. https://life.ru/p/885692.

Березин Александр. Темная материя и энергия провалились в черную дыру. ТАСС, 31 декабря 2018. https://nauka.tass.ru/sci/6816495.

Березин Александр. Сжимающаяся Вселенная столкнет нас в черную дыру. Но заметить конец света будет непросто. Naked Science, 8 августа 2021. https://naked-science.ru/article/physics/universe-phoenix.

Березин Александр. Темная материя: что на самом деле представляет собой самое загадочное вещество Вселенной. Популярная механика, 21 марта 2022. https://www.popmech.ru/science/467972-temnaya-materiya-zagadochnoe-veshchestvo-vselennoy/.

Горькавый Николай. Вселенная как феникс. За науку! 17.12.2018.