Пульсирующая Вселенная - Николай Николаевич Горькавый

убыстряется на границе черной дыры до бесконечности. Но как только наблюдатель пересекает границу черной дыры с равномерной плотностью, то вычисления покажут ему, что гравитация самого внешнего слоя черной дыры перестает на него действовать, а гравитации внутренней части дыры не хватает для ее замыкания. Ведь чем меньше черная дыра, тем больше должна быть ее плотность. Следовательно, из любой внутренней части черной дыры невозможно сделать черную дыру меньшего размера — и черной дырой однородной плотности может быть только вся эта дыра целиком. Чем дальше движется наблюдатель к центру дыры, тем меньше тяготение внутренней сферы.

Как соотносится время в центре черной дыры и время внешнего наблюдателя на галилеевской бесконечности? Рассмотрим шар из разреженного вещества (или из звезд). Плотность этого шара далека от той, что нужна для создания черной дыры такого же размера. Скорость времени внешнего наблюдателя на бесконечности близка к скорости времени наблюдателя в центре шара. Начнем сжимать данный шар. Время наблюдателя в его центре зависит от гравитационного потенциала, который определяет скорость течения времени и может быть измерен по гравитационному смещению частоты фотона. Потенциал на бесконечности равен нулю, а в центре шара он отрицателен и минимален. Если запустить из центра шара фотон с какой-то частотой, то на бесконечности его частота будет меньше. Это означает, что время в сфере течет медленнее, чем на бесконечности. При определенной степени сжатия на границе сферы возникнет поверхность черной дыры с нулевой скоростью времени с точки зрения внешнего наблюдателя. Интересно, что с точки зрения наблюдателя в центре шара на его границе скорость времени будет максимальной (на краю шара длина волны фотона, запущенного из его центра, растянется в бесконечность). Минимальной скоростью будет обладать время наблюдателя в центре дыры.

Фактически поверхность черной дыры соответствует разрыву в скорости времени, где эта скорость снаружи разрыва устремляется к нулю, а изнутри — к бесконечности. Сопоставить времена в центре черной дыры и на галилеевой бесконечности уже будет невозможно, что отражается в относительной мнимости этих времен.

Мысленные эксперименты, построенные на общей теории относительности и решении Шварцшильда, убедительно показывают, что ОТО допускает построение космологии Вселенной в черной дыре. Назовем эту самую большую дыру Мегадырой. Жизнь в черной дыре вполне возможна — и мы этому живое доказательство. Никодем Поплавский из США рассматривает Вселенную внутри черной дыры как объект в обычном пространстве, без всяких драматических падений к центру.

Айзек Азимов, который был активным популяризатором науки, в своей научно-популярной книге 1978 года «Коллапсирующая Вселенная» поразительно точно, с нашей точки зрения, описал модель Вселенной в черной дыре: «Вполне возможно, что вся Вселенная сама по себе является черной дырой (как предположил физик Кип Торн). Если это так, то, скорее всего, это всегда была черная дыра и всегда будет черной дырой. Если это так, мы живем в черной дыре, и, если мы хотим знать, каковы условия в черной дыре (при условии, что она чрезвычайно массивна), нам нужно только посмотреть вокруг. Таким образом, когда Вселенная схлопывается, мы можем представить себе образование любого количества относительно небольших черных дыр (черных дыр внутри черной дыры!) с очень ограниченными диаметрами. Однако в последние несколько секунд окончательного катастрофического коллапса, когда все черные дыры сливаются в одну космическую черную дыру, радиус Шварцшильда скачком расширяется все дальше и дальше — к краю известной Вселенной. И не исключено, что в пределах радиуса Шварцшильда есть возможность взрыва. Может случиться так, что, когда радиус Шварцшильда в мгновение ока удаляется на миллиарды световых лет, космическое яйцо в самый момент образования стремительно расширяется наружу, чтобы следовать за ним, и это большой взрыв. Если это так, то Вселенная не может быть открытой при любых текущих данных, поскольку Вселенная не может расширяться за пределы своего радиуса Шварцшильда. Каким-то образом расширение должно прекратиться в этот момент, а затем все неизбежно должно снова сокращаться и запускать цикл заново» («The Collapsing Universe»).

Азимов размышляет о сверхсветовом расширении границы самой массивной дыры. Отметим, что это не запрещено специальной теорией относительности, потому что сфера Шварцшильда — не материальная поверхность.

Анализ, учитывающий кривизну пространства, показал, что данные спутника WMAP, а также спутника «Планк» с вероятностью > 99 % указывают на положительную кривизну Вселенной, что допускает ее замкнутость. Это противоречит предсказанию теории инфляции о нулевой кривизне, что вызвало дискуссию о кризисе в космологии (Eleonora Di Valentino, Alessandro Melchiorri & Joseph Silk. «Planck evidence for a closed Universe and a possible crisis for cosmology», Nature Astronomy, 2020). В статье Хергта и др. (2022) показано, что космология LCDM в замкнутом пространстве лучше соответствует данным Планка, чем космология LCDM в плоском пространстве. Хергт и др. (2022) отмечает: «Несмотря на успех плоской ΛCDM-космологии, наблюдается постоянная тенденция к положительной кривизне (замкнутым вселенным) в данных о температуре и поляризации реликтового излучения. В частности, выпуск данных „Планка“ за 2018 год вызвал дискуссии о возможных доказательствах пространственной кривизны, найденных в реликтовом излучении». Можно подумать, что новый параметр кривизны усложняет космологическую модель, но Хергт и др. (2022) отмечают, что появление кривизны ограничивает другие космологические параметры, что означает «меньшую сложность модели».

Данные о замкнутости пространства согласуются с теоретической моделью Вселенной в черной дыре. Если Вселенная расширяется в черной дыре, то становится понятной причина смены расширения на сжатие, потому что за границу черной дыры вещество или излучение не может проникнуть. Но для построения космологии Вселенной, пульсирующей внутри Мегадыры, нужно ответить на следующие вопросы:

1. Каков механизм Большого взрыва?

2. Как избавиться от сингулярности при гравитационном коллапсе?

3. Почему Вселенная так однородна и изотропна?

4. Какова природа ускоренного расширения Вселенной (проблема космологической постоянной или темной энергии)?

5. Как образовался наблюдаемый спектр черных дыр, отвечающих за темную материю и образование галактик?

6. Почему барионная масса, темная материя и темная энергия сопоставимы по величине?

7. Как решается проблема роста энтропии в циклической Вселенной? Почему в замкнутой Вселенной не наступает «тепловая смерть»?

При этом мы полагаем, что на все эти вопросы, а также на другие, которые возникают при построении модели вселенной или при интерпретации космологических наблюдений, можно ответить в рамках общей теории относительности (потому что другой теории теории гравитации, подтвержденной экспериментально, не существует) и без введения неизвестных современной науке сущностей: частиц, полей, размерностей и т. д. При таких ограничениях эти вопросы кажутся неразрешимыми, но только если считать, что их должны решить теоретики. На самом деле, если наше предположение о циклической природе Вселенной верно, то природа давно «решила» эти вопросы. Роль теоретиков в таком случае сводится к роли не