Пульсирующая Вселенная - Николай Николаевич Горькавый

(с точки зрения падающего, то есть сопутствующего наблюдателя) — хорошо известное явление. Дорошкевич, Зельдович, Новиков отмечают в статье 1965 года «Гравитационный коллапс несимметричных и вращающихся масс»: «В собственном времени звезда... может сжаться до огромных плотностей, возмущения станут колоссальными» (в сборнике «Альберт Эйнштейн и теория гравитации», 1979). Вот что пишет Хокинг о неоднородностях при коллапсе Вселенной, которые растут вплоть до образования локальных сингулярностей: «Можно предположить, что современному расширению предшествовала фаза сжатия, когда локальные неоднородности вырастали большими и возникали сингулярности» (цитируется по Мизнеру, Торну и Уилеру, 1977, т. 3).

«Эффекты несферичности в сопутствующей системе отсчета отнюдь не затухают, а, напротив, должны нарастать при дальнейшем сжатии тела, и поэтому нет никаких оснований ожидать, чтобы поле под горизонтом могло определяться лишь полными массой и моментом тела» (Ландау и Лифшиц. «Теория поля», 1973). Нестабильность коллапса настолько нарастает, что коллапсирующая система становится формально колебательной возле точки сингулярности. «...Процесс эволюции модели в направлении к особой точке складывается из последовательных серий колебаний, в течение каждой из которых расстояния вдоль двух пространственных осей осциллируют, а вдоль третьей — монотонно убывают... Между любым конечным моментом мирового времени t и моментом t  0 заключено бесконечное множество колебаний» (Ландау и Лифшиц). Под t  0 понимается момент достижения сингулярности. Подобные колебания коллапсирующей системы должны генерировать мощные гравитационные волны. Это подкрепляет вывод о превращении коллапсирующего вещества в гравитационное излучение.

Бэнкс и Фишлер в статье «Черное сжатие» (Banks T., Fischler W. «Black Crunch», hep-th/0212113, 2002) описывают впечатляющую картину, как в процессе коллапса Вселенной из растущих нестабильных флуктуаций образуется газ из черных дыр, которые сливаются в процессе дальнейшего коллапса в одну черную дыру, внутри этой черной дыры вещество снова разбивается флуктуациями на более мелкие черные дыры и т. д.

Вот какая картина поведения неоднородностей при коллапсе звезды в черную дыру следует из детальных расчетов Р. Прайса (цитируется по Мизнеру, Торну и Уилеру, 1977, т. 3):

1. «В распределении плотности звезды в момент, когда она начинает коллапсировать, имеется небольшой „комок“, нарушающий сферическую симметрию».

2. «В процессе коллапса комок все больше и больше растет (неустойчивость коллапса относительно малых возмущений — явление, хорошо известное в ньютоновской теории...)».

3. «Растущий комок излучает гравитационные волны».

Расчеты Р. Прайса для падающего наблюдателя показывают, что комки на поверхности звезды сохраняются, когда она погружается под гравитационный радиус, при этом звезда образует искаженный горизонт. Но такие возмущения гравитационного поля не доходят до внешнего наблюдателя: для него поле образовавшейся черной дыры будет сферически симметричным.

Действительно, кроме приливных сил, еще одним гравитационным эффектом, быстро растущим с коллапсом, является генерация гравитационного излучения, которая зависит от пятой степени радиуса коллапсирующей несферической системы: r –5. Таким образом, гравитационные приливные силы «заботятся» о том, чтобы любая система, коллапсирующая под действием сил притяжения, была принципиально несферической. В свою очередь, генерация гравитационного излучения эффективно переводит массу коллапсирующей несферической системы в невесомые гравитационные волны до тех пор, пока притяжение не будет побеждено антигравитацией и система не перестанет сжиматься.

Можно подойти к проблеме с другой стороны и попробовать найти процесс, который запретит генерацию гравитационных волн коллапсирующим веществом. Легко убедиться, что это невозможно. Не забудем, что гравитация безусловно доминирует на последних стадиях коллапса, поэтому остановить излучение гравитационных волн или хотя бы рост неустойчивых колебаний даже сложнее, чем остановить сам коллапс из-за сил притяжения — хотя бы потому, что приливные силы и генерация гравволн растут при приближении к сингулярной точке быстрее гравитационного притяжения.

Проведем мысленный эксперимент, в котором отключим антигравитацию, возникающую при гравитационном коллапсе, и запретим разлет системы (то есть Большой взрыв для Вселенной). Если процесс энергетического истощения вещества (переход его в гравитационные волны) неостановим, то конец его может быть только один: вещество исчезает. Это можно назвать гравитационной аннигиляцией. Таким образом, вещество (и порождаемое им стационарное гравитационное поле!) должно полностью превратиться в переменное во времени гравитационное поле или гравитационные волны. В результате такого гравитационного коллапса системы мы получим плотное облако гравитационных волн. Если говорить о законе сохранения энергии, то можно взять псевдотензор энергии гравитационного поля и убедиться в колоссальной псевдоэнергии, запасенной в этом облаке гравитационных волн. По версии ОТО 1919 года гравитационное излучение не обладает активной гравитационной массой, тем самым мы избежали гравитационной сингулярности: в системе не осталось вещества, которое можно сжимать дальше, а также исчезла сила, которая сжимала бы вещество, даже если бы таковое осталось. Это касается не только точечных сингулярностей. Кольцевых сингулярностей во вращающихся черных дырах или еще каких-либо мыслимых сингулярностей тоже не существует по тем же причинам: из-за ускоренной генерации гравитационного излучения и нарастания антигравитации при сжатии вещества.

Суммируем результат наших размышлений: проблема сингулярности легко решается, если включить в анализ коллапсирующей системы два хорошо известных эффекта — нарастание неоднородности системы, вызванной гравитационными (приливными) силами, и генерацию гравитационного излучения, связанного с неоднородностью коллапсирующей системы. После этого, принимая положение эйнштейновской теории 1919 года о том, что гравитационное излучение не порождает дополнительного гравитационного поля, мы найдем, что гравитационная масса коллапсирующей системы стремится к нулю по мере нарастания мощности гравитационного излучения. То есть коллапс не приводит ни к бесконечной плотности вещества, ни к бесконечной кривизне пространства. Проблема гравитационной сингулярности элегантно разрешается в рамках классической общей теории относительности.

Если при рассмотрении коллапса реальной Вселенной учесть, что при быстром исчезновении гравмассы коллапсирующего вещества образуется волна антигравитационного потенциала, то мы найдем причину Большого взрыва. Как легко показать (см. Приложение II), антигравитация при сжатии Вселенной преодолевает притяжение задолго до сингулярности. Она останавливает коллапс Вселенной при размерах в несколько световых лет. Такая мощная антигравитация делает Большой взрыв неизбежным: как нельзя удержать вещество от падения в черную дыру, так нельзя остановить и разлет вещества под действием отталкивающей гравитации тогда, когда это вещество окажется вблизи центра черной дыры.

Глава 11. Природа Λ-члена и решение проблемы темной энергии

Мы должны распознавать симптомы группового мышления и бороться с ними, и мы должны открыть двери широкому кругу независимых мыслителей, обязательно оставляя место для особых личностей, необходимых для совершения революции.

Ли Смолин (2006)

Современное ускорение Вселенной, открытое в 1998 году, поставило перед космологами задачу даже более сложную, чем проблема Большого взрыва. Когда рассматриваются процессы, происходившие много миллиардов лет назад в условиях сильно сжатой Вселенной, то всегда можно прибегнуть к предположению о таинственных, например квантовых, силах, которые тогда действовали, а потом перестали (чем и воспользовались создатели теории инфляции). Но все усложняется, когда речь идет о современном