Пульсирующая Вселенная - Николай Николаевич Горькавый

существенного влияния на развиваемые ныне космологические модели Вселенной. Рецепт кипячения воды в чайнике не зависит от развития квантовой механики и от знания, что вода состоит из молекул.

13.3. Альтернативные циклические космологии

В настоящее время опубликованы десятки различных моделей пульсирующей Вселенной. Для их детального обзора потребуется как минимум отдельная книга. Поэтому мы рассмотрим только четыре современные модели осциллирующей Вселенной, которые хорошо демонстрируют диапазон идей в данной области.

1. Экпиротическая циклическая Вселенная (модель Стейнхардта — Турока).

Авторы этой теории считают, что к концу XX века классические циклические модели Вселенной потеряли привлекательность, потому что получили сильные удары как от теоретиков, так и от наблюдателей (Стейнхардт и Турок, 2007). Стейнхардт и Турок перечислили эти возражения: аргумент Толмана, который отметил, что циклическая Вселенная должна увеличивать энтропию от цикла к циклу, следовательно, она не будет реально циклической. Целый ряд других теоретиков доказывали, что сжимающаяся Вселенная станет сильно неоднородной и хаотической, что исключает ее расширение в гладкую расширяющуюся Вселенную. При этом коллапс Вселенной должен непременно вызвать гравитационную сингулярность, где плотность станет бесконечной. Возражения со стороны наблюдателей заключались в том, что Вселенная при расширении не тормозится, как того требует цикличность, а ускоряется благодаря таинственной темной энергии. Кроме того, подсчеты астрономов показали, что наблюдаемой плотности гравитирующей среды не хватает для замыкания Вселенной.

Стейнхардт является известным критиком теории инфляции, поэтому он принялся за разработку новой модели, которая должна была найти аргументы против всех возражений теоретиков и наблюдателей. Согласно модели экпиротической Вселенной, наблюдаемое нами трехмерное пространство — это брана (производное от слова «мембрана»), или подпространство, погруженное в многомерное пространство (Стейнхардт и Турок, 2002, 2007). По оси времени в этом многомерном пространстве рядом с нашей браной находится еще одна трехмерная брана. Две браны взаимодействуют друг с другом — сближаются и расходятся. При столкновении бран происходит Большой взрыв с рождением горячего вещества. Сингулярности при этом не возникает. Две браны притягиваются друг к другу, что объясняет феномен темной энергии и обеспечивает новое сближение и столкновение бран.

Теория экпиротической Вселенной сталкивается с рядом проблем — например, природа взаимодействия между бранами неизвестна. Само существование двух трехмерных бран в многомерном пространстве не следует из какой-либо теории, включая теорию струн, которая рассматривает многомерные пространства. Как в этой модели Стейнхардта — Турока решается проблема энтропийного аргумента Толмена? Каждая из бран расширяется, поэтому, хотя суммарная энтропия на каждой бране растет, плотность энтропии в каждом заданном участке пространства уменьшается. Поэтому при столкновении бран рождается новый мир с низкой энтропией. Пенроуз (2016) указал, что за время между циклами Вселенной (или столкновениями бран), например за триллион лет, сверхмассивные дыры в центрах галактик никуда не исчезнут, а именно они содержат в себе основную часть энтропии Вселенной: «Несмотря на то что в ходе экспоненциального расширения они будут сильно рассеяны, в ходе окончательного коллапса они снова соберутся вместе и, вероятно, они станут важной частью финального сжатия. Мне совершенно непонятно, почему их можно игнорировать в предложенном экпиротическом переходе от сжатия к взрыву!» (Пенроуз, 2016). Отметим, что это возражение Пенроуза относится ко многим циклическим космологиям, которые игнорируют проблему перехода черных дыр в новый цикл Вселенной.

В более поздних работах (см.: Иджас и Стейнхардт, 2022 и ссылки в ней) было показано, что размер Вселенной увеличивается в течение одного цикла на 70 порядков. Возникает вопрос: можно ли считать столь стремительно увеличивающуюся Вселенную цикличной?

Иджас и Стейнхардт (2022) утверждают, что теория экпиротической циклической Вселенной решает целый ряд старых космологических проблем. К сожалению, в рамках этой модели не сделано ни одного оригинального (то есть присущего только данной теории) наблюдательного следствия, которое бы успешно подтвердилось.

2. Модель Аштекара, основанная на петлевой квантовой гравитации.

Теория петлевой квантовой гравитации строится на гипотезе о дискретности пространства-времени, которое поделено на ячейки размером в 10–33 сантиметра. Движение тел представляет собой возбуждение ячеек, или квантов, пространства. Время тоже квантовано и движется скачками в 10–43 секунды (Аштекар и др., 2006; Смолин, 2006; Аштекар и Слоан, 2011). Согласно расчетам в рамках этой теории, фотоны различных энергий должны перемещаться с разными скоростями, но пока этот эффект не зарегистрирован. На основе петлевой квантовой гравитации была построена космологическая модель, которая избавлена от сингулярности, то есть сжатия в точку с бесконечной плотностью, — хотя бы потому, что в новой теории точки пространства заменились на ячейки объемом 10–99 кубических сантиметров. Согласно этой модели, Большой взрыв является следствием отскока Вселенной, коллапсировавшей в прошлом, что допускает цикличность нашего мира. Космология, основанная на петлевой квантовой гравитации, применима как к открытой, так и к закрытой Вселенной (Аштекар и дел Рио, 2022).

3. Модель Поплавского: Вселенная, пульсирующая в черной дыре.

Эта теория основана на теории Эйнштейна — Картана, которая включает кроме классического гравитационного поля дополнительные физические поля, которые и объясняют Большой взрыв и ликвидируют сингулярности (Поплавский, 2016). Эта теория предполагает Вселенную анизотропной и использует квантовые поля в искривленном пространстве. Размещение Вселенной в черной дыре автоматически означает, что современное расширение рано или поздно сменится на сжатие, потому что ничего из черной дыры убежать не может. В данной теории время космологического цикла и размер Вселенной тоже увеличивается. Очевидно, что с ростом размера Вселенной ее энтропия тоже растет. Теория допускает возможность, что в нашей Вселенной могут существовать белые дыры — то есть такие антигравитационные дыры, которые не поглощают вещество, а выбрасывают его.

4. Конформная циклическая космология.

Подавляющее большинство моделей циклической Вселенной основано на неэйнштейновских теориях гравитации (в основном квантовых) и на предположениях о новых физических полях, пространственно-временных измерениях и т. д. Конформная модель пульсирующей Вселенной, развиваемая Пенроузом и его соавторами (Пенроуз, 2011; Гурзадян и Пенроуз, 2013; Пенроуз, 2016), является одной из немногих циклических космологий, которые базируются на теории Эйнштейна и не предполагают экзотических субстанций с аномальными свойствами. Пенроуз скептически относится к современным веяниями в космологии и называет теорию инфляции «фантазией» (Пенроуз, 2016).

Пенроуз считает, что Вселенная проходит бесконечное количество циклов, или эонов. Он выдвинул интересную гипотезу о возможности получения из прошлых циклов информации черных дыр и гравитационного излучения, что убирает необходимость введения темной энергии. Влияние реликтовых (то есть пришедших из прошлых циклов) сверхмассивных черных дыр проявляется в виде кругов, следы которых Пенроуз и Гурзадян нашли в реликтовом микроволновом излучении (Гурзадян и Пенроуз, 2013). Возможно, в нашем цикле существуют и разумы из прошлых эонов.

Пенроуз вместе с Хокингом доказал в рамках теории Эйнштейна теоремы о существовании сингулярности