<<
>>

3.1. Историческое отступление

Мои первые самостоятельные размышления на темы космологии датируются 1993 годом. Логика развития идеи сейчас уже не совпадает с логикой ее изложения в данной книге. Есть опасность, что читателю будет трудно понять (или отследить), каким образом в этой новой модели возникает связь между черными дырами, метаболическом временем и линейным (в этом метаболическом времени) расширением Вселенной. Поэтому в данном разделе я кратко опишу именно логику исторического развития идеи, а уж в последующих буду стараться следовать внутренней логике самой модели (какой она мне сейчас представляется).

На первом этапе, задумавшись над идеями Н.А. Козырева, я попытался представить себе расширение чисто пространственной 4-мерной евклидовой шарообразной Вселенной. Мне в голову пришла мысль о том, нельзя ли отождествить понятие времени с радиусом Вселенной - тогда не потребуются никакое дополнительное конструирование этого понятия, и сразу получает исчерпывающее объяснение его универсальность.

Но здесь возникает конфликт с космологией общей теорией относительности (ОТО). Как читатель мог видеть из раздела 2.12, в общепринятой космологической модели зависимость радиуса Вселенной от ее возраста в общем случае вовсе не является линейной! После довольно долгих размышлений я увидел выход из этой ситуации. Как я уже заметил выше, стандартный подход к решению системы уравнений Эйнштейна-Фридмана (ЭФ) состоит в том, чтобы принять давление материи Р равным нулю (если пренебречь давлением света). Если же отказаться от этого принудительного приравнивая, то существует решение с линейной по времени зависимости радиуса от времени. При этом давление оказывается заранее неизвестной функцией радиуса, которая находится в результате решения. Более того, и плотность материи, распределение которой при стандартном подходе также должно было задаваться внешним образом, теперь опять-таки не должна задаваться, а оказывается величиной, определяемой в результате решения.

Все это было хорошо, но были и два новшества, поначалу меня крайне смутившие. Во-первых, найденное давление оказывалось существенно отрицательным (а авторитет Эйнштейна казался незыблемым). Во-вторых, в новой модели не выполнялся закон сохранения энергии, что в течение уже нескольких столетий должно вселять в каждого физика (или причисляющего себя к их числу) суеверный ужас .

Прошло значительное время, пока я вдруг осознал, почему получающееся давление действительно должно быть отрицательным. Это самое давление является ни чем иным, как проявлением энергии гравитационного поля, а ведь гравитация характерна именно тем, что заставляет частицы материи стягиваться к общему центру, а не разбегаться (что происходит с частицами газа).

Еще более интересное объяснение оказалось у вывода о несохранения количества энергии и материи во Вселенной. Закон сохранения энергии (в соответствии с известной теоремо Нётер) обусловлен однородностью времени, т.е. неизменностью физики в течение всего периода существования Вселенной. Но в ОТО физика самым существенным образом зависит от геометрии Вселенной - в частности, компоненты фундаментального метрического тензора (а значит, и сила тяготения) зависят от радиуса кривизны Вселенной. Поэтому время (в глобальном масштабе) никак нельзя считать однородным. Все это означало, что законы сохранения вытекают из свойств пространства-времени, а не могут быть произвольно заданными в качестве внешних условий. Например, в классической механике закон сохранения

5 Как отметил в ходе своего публичного доклада С.Я. Беркович, Парижская Академия наук постановила не рассматривать проекты, связанные с нарушением закона сохранения энергии, на том же заседании, на котором отвергла принципиальную возможность существования "небесных камней" (метеоритов).

32 3.0 черных дырах, метаболическом времени и линейном расширении Вселенной

энергии справедлив только при условии, что функция Лагранжа не зависит явно от времени (так, если масса частицы зависела бы явно от времени, то это, очевидно, не соответствовало бы закону сохранения).

Факт несохранения (линейного нарастания) энергия и массы во Вселенной натолкнул меня на мысль, что это сильно похоже на то, что происходит с черной дырой (ЧД). Поглощая материю извне, черная дыра необратимо увеличивает свою массу и свой размер, т.е. расширяется подобно нашей Вселенной. Таким образом, масса и размер ЧД параметризуют текущеее состояние черной дыры (как годовые кольца - эволюцию дерева). Можно использовать размер ЧД для определения ее собственного параметрического времени - это время течет только тогда и постольку, когда и поскольку увеличивается масса ЧД.

Но может ли наша Вселенная быть черной дырой? Как часто бывает, пытаясь ответить на этот вопрос, я прошел три стадии. Первая стадия - счастливый ужас от собственной дерзости и мысль о том, что научное сообщество дружно скажет: этого не может быть, потому что не может быть никогда! Во всяком случае, оно должно было бы испугаться этой идеи, поняв, к каким следствиям это ведет.

Однако спустя определенное количество лет наступила вторая стадия: я начал встречать публикации, в которых так или иначе эта мысль если не прямо, то косвенно, все же высказывалась.

В конце концов в 2010 году я обнаружил в электронном Архиве статью Ли Смолина [Smolin, 1994], в которой рассматривалась гипотеза, восходящая, по словам автора статьи, еще к Джону Арчибальду Уилеру:

Можно предположить, что каждая черная дыра в нашей Вселенной приводит к созданию новой вселенной и, соответственно, большой взрыв в нашем прошлом есть результат формирования черной дыры в иной вселенной. (Перевод мой - МХШ)

Много лет я пытался убедить научное сообщество рассмотреть эту гипотезу как одну из возможных, но научное сообщество меня не слушало, так что я практически потерял надежду узнать при своей жизни, прав ли я.

Однако уныние действительно является большим грехом и должно преодолеваться. Ответ пришел с совершенно неожиданной стороны. Простое, но неопровержимое рассуждение, основанное на в общем-то известных фактах, перевело вопрос в третью стадию: этого просто не может не быть, наша Вселенная должна быть черной дырой! Доказательство этого утверждения элементарно. Рассмотрим бесконечную Вселенную, обладающую заданной (средней) плотностью р и бесконечной массой. Выделим мысленную сферу достаточно малого радиуса R. Увеличивая радиус нашей виртуальной сферы, мы тем самым будем увеличивать ее массу М (а значит - и гравитационный радиус RQ) пропорционально кубу геометрического радиуса. Иными словами, геометрический радиус R пропорционален кубическому корню из массы М. Нелинейность этой зависимости означает, что, начиная с некоторого критического значения (зависящего от плотности р), гравитационный радиус обязательно превысит геометрический размер сферы, т.е. она неизбежно превратится в черную дыру, для которой критическая плотность pcr ~ (RQ) совпадет с заданной плотностью р. Таким образом, вследствие неотвратимости коллапса, Вселенная не может быть бесконечной.

Отношение (р/ро) для различных астрофизических объектов

Объект Масса М (кг) Радиус R (м) Гравитационный радиус RG (M) (р/ро) = (RG/R)3 Земля 6-Ю24 6-106 10"2 ~ 10"26 Солнце 2-10зи 7-10" 3-Ю3 ~ ю-1Ь Млечный Путь 3-Ю42 ~101у ~1013 ~ ю-12 Вселенная ~1053 ~1026 ~1026 ~ 1 3. О черных дырах, метаболическом времени и линейном расширении Вселенной 33

Рассмотрим теперь нашу Вселенной, средняя плотность которой порядка 10" г/см . В вышеприведенной таблице представлены результаты расчета параметра (р/рсг) близости объекта к состоянию гравитационного коллапса для различных астрофизических объектов. Из таблицы следует, что наша Вселенная действительно должна находиться в состоянии гравитационного коллапса.

Заметим, что поскольку черная дыра необратимо увеличивает свою массу и поверхность горизонта событий, "питаясь" энергией и материей, она расширяется, подобно нашей Вселенной. Исходя из такой космологической концепции, можно получить много аргументов, свидетельствующих в ее пользу. Более того, она успешно, с моей точки зрения, выдерживает конкуренцию со стороны Стандартной Космологической Модели.

В то же время наша Вселенная представляется изотропной, тогда как теория черных дыр рассматривает их как существенно неизотропные объекты. Если для внешнего наблюдателя ЧД отождествляется со своего рода сферической двумерной мембраной (ограничивающей трехмерную сферу), то для внутреннего наблюдателя почти все известные решения дают 3-мерные (и весьма экзотические) зависимости от радиуса, предельно далекие от изотропии.

Однако такие решения (и в том числе "ужасные" сингулярности) получаются в результате продолжения вовнутрь внешних решений. Но были предложены и иные подходы (см. ниже), где сингулярностей нет. Я пришел к еще более радикальной идее: при коллапсе ЧД поисходит топологическое изменение пространства-времени. Таким образом, в нашей Вселенной черные дыры - это 2-мерные объекты не только с точки зрения внешнего наблюдателя, но и в принципе, внутри них нет ничего - ни материи, ни сингулярности, ни пространства-времени.

А если наша Вселенная - это гиперсферическая 3-мерная оболочка (черная дыра) в некоторой внешней 4-мерной (материнской) вселенной? Тогда все сходится с той моделью, которая возникла в моей голове первоначально. Анализ теоретических и эмпирических следствий из этой модели, приведенный ниже, все более укрепляет меня в мысли, что она ближе к действительности, чем стандартная космология.

Далее в этой главе я перехожу к развернутому изложению и обсуждению предпосылок и результатов своей космологической модели, которую я называю Теорией Шаровой расширяющейся Вселенной (ТТТТРВ) Я рассмотрю вопросы, связанные с давлением материи, процессом коллапса, эволюцией черных дыр и происхождением времени, новым решением уравнений Эйнштейна-Фридмана и вытекающими из этого предсказаниями.

<< | >>
Источник: М. X. Шульман. ПАРАДОКСЫ, ЛОГИКА И ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ВРЕМЕНИ Москва 2006-2011. 2011

Скачать готовые ответы к экзамену, шпаргалки и другие учебные материалы в формате Word Вы можете в основной библиотеке Sci.House

Воспользуйтесь формой поиска

3.1. Историческое отступление

релевантные научные источники:
  • Шпаргалка по фонетике русского языка
    | Шпаргалка | 2017 | Россия | docx | 0.04 Мб
    Фонема как семейство. Транскрипция. Противопоставление согласных по глухости звонкости. Фонетические процессы(чередование). Синонимия, Омонимия, Полисемия некорневых морфем. Отступление от правил