don_beaver (don_beaver) wrote,
don_beaver
don_beaver

Categories:

Как услышать мелодию Вселенной?

Я стал задумываться о парадоксах работы физика-теоретика. Это предельная квалификация в области физики, требующая мощного интеллекта и глубокого изучения множества математических и физических моделей. Люди, преодолевшие эти барьеры, обычно приобретают самоуверенность и напористость. Они обо всем имеют самое веское мнение. Обладая широким набором изученных моделей, они, столкнувшись с нерешенной проблемой, начинают со звоном перебирать имеющийся у них нержавеющий инструментарий – какой из них подойдет лучше всех? Обычно, что-то подходящее находится. И начинается наступление и громкий трубеж! Так произошло, когда квантовые физики пришли в космологию – и быстро подобрали для её проблем что-то подходящее из своего гибкого кванто-полевого арсенала.

Но Вселенная не подчиняется нам, она живет своей жизнью, не беспокоясь о наших теоретических моделях и их трудностях. Она реализовала идеальную модель, её мелодия существования безупречна. Для того чтобы понять её, нужно не громко трубить, а скромно слушать. Физику-теоретику нужен не зычный голос, а абсолютный слух – чтобы услышать мелодию Вселенной, и достаточное смирение - чтобы не навязывать природе свой прошлый опыт.
Эйнштейн услышал мелодию Вселенной и создал общую теорию относительности, которая уже более ста лет выдерживает все проверки на прочность. Потому что, на заданном уровне постижения реальности, это истина – как до этого была истиной ньютоновская динамика.
Я уже сорок лет занимаюсь теоретической физикой. Работая с различными системами – планетными кольцами, зодиакальными пылевыми облаками, спутниками планет, я учился слушать природу, а не навязывать ей свое мнение. И это окупается – если тебе удалось поймать нужную мелодию, то все возникающие проблемы решаются автоматически. Тебе не приходится беспокоиться о возможном провале новой модели, потому что природа работает безупречно. Все возникающие вопросы будут решены, как только они будут достаточно поняты.

Хочу познакомить с одним из удивительных фактов, который открылся при изучении модели осциллирующей Вселенной. Если она систематически проходит через сжатое состояние с небольшим объемом, то можно ли разместить в этом объеме существующие черные дыры, чтобы обеспечить их, хотя бы частичный, переход из старого в новый цикл?
Примем для оценок числа и масс черных дыр следующие величины: предельное количество черных дыр звездных масс (в 5 масс солнца) оценим в 10^22, что дает суммарную массу 10^56 грамм – близкую к массе темной материи Вселенной. Количество сверхмассивных черных дыр с массой m~5*10^7 оценим как N~10^(10-11) (общее число достаточно крупных галактик), что дает общую массу 10^(51-52) грамм.
Отметим впечатляющее совпадение:
1. Из наблюдаемой температуры реликтового излучения и требования фотодиссоциации атомных ядер мы получаем оценку размера сжатой Вселенной в ~10 световых лет.
2. Упаковка 10^(10-11) сверхмассивных черных дыр в минимальный объем дает величину 0.1 светового года, которая зависит от общего числа сверхмассивных дыр (или галактик) и типичной массы этих самых массивных дыр во Вселенной. Это означает, что массовое слияние сверхмассивных черных дыр наступает как раз в момент максимального сжатия Вселенной.

Может ли быть случайным такое совпадение двух размеров на огромной шкале расстояний? Нет! – говорит опыт физика-теоретика. Обратим внимание, что здесь оказались связаны такие далёкие вещи, как прочность атомных ядер и число галактик – не причинно, но опосредованно. Идем дальше.
3. Слияние всех черных дыр звездных масс при максимальной эффективности г равитационного излучения (считается по равенству суммы энтропий или площадей исходных дыр и конечной) приводит к образованию единственной дыры с таким же «магическим» размером: 0.2 ly.
4. Количество сверхмассивных черных дыр меньше количества дыр звездных масс на 11-12 порядков, зато средние массы сверхмассивных черных дыр на 7 порядков больше, чем у дыр звездных масс. Тем не менее, при максимальной эффективности гравитационного излучения, слияние сверхмассивных черных дыр приводит к образованию финальной дыры близкого размера: 2-5 ly.

Совпадение нескольких столь различных по физике параметров уверенно указывает на то, что Вселенная является самонастраивающейся системой, которая проэволюционировала в результате многих циклов к наиболее оптимальным параметрам. И минимальный размер нашей Вселенной при сжатии действительно близок к 10 световым годам. Никак не точка!
Насчет двух последних пунктов: логично предположить, что в ходе сжатия Вселенной реализуется самый эффективный механизм превращения черных дыр в гравитационные волны. Действительно, пусть черные дыры сливаются с меньшей эффективностью и порождают финальную черную дыру с размером гораздо больше, чем 10 световых лет. Ничего не мешает более мелким черным дырам внутри этой большой дыры продолжить генерацию гравитационных волн вплоть до теоретического предела.

Последнее соображение логичное, но умозрительное, качественное. Нужно сказать, что меня, как и патриарха, больше всего беспокоила проблема Большого Взрыва. Условие, при которых антигравитация будет доминировать над гравитацией, мы с Васильковым получили в 2016 году. Но как доказать, что нужная скорость генерации гравитационных волн и, соответственно, уменьшения массы Вселенной, будет достигнута для реализации Большого Взрыва? Мы привели качественные оценки о том, что черные дыры, при определенной последовательности слияний, могут превратиться почти полностью в гравволны. Но как обеспечить эту последовательность? Хватит ли мощности гравизлучения для доминирования отталкивающей силы? С моей точки зрения, это было самое недоказанное, или слабо обоснованное, место в развиваемой теории. То есть я понимал, что какое-то решение у природы в запасе есть, но какое оно?

И вот в эти выходные я сделал то, что давно должен был сделать: забыл о черных дырах и их слияниях, а просто взял общее выражение для генерации гравизлучения из Мизнера-Торна-Уилера (уй, сложное, зависящее от массы в 4 степени и от обратного радиуса в 5 степени, да ещё несферичность, плюс гравитационная константа в 4-ой степени и скорость света в пятой!) и вставил в условие доминирования антигравитации. И не поверил своим глазам: формула резко упростилась!
Уравнение просто и лаконично сообщило, что антигравитация может преодолеть гравитацию только внутри черной дыры. При этом, чем ближе к центру черной дыры, где несферичность коллапса нарастает, а радиус системы уменьшается, тем проще это сделать. Это фактически доказывает, что Большой Взрыв неизбежен – вне зависимости от того, можем ли мы рассматривать какие-то части коллапсирующей материи, как черные дыры или нет – и в каком порядке они сливаются. Это ликвидирует последнее туманное пятно в обсуждаемой модели – и иначе быть не могло, если решением руководит сама природа.

Но вдобавок эта формула решила проблему сингулярностей внутри ВСЕХ черных дыр: там будут происходить те же самые процессы с генерацией гравитационного излучения, испарением в него вещества и возникновения сильнейшей антигравитации. Это означает, что внутри каждой дыры внутренний наблюдатель будет видеть пульсации вещества черной дыры. Но я бы не стал утверждать, что в каждой дыре есть Вселенная. Ведь размеры дыр разные – какую Вселенную можно разместить в дыре размером в 10 км? Там жарко и тесно. Мы возникли в этой просторной Вселенной с теплыми планетами, потому что, согласно антропному принципу, в более тесных мирах нас бы не было. Но все равно это впечатляет: мы летим в большой и разреженной дыре, в которой вокруг нас много более мелких и более плотных дыр. Что там происходит? Мы может только рассчитывать это, а узнать лично – только нырнув туда. Наши времена перпендикулярны и назад хода нет. В этом смысле нам никогда не узнать – а если что там, за пределами мегадыры в сотни миллиардов световых лет? Чтобы понять, как работает Вселенная, надо отрешиться от мифов о том, что черные дыры – это абсолютно непроницаемые, твердые до неразрушимости, объекты. Это так, но только для внешних зрителей. Если мы ныряем в дыру (а в циклической Вселенной это будет происходить раз в цикл), то для нас её поверхность становится абсолютной проницаемой и легко преодолимой.

Что ж, космологическими результатами весны 2019 года я вполне доволен. Они войдут в новую статью: я сейчас работаю над совместной парой детальных статьей – одна про теорию циклической Вселенной без сингулярностей, а другая – про применение этой теории для расчета спектра черных дыр, в первую очередь, сверхмассивных. Правильное вычисление такого спектра - сильный довод в пользу циклической Вселенной.
И, конечно, надо расставаться с мифом о ненаучности антигравитации. На самом деле, антигравитация – это просто правильное сочетание материи и энергии. Это забыли взрослые, зато знает каждый ребенок!
Tags: Научные истории
Subscribe

  • Шестая книга серии AstroNikki: EVENT HORIZON - стала публиковаться рассказами!

    Амазон запустил новую программу публикации коротких рассказов или эпизодов Kindle Vella. Первые три эпизода - бесплатно. Я решил попробовать…

  • Космос и медведь

    Узнал вчера суперновость: прибор, который я несколько лет назад инициировал, и который уже готовился лететь на стратостате, получил такую поддержку…

  • Проект «Игра в будущее»

    Многие компьютерные игры предлагают участнику выбрать какого-нибудь игрового персонажа, вооружить его какой-нибудь дубиной или пушкой, и отправиться…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 105 comments

  • Шестая книга серии AstroNikki: EVENT HORIZON - стала публиковаться рассказами!

    Амазон запустил новую программу публикации коротких рассказов или эпизодов Kindle Vella. Первые три эпизода - бесплатно. Я решил попробовать…

  • Космос и медведь

    Узнал вчера суперновость: прибор, который я несколько лет назад инициировал, и который уже готовился лететь на стратостате, получил такую поддержку…

  • Проект «Игра в будущее»

    Многие компьютерные игры предлагают участнику выбрать какого-нибудь игрового персонажа, вооружить его какой-нибудь дубиной или пушкой, и отправиться…