За пределами петлевой квантовой гравитации 19. Вселенная по Фридману-Леметру и Большая сингулярность
Начало здесь.
ЧАСТЬ 5. ПО ТУ СТОРОНУ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ
"Я обрисовал основы теории квантовой гравитации и картину мира, которая из нее вытекает. В этой последней части я описываю некоторые следствия этой теории, а именно, что она говорит о Большом взрыве и черных дырах. Я также рассказываю о текущем состоянии возможных экспериментов для проверки теории и о том, что, как мне кажется, хочет сказать нам природа, - в частности, о чем свидетельствует провал попыток пронаблюдать суперсимметричные частицы. В заключение я выскажу некоторые соображения о том, что все еще ускользает от нашего понимания мира, в особенности о термодинамике и роли информации в теории без времени и пространства, такой как теория квантовой гравитации, а также о том, как появляется время."
ГЛАВА 8. ПО ТУ СТОРОНУ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
Мастер
"В 1927 году молодой бельгийский ученый и католический священник, получивший иезуитское образование, изучил уравнения Эйнштейна и - как и Эйнштейн - понял, что, согласно этим уравнениям, Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. И стал искать астрономические данные для проверки."
[Spoiler (click to open)]
"В то время галактики не назывались галактиками. Их называли туманностями, поскольку в телескоп они выглядят как маленькие бледные облака среди звезд. Однако молодой бельгийский священник понимает, что скудные данные о галактиках на самом деле совместимы с возможностью расширения Вселенной. Два года спустя эта догадка подтверждается благодаря двум американским астрономам - Генриетте Левитт и Эдвину Хабблу. Левитт открывает хороший метод измерения расстояний от туманностей, подтвердивший, что они находятся очень далеко, за пределами нашей собственной Галактики. С помощью этого метода и большого телескопа Паломарской обсерватории Хаббл собирает точные данные, которые подтверждают, что галактики удаляются, а их скорости пропорциональны расстоянию до них."
"Но именно молодой бельгийский священник еще в 1927 году сделал ключевой вывод: если мы видим удаляющиеся галактики и Вселенная расширяется, значит, раньше галактики были ближе, а Вселенная была меньше и что-то заставило ее начать расширяться. Молодой бельгийский священник выдвигает предположение, что Вселенная изначально была чрезвычайно маленькой и плотной и начала свое расширение с гигантского взрыва. Он называет это начальное состояние первоатомом. Сегодня мы знаем его как Большой взрыв."
"Молодого бельгийца звали Жорж Леметр. По-французски его имя звучит как le maitre, что означает «мастер», - трудно найти более подходящее имя для человека, который первым осознал факт Большого взрыва."
Почему-то Ровелли забывает нашего Александра Фридмана, который вывел в 1922 году уравнение для расширяющейся Вселенной. А Леметр сделал это в 1927 году пусть независимо, но только после опубликования Хабблом данных по красному смещению. Не любят нас западные учёные.
"Как уже упоминалось, Эйнштейн скептически отнесся к идее расширения Вселенной. Он вырос с мыслью, что Вселенная статична, и не мог принять идею, что это не так. Даже великие совершают ошибки и склонны к предубеждениям. Леметр встретился с Эйнштейном и попытался пошатнуть его предубеждения. Эйнштейн был непреклонен, но позднее был вынужден признать правоту Леметра. Эта ситуация повторилась еще раз. Эйнштейн ввел в свои уравнения небольшое, но важное дополнение - космологическую постоянную. Когда он признал, что Вселенная не статична, то отверг космологическую постоянную. Леметр во второй раз попытался убедить его изменить свое мнение, и снова оказался прав: космологическая постоянная вызывает ускоренное расширение Вселенной, и это ускорение недавно было измерено."
В те далёкие времена существовал единственный экспериментальный факт - красное уширение излучения от далёких галактик и единственная теоретическая модель - ОТО Эйнштейна, с которыми можно было работать. Вот что было в наличии у Фридмана и Леметра вместе с математическим и понятийным аппаратом классической механики. Если Вселенная расширяется, значит - нужно использовать модель сплошной среды, и это должна быть сжимаемая идеальная жидкость (без трения). Жидкость - потому, что в ней допускаются поступательные и вращательные движения в отличие от твёрдого тела, где движения сильно ограничены, и они сопровождаются ненужной для модели упругостью. И не газ, где симметрия такая же как у жидкости, но поступательные движение превалируют над вращательными и колебательными. В модели обязательно должен быть закон сохранения полной энергии (кинетической и потенциальной), массы Вселенной и её излучения, поскольку Вселенная естественно рассматривается изолированной. И ещё любая сплошная среда требует введения уравнения состояния, как это делается в термодинамике, чтобы связать между собой параметры, входящие в уравнения для энергии и импульса некоторой пробной частицы. Поэтому в начальной точке для такой модели Вселенной мы неизбежно получаем сингулярность, которую патетически окрестили Большим взрывом, так как сжимаемая жидкость в классической физике может сжиматься сколь угодно сильно, лишь бы выполнялись законы сохранения и были заданы начальные условия. Понятно, что любая сингулярность в природе является искусственной, нефизичной, но это мало кого волнует, поскольку принципиально другой модели для расширения Вселенной просто не существует или её ещё не придумали - кому как нравится думать. Также, как нефизичным является и сам Λ-член в уравнении Эйнштейна, о чём он прекрасно понимал. Но желание уравновесить во Вселенной силы притяжения (гравитация) и отталкивания (тёмная энергия) и сделать её стационарно расширяющейся было так велико, что Эйнштейну пришлось с этим Λ-членом смириться. Тем самым, был просто нарушен закон сохранения энергии, что в истории физики случалось не один раз. Мы помним, что в первый раз Бору пришлось придумывать дискретную модель атома водорода, чтобы спасти этот закон и не дать электрону упасть на ядро, а во второго раз Паули пришлось предположить о наличие некой гипотетической частицы, возникавшей при бета-распаде нейтрона и уносящей с собой часть энергии. Вот и теперь нужно что-то придумать, поскольку выясняется, что Вселенная расширяется не равномерно, а с ускорением. И Нобелевскую премию за это открытие уже дали в 2011 году. Это обнаруженное ускорение всё перевернуло вверх дном: теперь не только нужно искать "тёмную энергию" во Вселенной, но и смириться с её будущей отрицательной кривизной и безостановочным расширением в бесконечность. Хотя другие экспериментальные данные показывают, что геометрия Вселенной с хорошей точностью является сейчас плоской. Вот что бывает, когда у тебя под рукой есть только одна негодная модель.
А как же "игрушечная модель" в виде расширяющейся при выпечке булочки с изюмом, которая часто используется при качественной демонстрации расширяющейся Вселенной? Эта модельная среда не сплошная? Во Вселенной нет аналога химической реакции с выделением газа, какая есть внутри булочки? Ну, так есть ядерные реакции внутри звёзд. Или нет идей, как эти реакции могут увеличить пространство, играя роль "тёмной энергии"? Похоже, действительно нет идей. Как нет идей по поводу нехватки массы во Вселенной, чтобы ей расширяться по обнаруженному сценарию с ускорением, а не только для устойчивого вращения звёзд вокруг некоторого общего центра, если судить только по их наблюдаемой светимости.
А у нас идеи есть. Не только Вселенная, но и всякое тело при нагревании расширяется. Но до сих пор считается, что это расширение происходит в окружающем пространстве, роль которого берёт на себя электромагнитное пространство - единственная сцена для всех физических процессов. Только наша Вселенная является исключением в представлениях космологов, считающих, что она расширяется за счёт собственного пространства, в котором гравитация играет немаловажную роль. А что мешает представить себе, что каждое тело тоже расширяется за счёт увеличения собственного пространства, из которого оно состоит? Отсутствие подходящей модели для пространства и его дискретных элементов? Наверное, да. Но мы-то с вами уже коротко обсудили наши представления о пространстве, в качестве гипотезы представленные в сообщении 10 этой серии постов. А ещё раньше в сообщении 7 писали, почему и за счёт чего, по нашему мнению, Вселенная расширяется. Ну, посудите сами. Представьте себе, что вы находитесь внутри кристалла или жидкости и настолько малы размером, что окружающие атомы кажутся вам галактиками. Как тогда будет выглядеть расширение того, что вас окружает? Правильно, атомы-галактики будут удаляться от вас с тем большей скоростью, чем дальше они от вас находятся. А ускоренное расширение может быть? Да запросто. Посмотрите на коэффициент теплового расширения β=(1/V)(∂V/∂T)|P для двух элементов таблицы Менделеева в твёрдом и жидком состоянии - золота Au и вольфрама W, представленные в сообщении " Нас не обманешь!". Там есть и ускоренное расширение, когда коэффициент β увеличивается, и замедленное при уменьшении β, что бывает очень редко. Но практически никогда не наблюдается равномерное расширение при β постоянном. Если всё оказывается так просто, почему никто не обращает внимания на закономерности теплового расширения, известные, как минимум, с позапрошлого века? Значит, опять чего-то не хватает для современной науки. Кроме необходимости знать, что такое пространство и из каких элементов оно состоит, нам нужно понять, откуда возьмутся эти его дополнительные элементы - кванты действия в нашей замкнутой Вселенной. При нагревании тел внешним источником тепла дополнительные кванты действия передаются этому телу со стороны нагревателя. А во Вселенной как, там же нет внешнего нагревателя? Зато у Вселенной есть звёзды, которые вынуждают её находиться в неравновесном состоянии. В земных условиях тела тоже часто находятся в неравновесных состояниях. Когда, например, в них протекает химическая реакция, когда они поглощают и излучают свет или через них проходит ударная волна. Или когда делятся радиоактивные атомы с выделением тепла, света и различных частиц высоких энергий. Каждый раз при этом кванты действия, заключённые внутри одного пространства - внутри ядер или атомных "электронных оболочек", превращаются в кванты действия другого пространства. Для нас будет важен тот факт, что электромагнитное пространство получает при этом свои дополнительные кванты - фотоны. Тем самым, увеличивая полное число своих дискретных элементов - квантов. Которых и так вокруг очень, очень много, но к их огромному, но конечному числу, добавляются дополнительные элементы, которые и вызывают расширение окружающего нас пространства. А вместе с ним - и расширение Вселенной. Всё это не просто принять для себя, поскольку трудно согласиться, что разных пространств вокруг нас много, и между ними постоянно происходит обмен квантами действия.
"Когда идея появления Вселенной в Большом взрыве стала признаваться, папа Пий XII в публичном выступлении (22 ноября 1951 года) объявил, что эта теория подтверждает сотворение мира, описанное в Книге Бытия. Леметр с большим беспокойством отреагировал на заявление папы. Он связался с научным советником понтифика и приложил большие усилия к тому, чтобы убедить папу не увязывать божественное творение с Большим взрывом. Леметр был убежден, что подобным образом смешивать науку и религию глупо и неоправданно: Библия ничего не знает о физике, а физика ничего не знает о Боге. Пий XII согласился с его аргументацией, и католическая церковь никогда больше не делала публичных заявлений по этому вопросу."
"И конечно, на этот раз Леметр тоже был прав: сегодня много говорят о том, что Большой взрыв - это не настоящее начало, что до него могла существовать другая вселенная. Только подумайте, в каком неудобном положении оказалась бы сегодня католическая церковь, если бы приняла официальную доктрину, что Большой взрыв и Творение - одно и то же. Состязаться с Эйнштейном и папой, убеждая их, что они ошибаются, и оба раза оказаться правым - это впечатляющий результат. «Мастер» оправдал свое имя."
"Сегодняшние данные не оставляют сомнений: Вселенная в далеком прошлом была чрезвычайно горячей и чрезвычайно плотной, и с тех пор она расширяется. Мы можем в деталях реконструировать историю Вселенной, начиная с ее первичного горячего и плотного состояния. Мы знаем, как образовались атомы, элементы, галактики и звезды и как развивалась известная нам Вселенная. Недавние тщательные наблюдения излучения, которое заполняет Вселенную, выполненные спутником «Планк», вновь в полном объеме подтвердили теорию Большого взрыва."
"Задумайтесь: первоначально выражение «теория Большого взрыва» было вброшено оппонентами теории, чтобы высмеять идею, которая казалась абсурдной… А в итоге мы все убеждены в том, что 14 миллиардов лет назад Вселенная была плотным огненным сгустком. Но что же было до этого начального горячего и плотного состояния?"
Квантовая космология
"Для понимания того, что случилось 14 миллиардов лет назад, нам нужна квантовая гравитация. Что петлевая теория говорит нам по этому вопросу?"
"Представим себе Вселенную, сжимающуюся и становящуюся чрезвычайно маленькой, сжатой под действием собственного веса. Согласно уравнениям Эйнштейна, Вселенная сжималась бы до бесконечности и полностью исчезла бы в центральной точке. Таков Большой взрыв, предсказываемый эйнштейновскими уравнениями, если мы игнорируем квантовую механику. Но если принять во внимание квантовую механику, то Вселенная не может бесконечно сжиматься. Квантовое отталкивание заставляет её отскакивать. Например, квантовая механика не позволяет реальному электрону упасть в ядро. Квантовое отталкивание выталкивает электрон, когда он оказывается слишком близко к центру. Материя оказывается устойчивой благодаря квантовой механике. Без нее электроны падали бы в ядра, атомов бы не существовало, а значит, и нас тоже."
Вот так вот. "Вселенная оказывается устойчивой, потому что электрон не падает на ядро". Вам не кажется, что Ровелли здесь лукавит? Ведь, мы же знаем, что при некоторых условиях электрон может быть захвачен ядром, что два ядра могут сливаться в экстазе термоядерной реакции, что учёные рассматривают возможность существования нейтронных звёзд и "кварк-глюонной" плазмы.
Но по большому счёту Ровелли прав. Квантовая система не может превратиться в точку, в сингулярность. Частицы - фермионы этого не позволят. Они не могут проходить друг через друга как бозоны. Они могут только упорядочиваться, создавая плотную упаковку. Но тогда более-менее плотной упаковке некому будет отдать свои возросшие гигантские импульс и энергию. Которые такой упаковке просто не позволят существовать. Да и классическая термодинамика будет против превращения физической системы в сингулярность. Будет против самопроизвольного уменьшения энтропии в такой системе и против обратимости времени в уравнении Фридмана-Леметра для Вселенной.
"Сжимающаяся Вселенная не коллапсирует в точку - она отскакивает и вновь начинает расширяться, как если бы она возникла в космическом взрыве. Прошлое нашей Вселенной, таким образом, вполне может быть результатом такого гигантского отскока. Его, в отличие от Большого взрыва, называют Большим отскоком. По-видимому, он вытекает из уравнений петлевой квантовой теории гравитации, когда они применяются к расширению Вселенной."
"Эту картину отскока не следует воспринимать буквально. Возвращаясь к примеру с электроном, вспомним, что если мы хотим поместить электрон как можно ближе к атому, электрон перестает быть частицей; вместо этого о нем следует думать как об облаке вероятностей. Точное положение больше не имеет смысла для электрона. То же самое и для Вселенной: мы не можем больше думать о едином, пусть и зернистом, пространстве-времени, но только о размазанном облаке вероятностей, в котором время и пространство бешено флуктуируют. При Большом отскоке мир растекается роящимся облаком вероятностей, которые по-прежнему можно описывать уравнениями. Наша Вселенная, таким образом, может быть результатом коллапса предыдущей сжимающейся вселенной, прошедшей через квантовую фазу, в которой пространство и время растворяются в вероятностях."
"Мы можем реконструировать прошлое вплоть до времени, когда, по представлению Джона Уилера, пространственно-временной континуум распадается, подобно морской пене, и фрагментируется в квантовое облако вероятностей, и нет причин отбрасывать возможность, что за этой горячей пеной может быть другой пространственно-временной континуум, подобный тому, который мы воспринимаем вокруг себя."
"Вероятность для Вселенной пройти фазу Большого отскока, перейдя от сжатия к расширению, можно рассчитать с помощью метода, описанного в предыдущей главе. Уже выполнены расчеты с использованием спиновой пены, которая связывает сжимающуюся вселенную с расширяющейся. Всё это пока находится на стадии рекогносцировочных изысканий, но замечательным является тот факт, что у нас сегодня есть уравнения, с помощью которых можно описывать такие события. Мы начинаем осторожно, чисто теоретически, заглядывать по ту сторону Большого взрыва."
Продолжение следует.
ЧАСТЬ 5. ПО ТУ СТОРОНУ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ
"Я обрисовал основы теории квантовой гравитации и картину мира, которая из нее вытекает. В этой последней части я описываю некоторые следствия этой теории, а именно, что она говорит о Большом взрыве и черных дырах. Я также рассказываю о текущем состоянии возможных экспериментов для проверки теории и о том, что, как мне кажется, хочет сказать нам природа, - в частности, о чем свидетельствует провал попыток пронаблюдать суперсимметричные частицы. В заключение я выскажу некоторые соображения о том, что все еще ускользает от нашего понимания мира, в особенности о термодинамике и роли информации в теории без времени и пространства, такой как теория квантовой гравитации, а также о том, как появляется время."
ГЛАВА 8. ПО ТУ СТОРОНУ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
Мастер
"В 1927 году молодой бельгийский ученый и католический священник, получивший иезуитское образование, изучил уравнения Эйнштейна и - как и Эйнштейн - понял, что, согласно этим уравнениям, Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. И стал искать астрономические данные для проверки."
[Spoiler (click to open)]
"В то время галактики не назывались галактиками. Их называли туманностями, поскольку в телескоп они выглядят как маленькие бледные облака среди звезд. Однако молодой бельгийский священник понимает, что скудные данные о галактиках на самом деле совместимы с возможностью расширения Вселенной. Два года спустя эта догадка подтверждается благодаря двум американским астрономам - Генриетте Левитт и Эдвину Хабблу. Левитт открывает хороший метод измерения расстояний от туманностей, подтвердивший, что они находятся очень далеко, за пределами нашей собственной Галактики. С помощью этого метода и большого телескопа Паломарской обсерватории Хаббл собирает точные данные, которые подтверждают, что галактики удаляются, а их скорости пропорциональны расстоянию до них."
"Но именно молодой бельгийский священник еще в 1927 году сделал ключевой вывод: если мы видим удаляющиеся галактики и Вселенная расширяется, значит, раньше галактики были ближе, а Вселенная была меньше и что-то заставило ее начать расширяться. Молодой бельгийский священник выдвигает предположение, что Вселенная изначально была чрезвычайно маленькой и плотной и начала свое расширение с гигантского взрыва. Он называет это начальное состояние первоатомом. Сегодня мы знаем его как Большой взрыв."
"Молодого бельгийца звали Жорж Леметр. По-французски его имя звучит как le maitre, что означает «мастер», - трудно найти более подходящее имя для человека, который первым осознал факт Большого взрыва."
Почему-то Ровелли забывает нашего Александра Фридмана, который вывел в 1922 году уравнение для расширяющейся Вселенной. А Леметр сделал это в 1927 году пусть независимо, но только после опубликования Хабблом данных по красному смещению. Не любят нас западные учёные.
"Как уже упоминалось, Эйнштейн скептически отнесся к идее расширения Вселенной. Он вырос с мыслью, что Вселенная статична, и не мог принять идею, что это не так. Даже великие совершают ошибки и склонны к предубеждениям. Леметр встретился с Эйнштейном и попытался пошатнуть его предубеждения. Эйнштейн был непреклонен, но позднее был вынужден признать правоту Леметра. Эта ситуация повторилась еще раз. Эйнштейн ввел в свои уравнения небольшое, но важное дополнение - космологическую постоянную. Когда он признал, что Вселенная не статична, то отверг космологическую постоянную. Леметр во второй раз попытался убедить его изменить свое мнение, и снова оказался прав: космологическая постоянная вызывает ускоренное расширение Вселенной, и это ускорение недавно было измерено."
В те далёкие времена существовал единственный экспериментальный факт - красное уширение излучения от далёких галактик и единственная теоретическая модель - ОТО Эйнштейна, с которыми можно было работать. Вот что было в наличии у Фридмана и Леметра вместе с математическим и понятийным аппаратом классической механики. Если Вселенная расширяется, значит - нужно использовать модель сплошной среды, и это должна быть сжимаемая идеальная жидкость (без трения). Жидкость - потому, что в ней допускаются поступательные и вращательные движения в отличие от твёрдого тела, где движения сильно ограничены, и они сопровождаются ненужной для модели упругостью. И не газ, где симметрия такая же как у жидкости, но поступательные движение превалируют над вращательными и колебательными. В модели обязательно должен быть закон сохранения полной энергии (кинетической и потенциальной), массы Вселенной и её излучения, поскольку Вселенная естественно рассматривается изолированной. И ещё любая сплошная среда требует введения уравнения состояния, как это делается в термодинамике, чтобы связать между собой параметры, входящие в уравнения для энергии и импульса некоторой пробной частицы. Поэтому в начальной точке для такой модели Вселенной мы неизбежно получаем сингулярность, которую патетически окрестили Большим взрывом, так как сжимаемая жидкость в классической физике может сжиматься сколь угодно сильно, лишь бы выполнялись законы сохранения и были заданы начальные условия. Понятно, что любая сингулярность в природе является искусственной, нефизичной, но это мало кого волнует, поскольку принципиально другой модели для расширения Вселенной просто не существует или её ещё не придумали - кому как нравится думать. Также, как нефизичным является и сам Λ-член в уравнении Эйнштейна, о чём он прекрасно понимал. Но желание уравновесить во Вселенной силы притяжения (гравитация) и отталкивания (тёмная энергия) и сделать её стационарно расширяющейся было так велико, что Эйнштейну пришлось с этим Λ-членом смириться. Тем самым, был просто нарушен закон сохранения энергии, что в истории физики случалось не один раз. Мы помним, что в первый раз Бору пришлось придумывать дискретную модель атома водорода, чтобы спасти этот закон и не дать электрону упасть на ядро, а во второго раз Паули пришлось предположить о наличие некой гипотетической частицы, возникавшей при бета-распаде нейтрона и уносящей с собой часть энергии. Вот и теперь нужно что-то придумать, поскольку выясняется, что Вселенная расширяется не равномерно, а с ускорением. И Нобелевскую премию за это открытие уже дали в 2011 году. Это обнаруженное ускорение всё перевернуло вверх дном: теперь не только нужно искать "тёмную энергию" во Вселенной, но и смириться с её будущей отрицательной кривизной и безостановочным расширением в бесконечность. Хотя другие экспериментальные данные показывают, что геометрия Вселенной с хорошей точностью является сейчас плоской. Вот что бывает, когда у тебя под рукой есть только одна негодная модель.
А как же "игрушечная модель" в виде расширяющейся при выпечке булочки с изюмом, которая часто используется при качественной демонстрации расширяющейся Вселенной? Эта модельная среда не сплошная? Во Вселенной нет аналога химической реакции с выделением газа, какая есть внутри булочки? Ну, так есть ядерные реакции внутри звёзд. Или нет идей, как эти реакции могут увеличить пространство, играя роль "тёмной энергии"? Похоже, действительно нет идей. Как нет идей по поводу нехватки массы во Вселенной, чтобы ей расширяться по обнаруженному сценарию с ускорением, а не только для устойчивого вращения звёзд вокруг некоторого общего центра, если судить только по их наблюдаемой светимости.
А у нас идеи есть. Не только Вселенная, но и всякое тело при нагревании расширяется. Но до сих пор считается, что это расширение происходит в окружающем пространстве, роль которого берёт на себя электромагнитное пространство - единственная сцена для всех физических процессов. Только наша Вселенная является исключением в представлениях космологов, считающих, что она расширяется за счёт собственного пространства, в котором гравитация играет немаловажную роль. А что мешает представить себе, что каждое тело тоже расширяется за счёт увеличения собственного пространства, из которого оно состоит? Отсутствие подходящей модели для пространства и его дискретных элементов? Наверное, да. Но мы-то с вами уже коротко обсудили наши представления о пространстве, в качестве гипотезы представленные в сообщении 10 этой серии постов. А ещё раньше в сообщении 7 писали, почему и за счёт чего, по нашему мнению, Вселенная расширяется. Ну, посудите сами. Представьте себе, что вы находитесь внутри кристалла или жидкости и настолько малы размером, что окружающие атомы кажутся вам галактиками. Как тогда будет выглядеть расширение того, что вас окружает? Правильно, атомы-галактики будут удаляться от вас с тем большей скоростью, чем дальше они от вас находятся. А ускоренное расширение может быть? Да запросто. Посмотрите на коэффициент теплового расширения β=(1/V)(∂V/∂T)|P для двух элементов таблицы Менделеева в твёрдом и жидком состоянии - золота Au и вольфрама W, представленные в сообщении " Нас не обманешь!". Там есть и ускоренное расширение, когда коэффициент β увеличивается, и замедленное при уменьшении β, что бывает очень редко. Но практически никогда не наблюдается равномерное расширение при β постоянном. Если всё оказывается так просто, почему никто не обращает внимания на закономерности теплового расширения, известные, как минимум, с позапрошлого века? Значит, опять чего-то не хватает для современной науки. Кроме необходимости знать, что такое пространство и из каких элементов оно состоит, нам нужно понять, откуда возьмутся эти его дополнительные элементы - кванты действия в нашей замкнутой Вселенной. При нагревании тел внешним источником тепла дополнительные кванты действия передаются этому телу со стороны нагревателя. А во Вселенной как, там же нет внешнего нагревателя? Зато у Вселенной есть звёзды, которые вынуждают её находиться в неравновесном состоянии. В земных условиях тела тоже часто находятся в неравновесных состояниях. Когда, например, в них протекает химическая реакция, когда они поглощают и излучают свет или через них проходит ударная волна. Или когда делятся радиоактивные атомы с выделением тепла, света и различных частиц высоких энергий. Каждый раз при этом кванты действия, заключённые внутри одного пространства - внутри ядер или атомных "электронных оболочек", превращаются в кванты действия другого пространства. Для нас будет важен тот факт, что электромагнитное пространство получает при этом свои дополнительные кванты - фотоны. Тем самым, увеличивая полное число своих дискретных элементов - квантов. Которых и так вокруг очень, очень много, но к их огромному, но конечному числу, добавляются дополнительные элементы, которые и вызывают расширение окружающего нас пространства. А вместе с ним - и расширение Вселенной. Всё это не просто принять для себя, поскольку трудно согласиться, что разных пространств вокруг нас много, и между ними постоянно происходит обмен квантами действия.
"Когда идея появления Вселенной в Большом взрыве стала признаваться, папа Пий XII в публичном выступлении (22 ноября 1951 года) объявил, что эта теория подтверждает сотворение мира, описанное в Книге Бытия. Леметр с большим беспокойством отреагировал на заявление папы. Он связался с научным советником понтифика и приложил большие усилия к тому, чтобы убедить папу не увязывать божественное творение с Большим взрывом. Леметр был убежден, что подобным образом смешивать науку и религию глупо и неоправданно: Библия ничего не знает о физике, а физика ничего не знает о Боге. Пий XII согласился с его аргументацией, и католическая церковь никогда больше не делала публичных заявлений по этому вопросу."
"И конечно, на этот раз Леметр тоже был прав: сегодня много говорят о том, что Большой взрыв - это не настоящее начало, что до него могла существовать другая вселенная. Только подумайте, в каком неудобном положении оказалась бы сегодня католическая церковь, если бы приняла официальную доктрину, что Большой взрыв и Творение - одно и то же. Состязаться с Эйнштейном и папой, убеждая их, что они ошибаются, и оба раза оказаться правым - это впечатляющий результат. «Мастер» оправдал свое имя."
"Сегодняшние данные не оставляют сомнений: Вселенная в далеком прошлом была чрезвычайно горячей и чрезвычайно плотной, и с тех пор она расширяется. Мы можем в деталях реконструировать историю Вселенной, начиная с ее первичного горячего и плотного состояния. Мы знаем, как образовались атомы, элементы, галактики и звезды и как развивалась известная нам Вселенная. Недавние тщательные наблюдения излучения, которое заполняет Вселенную, выполненные спутником «Планк», вновь в полном объеме подтвердили теорию Большого взрыва."
"Задумайтесь: первоначально выражение «теория Большого взрыва» было вброшено оппонентами теории, чтобы высмеять идею, которая казалась абсурдной… А в итоге мы все убеждены в том, что 14 миллиардов лет назад Вселенная была плотным огненным сгустком. Но что же было до этого начального горячего и плотного состояния?"
Квантовая космология
"Для понимания того, что случилось 14 миллиардов лет назад, нам нужна квантовая гравитация. Что петлевая теория говорит нам по этому вопросу?"
"Представим себе Вселенную, сжимающуюся и становящуюся чрезвычайно маленькой, сжатой под действием собственного веса. Согласно уравнениям Эйнштейна, Вселенная сжималась бы до бесконечности и полностью исчезла бы в центральной точке. Таков Большой взрыв, предсказываемый эйнштейновскими уравнениями, если мы игнорируем квантовую механику. Но если принять во внимание квантовую механику, то Вселенная не может бесконечно сжиматься. Квантовое отталкивание заставляет её отскакивать. Например, квантовая механика не позволяет реальному электрону упасть в ядро. Квантовое отталкивание выталкивает электрон, когда он оказывается слишком близко к центру. Материя оказывается устойчивой благодаря квантовой механике. Без нее электроны падали бы в ядра, атомов бы не существовало, а значит, и нас тоже."
Вот так вот. "Вселенная оказывается устойчивой, потому что электрон не падает на ядро". Вам не кажется, что Ровелли здесь лукавит? Ведь, мы же знаем, что при некоторых условиях электрон может быть захвачен ядром, что два ядра могут сливаться в экстазе термоядерной реакции, что учёные рассматривают возможность существования нейтронных звёзд и "кварк-глюонной" плазмы.
Но по большому счёту Ровелли прав. Квантовая система не может превратиться в точку, в сингулярность. Частицы - фермионы этого не позволят. Они не могут проходить друг через друга как бозоны. Они могут только упорядочиваться, создавая плотную упаковку. Но тогда более-менее плотной упаковке некому будет отдать свои возросшие гигантские импульс и энергию. Которые такой упаковке просто не позволят существовать. Да и классическая термодинамика будет против превращения физической системы в сингулярность. Будет против самопроизвольного уменьшения энтропии в такой системе и против обратимости времени в уравнении Фридмана-Леметра для Вселенной.
"Сжимающаяся Вселенная не коллапсирует в точку - она отскакивает и вновь начинает расширяться, как если бы она возникла в космическом взрыве. Прошлое нашей Вселенной, таким образом, вполне может быть результатом такого гигантского отскока. Его, в отличие от Большого взрыва, называют Большим отскоком. По-видимому, он вытекает из уравнений петлевой квантовой теории гравитации, когда они применяются к расширению Вселенной."
"Эту картину отскока не следует воспринимать буквально. Возвращаясь к примеру с электроном, вспомним, что если мы хотим поместить электрон как можно ближе к атому, электрон перестает быть частицей; вместо этого о нем следует думать как об облаке вероятностей. Точное положение больше не имеет смысла для электрона. То же самое и для Вселенной: мы не можем больше думать о едином, пусть и зернистом, пространстве-времени, но только о размазанном облаке вероятностей, в котором время и пространство бешено флуктуируют. При Большом отскоке мир растекается роящимся облаком вероятностей, которые по-прежнему можно описывать уравнениями. Наша Вселенная, таким образом, может быть результатом коллапса предыдущей сжимающейся вселенной, прошедшей через квантовую фазу, в которой пространство и время растворяются в вероятностях."
"Мы можем реконструировать прошлое вплоть до времени, когда, по представлению Джона Уилера, пространственно-временной континуум распадается, подобно морской пене, и фрагментируется в квантовое облако вероятностей, и нет причин отбрасывать возможность, что за этой горячей пеной может быть другой пространственно-временной континуум, подобный тому, который мы воспринимаем вокруг себя."
"Вероятность для Вселенной пройти фазу Большого отскока, перейдя от сжатия к расширению, можно рассчитать с помощью метода, описанного в предыдущей главе. Уже выполнены расчеты с использованием спиновой пены, которая связывает сжимающуюся вселенную с расширяющейся. Всё это пока находится на стадии рекогносцировочных изысканий, но замечательным является тот факт, что у нас сегодня есть уравнения, с помощью которых можно описывать такие события. Мы начинаем осторожно, чисто теоретически, заглядывать по ту сторону Большого взрыва."
Продолжение следует.