Пульсирующая Вселенная - Николай Николаевич Горькавый
Георгий Гамов сыграл огромную роль в углублении концепции циклической Вселенной и предсказал реликтовое излучение, поэтому рассматриваемую в данной книге αCDM-космологию можно назвать космологией Эйнштейна — Фридмана — Гамова. Но в эту теорию внесли свои усилия многие авторы и научные группы, которые решили разные части головоломки. В итоге сложилась удивительная, но глубоко логичная картина Вселенной. Она заключается в том, что Вселенная, как и предполагал Эйнштейн, замкнута или расположена в стационарной черной дыре с радиусом порядка триллиона световых лет. Ее можно назвать Мегадырой. Внутри нее расширяется наблюдаемая нами часть Вселенной (Метагалактика), диаметр которой сейчас достигает примерно ста миллиардов световых лет. А в самом центре нашего мира растет Большая Черная Дыра, образованная при коллапсе Вселенной предыдущего цикла. Она пока вряд ли больше миллиарда световых лет, но быстро увеличивается, поглощая реликтовые гравитационные волны. Поэтому сейчас наш Млечный Путь и разбегающееся поле наблюдаемых галактик находится между двумя поверхностями черных дыр — внешней Мегадыры и внутренней Большой Черной Дыры, размеры которых различаются на 3 порядка. Через 50–100 миллиардов лет Большая Черная Дыра догонит нас, проглотит и обратит расширение Вселенной в сжатие. При этом с нашими галактиками ничего драматического не будет, просто их красное смещение сменится на голубое. Сама Большая Дыра уйдет на периферию мира и сольется с Мегадырой (или станет ею). Пройдет еще 50–100 миллиардов лет до того момента, когда наблюдаемая часть Вселенной сожмется в огненный шар диаметром примерно в десять световых лет. Там возникнет новая Большая Черная Дыра размером около светового года, а остальная часть шара сжатой Вселенной будет разбросана антигравитацией, вызванной генерацией гравитационного излучения и уменьшением гравитационной массы из-за массового слияния черных дыр, — начнется новый Большой взрыв и стадия расширения.
Таким образом, непротиворечивая модель циклической Вселенной может быть построена только из черных дыр, гравитационных волн и небольшой примеси обычной материи, из которой состоят все звезды, планеты и живые существа (илл. 16). Наша Вселенная — это стационарная вселенная Эйнштейна, в которой бьется беспокойное сердце вселенной Фридмана. Анализ популяции черных дыр показывает, что циклов у Вселенной было как минимум около тысячи, но, вероятно, гораздо больше.
Вселенная представляет собой маятник с перетеканием энергии между главными компонентами — негравитирующими гравволнами и гравитирующими черными дырами, что приводит к периодическому изменению общей гравитационной массы Вселенной. Она действительно оказалась бессмертным кантианским фениксом, который ухитряется восставать из пепла, даже состоящего из неуничтожимых черных дыр. Циклическая космология объясняет механизм накопления темной материи в виде черных дыр, а также решает загадку раннего происхождения сверхмассивных, в миллиарды масс Солнца, черных дыр в центрах галактик. Для циклической Вселенной существует элегантное решение проблемы роста энтропии, которое тесно связано с судьбой непрерывно растущей Большой Черной Дыры.
Все основные детали этого сценария получили строгое математическое обоснование, в том числе и в работах автора данной книги, опубликованных в ведущих астрономических журналах мира и России. В обсуждаемой модели циклической Вселенной нет ни одного экзотического предположения или выдуманной сущности вроде новых полей, размерностей или гипотетических частиц и нет ни одной нерешенной принципиальной проблемы — такой, как гравитационная сингулярность или накопление энтропии от цикла к циклу. Циклическая космология основана исключительно на известных фактах и на проверенных физических теориях, в первую очередь — на общей теории относительности. Пульсирующая Вселенная не нуждается в поддержке гигантских черепах или любых других гипотез ad hoc, она базируется на неизбежной логике, ОТО и ядерной физике.
Ригористам, которые сочтут трактовку гравитационной энергии, принадлежащую Эйнштейну, Эддингтону и Шрёдингеру, новым предположением, можно возразить, что это предположение далеко не ново в ОТО и новым является лишь его применение в космологии. Тем самым эта трактовка не является предположением ad hoc, то есть принятым специально для решения проблем конкретных моделей. Безусловно, новая теория должна содержать какой-то новый элемент, чтобы получить результаты, отличные от выводов старой теории. То, что новым элементом в циклической космологии оказалась известная, но малоизученная трактовка фундаментальной общей теории относительности, принадлежащая самому создателю ОТО, является плюсом новой космологии, которая не использует каких-либо гипотез о феноменах, проявляющихся только во Вселенной и нигде больше.
В табл. V в конце заключения суммируются основные проблемы космологии и ответы на них с точки зрения модели циклической Вселенной и инфляционной теории одноразовой Вселенной. Видно, что число гипотетических полей и сущностей, введенных квантовыми космологами, сопоставимо с числом космологических проблем, которые нужно решить. Для любого непредвзятого ученого очевидна значимость того, что циклическая космология, не вводящая никаких гипотетических сил и построенная лишь на ОТО и реальных фактах, смогла объяснить столь широкий круг наблюдаемых феноменов и обещает в будущем охватить еще большее число явлений. Это означает, что циклическая космология открывает верный путь к познанию Вселенной, потому что любая ошибочная теория неизбежно сталкивается с непреодолимыми противоречиями на гораздо более ранней стадии сопоставления с наблюдениями.
У циклической космологии немало критиков, указывающих на те или иные, якобы ошибочные, ее предположения, например, считающих, что мнение Эйнштейна об исключении гравитационной энергии из источников гравитационного поля неверно. Для автора, профессионального физика-теоретика с сорокалетним стажем, очевидно, что на неправильном стартовом предположении нельзя построить столь многогранную теорию, успешно решающую основные космологические проблемы и предсказывающую новые наблюдаемые эффекты.
В табл. VI приведены предсказания циклической космологической модели, которые могут быть подтверждены наблюдениями. Часть предсказаний из периодической модели Вселенной уже подтверждается. Например, консорциумы радиотелескопов в 2020 году открыли гравитационные волны наногерцового диапазона, подтвердив наше предсказание о существовании реликтового фона гравитационных волн, эха от сливающихся при Большом сжатии черных дыр звездных масс.
Возрождающаяся циклическая космология Эйнштейна — Фридмана — Гамова проста и красива, поэтому неизбежно будет прирастать сторонниками и последователями. Можно выделить пять главных теоретических проблем, решения которых послужат дальнейшему развитию космологии периодической Вселенной:
1. Получение модифицированной метрики Шварцшильда для переменной гравитационной массы в приближении сильного поля.
2. Изучение динамики вещества внутри черной дыры. Как сливаются черные дыры с точки зрения падающего наблюдателя? Маленькая черная дыра, попав внутрь большой дыры, должна сохраниться в виде черной дыры. В каких случаях (слияние дыр, сопоставимых по массе?) можно говорить о слиянии содержимого двух черных дыр (и объединения их горизонтов)? Что происходит, когда волна антигравитации из центра черной дыры приближается изнутри к сфере Шварцшильда? Может ли черная дыра в этом случае взорваться (разомкнуться) для внутреннего наблюдателя? Будет ли этот взрыв наблюдаем для внешнего наблюдателя?
3. Построение детальной модели эволюции черных дыр и