Современная космология: философские горизонты - Коллектив авторов (книги без регистрации бесплатно полностью .txt) 📗
Плотность вещества, устремлявшегося к центру дыры, возрастала, пока не достигла предела, определяемого теорией струн. Когда плотность материи достигла максимально допустимой величины, квантовые эффекты привели к Большому взрыву. «…Трёхмерная область миллиметровых размеров внутри этих бескрайних просторов преобразилась в раскалённое и плотное пятно, тождественное пятну, которое образуется при инфляционном расширении по Гуту»[249]. Тем временем снаружи возникали другие черные дыры (ЧД), которые затем тоже становились вселенными. Важная особенность данной модели состоит в том, что Вселенная расширялась как до Большого взрыва (ускоренное расширение), так и после него (расширение с замедлением). «Большой взрыв, возможно, был не моментом возникновения Вселенной, а просто внезапным переходом от ускорения к замедлению»[250].
Нужно отметить, что в отношении каждого сценария возникает много вопросов. В частности, по поводу приведенного утверждения Г. Венециано о возникновении и эволюции космологической ЧД в его модели возникают следующие вопросы. Что такое материя и вещество снаружи ЧД? Что именно засасывала ЧД? Далее, существовало ли только одно дилатонное поле или были и другие формы материи? Планковское состояние Вселенной включало в себя уже не одно (что было бы предпочтительно с точки зрения единой теории), а по крайней мере, два материальных субстрата: материальные струны и дилатонное поле? И другие.
Согласно Г. Венециано, если проигрывать историю Вселенной назад, то кривизна пространства-времени будет расти, но не достигнет бесконечного значения, как в сингулярности, а в некоторый момент ее значение достигнет максимума и снова начнет уменьшаться. С точки зрения Г. Венециано, это — чистый вариант устранения сингулярности: «До появления теории струн физики отчаянно пытались придумать механизм, который мог бы так чисто устранить сингулярность»[251].
«В соответствии с такой моделью Вселенная перед Большим взрывом была почти идеальным зеркальным изображением самой себя после него»[252]. Но с этим трудно согласиться, либо необходимы какие-то дополнительные обоснования. По-видимому, Вселенная не может тождественно повторяться. Дело в том, что информация при коллапсе Вселенной, даже не доходя до сингулярности, а уже у планковского порога, разрушается. Это может происходить, например, вследствие действия мощных приливных сил, разрушающих любые структуры сжимающейся Вселенной, и следовательно, при этом происходит потеря информации о структурном устройстве Вселенной. Поэтому зеркального повторения Вселенной быть в принципе не может. Хотя Вселенная и может воспроизводиться, видоизменяясь. Эту особенность можно назвать принципом неповторимости нашей Вселенной.
Что же представляет собой Большой взрыв? Авторы этого сценария считают, что «Внутри черной дыры пространство и время меняются ролями: ее центр — не точка пространства, а момент времени. Падающая в черную дыру материя, приближаясь к центру, становится все более плотной. Но, достигнув максимальных значений, допускаемых теорией струн, плотность, температура и кривизна пространства-времени внезапно начинают уменьшаться. Момент такого реверсирования и есть то, что мы называем Большим взрывом. Внутренность одной из описанных черных дыр и стала нашей Вселенной»[253].
Г. Венециано проводит различие между струнной космологией и космологией на основе ОТО. «Общая теория относительности подразумевает конечность бытия — расширяющаяся Вселенная должна была возникнуть в результате Большого взрыва»[254]. Но ОТО — классическая теория, и она предсказывает возникновение Вселенной из физически бессмысленного с точки зрения этой теории сингулярного состояния. Все дело в том, что «в самом начале Большого взрыва теория относительности не действовала, поскольку все происходившие в тот момент процессы носили квантовый характер»[255]. В любом квантовом обобщении космологии сингулярность устраняется и все начинается с планковского состояния Вселенной. Вселенная, возможно, существовала и до планковской эпохи. «Симметрия теории струн предполагает, что у времени нет ни начала, ни конца. Вселенная могла возникнуть почти пустой и сформироваться к моменту Большого взрыва или пройти несколько циклов гибели и возрождения»[256]. В космологии «начала» космологи предложили следующие две альтернативы, связанные с объяснением однородности Вселенной: на начальной стадии развития Вселенная была либо намного меньше, либо намного старше, чем считалось раньше. Первая альтернатива связана с популярной в настоящее время моделью инфляционного расширения, которая объясняет ряд космологических проблем, однако в ней остаются пока без объяснения, по крайней мере, две концептуально важные вещи: что представлял собой инфлатон и откуда у него взялось столько потенциальной энергии? Согласно второй альтернативе не было никакого начала. «Если время началось не в момент Большого взрыва, а Вселенная возникла задолго до начала нынешнего космического расширения, то у материи было достаточно времени, чтобы плавно самоорганизоваться»[257].
Экпиротический сценарий. Другая популярная модель, подразумевающая существование Вселенной до Большого взрыва, — экпиротический сценарий (от греч. ekpyrotic — «пришедший из огня»), разработанный Д. Каури, П. Стейнхардтом, Б. Оврутом, Н. Зейбергом и Н. Тьюроком. Он основан на предположении, что наша Вселенная — одна из многих D-мембран, дрейфующих в многомерном пространстве. Мембраны притягиваются друг к другу, а когда они сталкиваются, в них может произойти то, что мы называем Большим взрывом.
Если наша Вселенная — многомерная мембрана, плавающая в еще более многомерном пространстве, то Большой взрыв, возможно, был результатом ее соударения с параллельной мембраной. Вот как этот процесс комментирует Г. Венециано: «Притягиваясь друг к другу, две почти пустые мембраны сжимаются в направлении, перпендикулярном направлению движения. Мембраны соударяются, и их кинетическая энергия преобразуется в материю и излучение. Это соударение и есть Большой взрыв. После удара мембраны расходятся и начинают расширяться с убывающей скоростью. Материя собирается в скопления галактик. В циклической модели силы притяжения замедляют движение расходящихся мембран. Материя разреживается. Мембраны останавливаются и снова начинают сближаться, расширяясь при этом с возрастающей скоростью»[258].
«Не исключено, что коллизии происходят циклически. Две мембраны могут сталкиваться, отскакивать друг от друга, расходиться, притягиваться одна к другой, снова соударяться и так далее. Расходясь после удара, они немного растягиваются, а при очередном сближении снова сжимаются. Когда направление движения мембраны сменяется на противоположное, она расширяется с ускорением, поэтому наблюдаемое ускоряющееся расширение Вселенной может указывать на предстоящее столкновение»[259].
«У предвзрывного и экпиротического сценариев есть общие особенности. Оба они начинаются с большой, холодной, почти пустой Вселенной, и обоим свойственна трудная (и пока нерешенная) проблема перехода от состояния перед Большим взрывом к стадии после него. Математически главное различие между двумя моделями заключается в поведении дилатона. В предвзрывном сценарии это поле и, соответственно, все силы природы изначально очень слабы и постепенно усиливаются, достигая максимума в момент Большого взрыва. Для экпиротической модели справедливо обратное: столкновение происходит тогда, когда значения сил минимальны.
Разработчики экпиротической схемы вначале надеялись, что слабость сил облегчит процедуру анализа столкновения, однако им приходится иметь дело с высокой кривизной пространства-времени, поэтому пока нельзя однозначно решить, удастся ли избежать сингулярности. Кроме того, этот сценарий должен протекать при весьма специфичных обстоятельствах. Например, перед самым столкновением мембраны должны быть почти идеально параллельны друг другу, иначе вызванный им Большой взрыв будет недостаточно однородным. В циклической версии эта проблема стоит не так остро: последовательные соударения позволили бы мембранам выровняться»[260].
