Страница 10 из 33
Момент сотворения может быть отодвинут назад максимум на триллион лет. Обратите внимание на следующее: чем больше время, тем дуги становятся больше и больше. Если заглянуть в прошлое, они становятся все меньше и меньше, вплоть до не очень отдаленного исходного толчка. С точки зрения физики Вселенная не могла испытать больше дюжины пульсации – далеко не бесконечное количество.
СОЖМЕТСЯ ЛИ КОГДА-НИБУДЬ ВСЕЛЕННАЯ? Обсуждение достоинств модели пульсирующей Вселенной становится отвлеченным спором, если у Вселенной недостает массы, чтобы остановить расширение и спровоцировать последующий коллапс. С каждым годом результаты наблюдений, подтверждающие расширение Вселенной (открытая Вселенная), становятся все более убедительными, в то время как свидетельства сжимающейся Вселенной (закрытая Вселенная), становятся все слабее и теряют силу.
Наиболее точные оценки плотности массы Вселенной в настоящее время исчисляются значениями между одной десятой и тремя десятыми критической4 . Второе следствие энтропии заключается в ее влиянии на энергию скачка. С каждым скачком теряется не только механическая энергия, нужная для сжатия, но также и энергия, нужная для нового скачка.
Если бросить резиновый мяч с высоты в три фута на жесткий пол, он подпрыгнет, но не до высоты трех футов. Какая-то часть энергии мяча уйдет при ударе мяча о пол. С каждым ударом все больше механической энергии будет превращаться в тепловую энергию, и в конце концов, мяч прекратит подпрыгивать. Хорошо накачанный волейбольный мяч может подпрыгнуть раз десять, прежде чем остановится.
Менее упругий – например, очень мягкий пенорезиновый мяч, – может подпрыгнуть всего лишь раза два и затем остановиться. Но Вселенная имеет намного меньший коэффициент упругости, чем пенорезиновый мячик. В 1983 и 1984 годах американские астрофизики Марк Шер, Алан Гут и Сидни Бладмэн продемонстрировали, что если бы даже Вселенная обладала достаточной массой, чтобы остановить свое расширение, любое сжатие (коллапс)
закончилось бы абсолютной остановкой, а не новым скачком5 . С точки зрения механической физики, Вселенная скорее напоминает кусок мокрой глины, чем хорошо накачанный волейбольный мяч (см. таблицу 1). Шер и Гут с полной уверенностью озаглавили свою работу «Пульсирующая Вселенная невозможна». Если Вселенная пульсирует, это означает, что она ведет себя, как мотор или как система, созданная для выполнения работы.
Способность системы или мотора выполнять работу или пульсацию зависит от ее КПД. Вселенная, фактически, стоит на самом последнем месте из всех существующих моторов. Ее КПД настолько мал, что пульсация совершенно невозможна. Табл.1: Механический коэффициент полезного действия некоторых известных систем Система или мотор КПД Дизельный мотор 40% Бензиновый мотор 25% Паровой двигатель 12% Человеческое тело 1% Вселенная 0,00000001% НОВЫЕ ПОДХОДЫ Шер, Гут и Бладмэн не были единственными, кто опровергал возможность космической пульсации.
Два русских физика, Игорь Новиков и Яков Зельдович, развили собственную систему доказательств, основанную на геометрии сжимающихся структур6 . Однако ни один из пяти исследователей не рассматривал теоретическую возможность пульсации, которая могла начаться в эру квантовой гравитации, возможно, потому что об этой эре известно еще очень мало (см. рамку «Эра квантовой графитации»).
Эта возможность явилась той соломинкой, за которую ухватились многие упрямые умы. Арнольд Сиккема и Вернер Израэль развили гипотезу о случайных эффектах, которые привели к возникновению черных дыр за те доли секунды, когда вся материя и энергия Вселенной все еще была сконцентрирована в крошечном объеме7 . Тем не менее, эти ученые честно признали, что пока еще не существует последовательной теории квантовой гравитации.
Следует также отметить, что предложенная ими теория пульсации позволяет предполагать лишь очень ограниченное количество скачков. Она не дает возможности отрицать идею начала в недалеком прошлом. Эта тоненькая соломинка, за которую ухватились Сиккема и Израэль, была недавно сломана русским физиком Андреем Линде . На симпозиуме по структуре Вселенной Линде показал, что Вселенная, обладающая теми характеристиками, которые мы сейчас наблюдаем, не могла возникнуть в результате скачка в эру квантовой гравитации. Почему? Существует два объяснения: 1.
В течение фазы сжатия перед гипотетическим скачком, по крайней мере, одна область во Вселенной будет оказывать сопротивление сжатию до крошечного объема, необходимого для того, чтобы экзотический эффект квантовой гравитации одержал верх8 . 2. Скачок, если бы он имел место, не произвел бы достаточно материи9 . Позвольте пояснить. Вселенная до гипотетического скачка представляет собой невероятно искривленное пространство с небольшим количеством материи или совсем без нее.
Но по мере расширения Вселенной пространство увеличивается, а кривизна пространства падает. Потеря кривизны трансформируется в материю, в результате чего возникает огромная энтропия. И поскольку количество энтропии столь велико, процесс невозможно повернуть вспять. Материя не может вновь превратиться в искривленное пространство. Таким образом, Вселенная, в которой мы живем, не может быть продуктом пульсации, даже если предположить, что в эру квантовой гравитации скачки были возможны.
ЭРА КВАНТОВОЙ ГРАВИТАЦИИ Физики разрабатывают теории, объясняющие процессы, происходившие во Вселенной, когда она была в возрасте 10-43 секунды (менее, чем одна квадрильон-квадрильон-триллионная секунды). По прошествии 10-43 секунды сила тяготения во Вселенной становится сравнимой с сильным ядерным взаимодействием. Эта сила удерживает вместе протоны и нейтроны в ядре атома.
При таких величинах на гравитацию могли влиять законы квантовой механики. Поэтому эта ранняя стадия развития Вселенной и была названа эрой квантовой гравитации. Поскольку плотность энергии, существовавшая в эру квантовой гравитации, находится далеко за пределами возможностей даже самых мощных ускорителей частиц, многие теоретики полагают, что они имеют право допускать существование в то время любых физических условий и, в таком случае, применять любые физические законы, какие ни пожелают.
Но поскольку такая физика находится вне пределов «экспериментального подтверждения», она, по определению, переходит их области науки в область метафизики. Тем не менее, несмотря на то, что моделирование энергий, о которых идет речь, находится далеко за пределами возможностей экспериментальной физики, существует другой важный критерий – наблюдаемая современная Вселенная.
Если квантовая теория гравитации не может объяснить, как Вселенная развивалась из исходного квантового состояния, она должна быть признана неверной. СВЯЗЬ С РЕИНКАРНАЦИЕЙ (ПЕРЕВОПЛОЩЕНИЕМ) Многие восточные религии, древние и современные (включая индуизм, буддизм и многие философии нового времени), уходят своими корнями в реинкарнацию, в пульсирующую вселенную.
Популярность этих учений на Западе росла вместе с популярностью модели пульсирующей Вселенной. Я наблюдал этот феномен, будучи аспирантом при университете Торонто. Когда некоторые мои сокурсники примкнули к той или иной из индуистских или буддистских сект, бывших тогда в моде, я интересовался, почему они это сделали. В ответ они цитировали «писания», в которых говорилось о нескончаемых циклах рождения, роста, коллапса, смерти и возрождения космоса и нас самих в нем, то есть той «реальности», которую описывает теория пульсирующей Вселенной.
К такому решению их подтолкнула удивительная «точность» индуистских писаний, предсказывающих периоды пульсации, время между последовательными рождениями. В качестве возраста Вселенной эти писания приводят цифру в 4,32 миллиарда лет10 . Астрофизики того времени (1970-е годы) называли цифру от двадцати до тридцати миллиардов лет – если считать модель пульсирующей Вселенной правильной.
Мои друзья пришли к выводу, что поскольку древние индусы настолько близко подошли к верному ответу, индуизм должен был быть чем-то большим, чем просто религией, изобретенной людьми. Эта вера должна была произойти из какого-то сверхъестественного источника. Этих рациональных рассуждений в сочетании с очарованием всего незападного и нетрадиционного, а также неприятия моральных ценностей христианства оказалось достаточно, чтобы привлечь их к одному из ответвлении индуизма.
Но сейчас в этих рассуждениях нет рационального зерна. Реальность не может быть описана бесконечными циклами космической реинкарнации. Мировоззрение, лежащее в основе индуизма и многих его производных, оказалось ложным. ССЫЛКИ 1. Robert H. Dicke, et al, «Cosmic Black-Body Radiation», Astrophysical Journal Letters 142 (1965), page 415. 2. Robert H. Dickc, ct al., page 414-415. 3. Richard J. Gott III, et al., «An Unbound Universe?» Astrophysical Journal 194 (1974)