Новая работа российских исследователей указывает на то, что Вселенная далеко не всегда была расширяющейся — и станет сжимающейся вновь в обозримом будущем. Причем сомнительно, что люди смогут пережить цикл ее сжатия. Но есть хорошие новости: самой Вселенной больше не грозит тепловая смерть. Разбираемся в деталях.
Пара из нейтронной звезды (на переднем плане) и черной дыры звездных масс (на заднем плане) перед их слиянием, в представлении художника. Вокруг черной дыры виден эффект гравитационного линзирования. В зарегистрированном LIGО событии GW190814 один из объектов был черной дырой, а второй мог быть и нейтронной звездой. Согласно новой гипотезе, объекты такого рода вполне могут быть наследием из прошлых циклов истории Вселенной / ©Carl Knox (OzGrav)
В современной физике и космологии две основные проблемы: 85% массы составляет неизвестно что (темная материя) и основную часть энергии тоже — неизвестно что (темная энергия). Однако из наблюдений следует, что именно первое «неизвестно что» служит «клеем», удерживающим вместе материю галактик, а второе — темная энергия — расталкивает Вселенную во все стороны.
С первым фактом легко смириться: без него нам негде было бы жить. Без галактик плотность газа была бы низкой, звезды и планеты просто не возникли бы. Второй выглядит куда неприятнее: если темная энергия есть, Вселенная будет расширяться вечно, а значит, испытает тепловую смерть. Звезды потухнут, а новые не образуются, потому что старые заберут газ. Все остынет до температур, несовместимых со сложной жизнью, а плотность материи по мере расширения пространства-времени станет поистине ничтожной. Устрашающая картина, исходя из сегодняшних данных, будет длиться вечно: в расширившейся Вселенной из-за низкой концентрации материи никакое обратное сжатие невозможно. Темная энергия продолжит расширять ее вечно, но наблюдать будет уже некому.
Какой бы неприятной ни казалась картина, с точки зрения физиков она долго выглядела самой простой и наиболее логичной. Но мы не зря назвали темную материю и энергию проблемами и для физиков: в последние годы начало казаться, что они просто нерешаемые.
Начнем с темной материи: попытки списать ее на некие неизвестные частицы (WIMP) в последние годы явно провалились. При этом общепризнанной альтернативы им пока тоже нет. Эта ситуация настолько плачевна, что иные физики от отчаяния предлагают уже подгонять законы тяготения под наблюдения так, чтобы эту темную материю исключить.
Темная энергия оказалась не лучше. Ее считали некоей космологической константой, «расталкивающей» пространство во все стороны с одинаковой силой в любой точке. Но наблюдения космического телескопа «Планк» показывают обратное. Оказывается, что скорость расширения Вселенной по измеряемым им неоднородностям реликтового излучения — лишь 67,66 ± 0,42 километра в секунду на мегапарсек пространства (мегапарсек равен 3,26 миллиона световых лет). А вот по данным космического телескопа «Хаббл», наблюдавшего за удалением близких от Земли объектов, Вселенная расширяется совсем с другой скоростью — 74,03 ± 1,42 километра в секунду на мегапарсек.
Naked Science уже писал, что ситуация с темной материей далеко не безвыходная. В последние годы гравитационная обсерватория LIGO выявила неожиданно много слияний черных дыр звездных масс — так называют черные дыры массой до сотни солнечных. Эти слияния могут происходить с наблюдаемой LIGO частотой, только если таких черных дыр просто огромное количество, много больше, чем ожидали до запуска LIGO.
Черные дыры звездных масс происходят из звезд. Значит, как и звезды, должны быть не равномерно распределены во Вселенной, а сконцентрированы в скоплениях. Темная материя, как ясно из разгона ею краев галактических дисков, находится в темном гало вокруг галактик. Из всего этого ученые уже делали ранее вывод, что черные дыры, составляющие темную материю, могут быть собраны в темные шаровые скопления.
Но остаются два важнейших вопроса. Откуда эти черные дыры в таких количествах взялись? И что все-таки творится с темной энергией — почему ее влияние вблизи нашей Галактики сильнее, чем в миллиардах световых лет от нее?
Недавняя статья Н. Н. Горькавого и С. А. Тюльбашева в «Астрофизическом бюллетене» — серьезный новый шаг в ответе на эти вопросы. Ее авторы справедливо отмечают, что в черные дыры могут превратиться не все звезды, но лишь одна из тысяч (в основном массивные). Между тем оценочное число звезд во Вселенной — лишь 100 секстиллионов (сто миллиардов триллионов). Одна тысячная от их числа — всего 100 квинтиллионов (сто миллиардов миллиардов).
И это в тысячу раз меньше, чем необходимо, чтобы черные дыры тех масс, что обнаруживает LIGO, могли отвечать за темную материю. Очевидно, нужен какой-то неожиданный источник подобных черных дыр. Исследователи предлагают на роль такого источника идею Вселенной-феникса. Согласно ей существующая Вселенная прошла множество циклов сжатия и расширения — причем наш цикл не первый и даже не сотый. Он лишь один из множества таких, что были до него и будут после. В первой фазе каждого цикла наша Вселенная расширяется, как это происходит сейчас. Во второй фазе она постепенно начинает сжиматься.
По мере сжатия расстояния между черными дырами постоянно уменьшаются. В финальной фазе цикла сжатия диаметр Вселенной становится не сто миллиардов световых лет, как сейчас, а всего десять световых лет. При таком сжатии концентрация и энергия фотонов реликтового излучения поднимает температуру Вселенной с трех кельвинов до десяти миллиардов. При подобной температуре все атомы тяжелых элементов, наработанных во всех звездах Вселенной, распадаются: их просто разрушают гамма-фотоны реликтового излучения.
Однако черные дыры, в отличие от атомов тяжелых элементов, практически неразрушимы: в черную дыру частицы могут падать, но не вырываться наружу. Поэтому во Вселенной в момент ее крайнего сжатия до десятка световых лет из крупных объектов остаются только они и часть нейтронных звезд.
Здесь начинается самое интересное. На относительно небольшом пространстве в десяток световых лет близкими соседями оказываются миллиарды триллионов черных дыр. Из-за малой дистанции частота их слияний резко растет. Но каждое такое слияние, как мы знаем из данных LIGO, сопровождается превращением ~5% массы сливающихся дыр в гравитационные волны. Как отмечал еще Эйнштейн, гравитационные волны сами по себе массы не имеют. В итоге значительная часть массы в такой сжимающейся Вселенной начинает превращаться в гравиволны. Если все черные дыры сольются друг с другом, их число уменьшится вдвое, а общая масса Вселенной — как минимум на 5%. Оставшиеся черные дыры могут сливаться друг с другом и далее — и тогда масса Вселенной уменьшится на 5% в каждом цикле. В итоге она может уменьшиться на порядки.
Однако следует помнить: сжатие Вселенной идет именно за счет тяготения существующих в ней объектов. Если их масса в момент массовых слияний черных дыр значительно уменьшится, гравитирующая масса Вселенной рано или поздно станет слишком мала, чтобы сжатие продолжалось. Отдаленная аналогия: если мы возьмем Солнечную систему и начнем резко уменьшать массу Солнца, то рано или поздно она станет такой малой, что планеты нашей системы просто разлетятся в разные стороны. Аналогия эта отдаленная потому, что во Вселенной центробежной силы нет. Вместо нее работает другой член силы, расчеты по которому можно увидеть вот здесь (а визуально — на картинке ниже).
Именно это и происходит в описываемой Горькавым и Тюльбашевым модели Вселенной-феникса. Достигнув сжатия до примерно десятка световых лет, она «сжигает» в гамма-фотонах ядра тяжелых атомов. Попутно слияния черных дыр превращают большую часть массы «темной материи» в гравиволны — и когда это превращение достигает критического порога, сжатие Вселенной прекращается и она начинает резко расширяться. Этот момент в модели и трактуется как «Большой взрыв» — начало следующего цикла развития той же самой Вселенной-феникса.
В нем сперва нет никаких тяжелых элементов. Через какое-то время от Большого взрыва температура — за счет расширения пространства-времени — падает настолько, что возникают легкие атомы барионной материи, вроде водорода или гелия. Оставшиеся от прошлого цикла сверхмассивные черные дыры становятся центрами притяжения для легких газов. Так, постепенно вокруг этих гигантских ЧД и возникнут галактики. Авторы новой работы называют такие дыры «затравочными», потому что именно они служат «затравкой» для образования галактик.
Надо отметить, что идея о формировании галактик вокруг центральной массивной черной дыры была высказана заметно ранее: на это указывали наблюдения за такими объектами в ранней Вселенной. Однако до новой работы Горькавого и Тюльбашева механизм образования таких необычайно ранних сверхмассивных черных дыр оставался неясным.
Как мы отметили выше, «Большой взрыв» происходит из-за превращения части темной материи (в виде черных дыр) в гравитационные волны, не имеющие массы. На этом, однако, роль гравиволн во Вселенной не заканчивается. При столкновении с черными дырами они поглощаются ими. Из-за этого масса черных дыр — темной материи нашей Вселенной — постепенно растет. Когда она становится достаточно большой, расширение пространства-времени тормозится, а затем и превращается в свою противоположность — сжатие.
Иными словами, эволюция Вселенной-феникса чем-то похожа на работу колоссального маятника. Когда маятник движется вверх, его кинетическая энергия превращается в потенциальную. И скорость движения вверх постепенно падает — а затем сменяется движением вниз.
Вселенная, по мере своего расширения, превращает энергию гравиволн в массу — до тех пор, пока массы не становится так много, что расширение сменяется сжатием. В конце цикла сжатия масса сливающихся черных дыр частично превращается в гравитационные волны, отчего цикл сжатия сменяется резким, взрывообразным расширением (Большим взрывом).
Научная теория должна быть проверяемой. Идея суперструн в свое время имела очень много поклонников среди физиков, но их число резко сократилось, когда выяснилось, что из нее нельзя сделать никаких предсказаний. Чтобы потом проверить, верны они или нет — и подтвердить или опровергнуть теорию.
Авторы новой статьи полагают, что значительная часть наблюдений, способных подтвердить их теорию, уже проведена. С помощью вычислений они показывают, что в их модели образуется примерно то количество черных дыр звездных масс (то есть, легче ста Солнц), которые могло бы объяснить их частые слияния, регистрируемые LIGO. Да, такие дыры часто сливаются, но все равно их число от цикла к циклу растет, и поэтому может быть куда больше, чем если бы Вселенная была «одноразовой». Да, получить сто секстиллионов ЧД из ста секстиллионов звезд нельзя, но если основная часть ЧД — из прошлых циклов Вселенной-феникса, то их многочисленность вполне понятна.
Количество сверхмассивных черных дыр (массивнее миллиона Солнц), оставшихся от прошлых циклов, в их модели тоже близко к наблюдаемому. Сегодня считается, что сверхмассивных черных дыр примерно столько же, сколько и крупных галактик во Вселенной — около ста миллиардов. Опять-таки, в рамках существовавшей ранее космологии нельзя объяснить, откуда взялись миллиарды очень крупных ЧД уже в ранней Вселенной — а в модели Горькавого-Тюльбашева можно.
Но этого, конечно, недостаточно. Подогнать модель под уже наблюдаемые результаты можно, даже не заметив подгонки (бессознательно). Нужны именно предсказания – что-то такое, что науке еще неизвестно, но что следует из модели и может быть проверено астрономами в новых наблюдениях.
Авторы новой работы считают таким предсказанием тезис о наличии в гало галактик темных шаровых скоплений черных дыр звездной массы. Они заключают: «Изучение по астрометрическим каталогам (и данным Gaia) движения звезд [за пределами нашей Галактики] поможет найти темные шаровые скопления в диске Галактики».
Логика тут понятна: проходя между Землей и звездой другой галактики, темные шаровые скопления хотя и редко, но будут создавать гравитационную линзу, которую будет просто отличить от других участков неба.
В комментарии для Naked Science Николай Горькавый отметил:
«Расчеты предсказывают, что при сжатии Вселенной до нескольких световых лет и массовом слиянии черных дыр произойдет мощный всплеск гравитационного излучения. В момент рождения такие волны имеют частоту в сотню герц, но к настоящему времени они растянутся в десять миллиардов раз – до наногерцовых частот. Пока новая статья лежала в редакции, консорциум NANOGrav по вариациям излучения пульсаров открыл стохастичный фон наногерцовых гравитационных волн. Это открытие может стать таким же прямым доказательством циклической модели Вселенной, как когда-то реликтовое электромагнитное излучение стало убедительным подтверждением модели горячей Вселенной и Большого взрыва».
Еще одно необычное предсказание модели Горькавого-Тюльбашева – реликтовые нейтронные звезды. Авторы отмечают, что энергия гравитационной связи на один нуклон (частицу ядра атома) для нейтронной звезды будет в районе 100 мегаэлектронвольт. Собственно, тут нет ничего удивительного: плотность вещества нейтронной звезды такова, что заполненный им спичечный коробок весил бы три миллиарда тонн, в связи с чем и сила тяжести в 200 миллиардов раз превосходит земную.
Поэтому даже при нагреве гамма-квантами реликтового излучения сжимающейся Вселенной до ста миллиардов градусов такие нейтронные звезды не будут уничтожаться полностью. Но часть их массы в ходе обстрела гамма-квантами все же может быть потеряна. Эти реликтовые нейтронные звезды могут «худеть» от исходной массы до 0,1-0,2 солнечных. За счет уменьшения массы снизится и сжатие вещества нейтронной звезды: по диаметру она будет в несколько раз больше обычной.
Это достаточно интересное предсказание, которое, на первый взгляд, не проверить. В самом деле: нейтронные звезды от прежних циклов Вселенной-феникса будут остывшими и давно перестанут иметь быстрое вращение и излучение, позволяющее обнаруживать часть обычных нейтронных звезд. И все же способ найти их есть. Такие нейтронные звезды иногда могут сливаться между собой, как во время события GW170817, зарегистрированного LIGO в 2017 году.
Порожденные им гравитационные волны прошли 130 миллионов световых лет, прежде чем достигли нашей планеты. Анализируя разницу в приходе гравитационных волн в различные части Земли, можно выяснить параметры сливающихся нейтронных звезд. Если они будут заметно меньше нормы, возникнут серьезные основания подозревать, что сливаются не нейтронные звезды из нашей эпохи, а именно реликтовые объекты, пережившие Большой взрыв.
Кстати, одна из нейтронных звезд в событии GW170817, скорее всего, имела массу между 0,86 и 1,36 масс Солнца. Это заметно меньше, чем у подавляющего большинства нейтронных звезд, и это ниже предела Чандрасекара — того порога массы, после которого компактный объект может стать нейтронной звездой. Нейтронной звезде очень сложно потерять массу — как мы уже упоминали, ее гравитация в сотни миллиардов раз сильнее земной. Если у объекта, для образования которого нужно 1,38 масс Солнца (предел Чандрасекара), масса почему-то стала заметно меньшей — повод задуматься о том, не реликтовую ли нейтронную звезду зарегистрировала LIGО в 2017 году.
Есть и чуть отличающийся сценарий обнаружения реликтовых нейтронных звезд – в их слияниях с черными дырами. Только в январе 2020 года LIGO зафиксировала сразу два таких события. В данном случае речь шла о крупных нейтронных звездах, но если продукт слияния будет менее массивным — это вновь повод задуматься о том, не идет ли речь о гибели реликта из прошлой Вселенной.
Кроме того, авторы полагают, что реликтовые нейтронные звезды можно обнаружить в числе так называемых «странных» пульсаров. Среди них — и просто «медленные» пульсары с большим периодом радиосигналов, доходящих до земного наблюдателя. Есть там и «вращающиеся радиотранзиенты». Это что-то типа пульсаров с большими и часто неодинаковыми (все время разными) периодами между сигналами. На сегодня этих экзотических объектов известно около ста и понятны они до сих пор были очень плохо. Авторы новой работы считают, что большие периоды и неправильность их сигналов ожидаемы для реликтовых нейтронных звезд, уже потерявших почти всю свою исходную энергию вращения (именно эта энергия подпитывает излучение пульсаров).
Насколько это так, понять пока сложно. Однако по логике реликтовые нейтронные звезды из прошлых Вселенных часто находились бы в галактических гало — как и темная материя (реликтовые черные дыры). Почти половина известных нейтронных звезд-пульсаров — медленно вращающиеся, с периодом не ниже 0,5 секунды. При этом они действительно тяготеют не к дискам галактик, а, скорее, к галактическим гало, да еще и скорости их движения – не выше 60 километров в секунду. Другая половина пульсаров находится в основном в дисках галактик и имеет куда меньший период вращения — менее 0,2 секунд. Да и скорость их движения много выше — около 150 километров в секунду.
«Медленные» нейтронные звезды из галактического гало действительно кое в чем похожи на гипотетические реликтовые нейтронные звезды Горькавого и Тюльбашева. Нейтронная звезда образуется на месте взрыва сверхновой, который редко бывает идеально симметричным. Поэтому от нереликтовой нейтронной звезды логично ожидать больших скоростей движения. Реликтовая же нейтронная звезда прошла за свою жизнь через довольно плотные среды, и логично, что она постепенно теряла свою скорость — у нее для этого были как минимум десятки миллиардов лет.
Еще одно предсказание новой работы: реликтовые нейтронные звезды с массой в 0,1-0,2 солнечных могут входить в двойные системы из обычной звезды и реликтовой нейтронной. Такие системы будут выглядеть как стандартная звезда, у которой есть практически невидимый компаньон, массой в 0,1-0,2 солнечных. «Массовое обнаружение таких систем будет статистически свидетельствовать» в пользу их существования, отмечают авторы. Это особенно важно потому, что большую часть реликтовых нейтронных звезд вряд ли можно будет обнаружить как пульсары: самые старые из них просто не будут иметь нужной энергии вращения. Они банально потеряют ее за сотни миллиардов лет своей «жизни».
Ключевая особенность модели: она показывает наличие где-то во Вселенной огромной черной дыры. Намного более массивной, чем любая из уже открытых сверхмассивных черных дыр. Она должна быть настолько огромной, что в конечном счете поглотит всю Вселенную, включая, само собой, Землю и каждого из нас.
Надо понимать, что речь не идет о какой-то катастрофе, конце света в эсхатологическом смысле этого слова. Падение в черную дыру грозит спагеттификацией и смертью, только если дыра маленькая – звездных масс. Уже попадание в сверхмассивную черную дыру не грозит вам спагеттификацией. Ведь она такая большая, что разность действия приливных сил на вашу голову и ноги будет незначительной — и «превращать в спагетти» падающего в нее человека она не будет.
Скорее всего, попадание в такой объект для большинства из нас пройдет не только безболезненно, но и незаметно. Только астрономы заметят, что сперва — миллиарды лет подряд — красное смещение в далеких галактиках будет постепенно исчезать. Это будет означать приближение границы Главной черной дыры. Затем оно вдруг сменится голубым — Вселенная из расширяющейся станет сжимающейся. Собственно, это будет главным признаком того, что нас поглотила черная дыра.
К сожалению, из этого не следует, что земная цивилизация в итоге этого процесса выживет. Да, сжатие Вселенной займет, скорее всего, миллиарды лет. До остановки расширения, по оценкам Горькавого, — 10-20 миллиардов лет. Обратное сжатие может занять еще 20-39 миллиардов.
Но конец в любом случае наступит. Сперва ночное небо станет таким горячим, что на поверхностях всех планет погибнет жизнь. Потом горячей — сто миллиардов градусов! — станет вообще вся стремительно съеживающаяся Вселенная.
Человек — не нейтронная звезда. Гамма-кванты реликтового излучения в конце уничтожат все обычные атомы, и пережить цикл сжатия Вселенной-феникса у нас не выйдет. Возможно, какой-то выход из этой ситуации и есть, но пока о нем ничего не известно.
С другой стороны, наших читателей эти события вряд ли застанут. Так что беспокоиться о них придется нашим далеким потомкам. Это если они доживут до столь далеких времен, что, конечно, тоже не факт. Впрочем, перефразируя известного персонажа, Новый год тоже всегда подкрадывается неожиданно. И до самого последнего момента кажется, что до него еще полно времени.
Содержание новой статьи серьезно напоминает попытку революции в космологии. Пожалуй, это первая теория нашей эпохи, предлагающая логичное и связное объяснение того, что такое темная материя и темная энергия. Первой оказываются реликтовые черные дыры, второй, по сути, не существует. Аналогичный ей «расталкивающий» эффект дало воздействие Главной черной дыры..
Новая концепция позволяет понять и то, почему скорость расширения Вселенной вдали от нас (наблюдения «Планка» за реликтовым излучением огромной древности) меньше, чем вблизи (наблюдения «Хаббла» за звездами в окрестностях Галактики). В самом деле, если расширение Вселенной дала потеря ею в прошлом массы, то в далеком прошлом скорость расширения явно должна была отличаться от той, что наблюдается сегодня. Равенства этих скоростей требует только концепция темной энергии. Но в новой космологической модели темной энергии нет, отчего и такое требование снимается.
«Ряд наблюдательных работ указывает на анизотропию [неоднородность свойств в зависимости от направления] Вселенной и её замкнутость. Эти феномены не укладываются в инфляционную теорию одноразовой Вселенной, но полностью согласуются с новой моделью циклической Вселенной»
Николай Горькавый
Дополнительные сильные стороны концепции: она объясняет главную загадку формирования галактик. Ученые уже не первый год отмечают, что галактики не смогли бы возникнуть без сверхмассивных черных дыр в центрах. И эти дыры там наблюдаются астрономами уже в первые сотни миллионов лет существования Вселенной — причем масса их достигает миллиардов солнечных. Новая модель предлагает вполне естественное решение вопроса «откуда взялись эти черные дыры?»
Оно такое же, как и для темной материи из черных дыр звездных масс: ими нас снабдили ранние Вселенные, существовавшие на месте нашей до Большого взрыва. Кстати, из этого вытекает, что в самой первой Вселенной заметного количества галактик не было: не было «затравки» в виде огромных черных дыр, своим тяготением собирающим газ в галактики.
От плюсов новой работы стоит перейти к ее минусам.
Работа Горькавого и Тюльбашева вряд ли вызовет — и это мы выразились еще очень мягко — быстрое и широкое принятие ее тезисов основной массой ученых. Для этого она слишком отличается от стандартной космологической модели «одноразовой Вселенной». Идея о сотнях циклов расширения и сжатия Вселенной сама по себе не слишком нова — еще Георгий Гамов, предсказавший реликтовое излучение, считал мироздание именно таким.
Но вот механизмы, предложенные Горькавым и Тюльбашевым, крайне необычны и непривычны для слуха: сжатие Вселенной — за счет набора массы черными дырами; ее расширения — за счет сброса массы теми же черными дырами, излучающими гравиволны. Это, бесспорно, новый шаг в космологии. Настолько новый, что основная часть физиков не задумывалась о подобных вещах в принципе. Дело доходит до того, что противники этой идеи даже не в курсе хрестоматийного мнения Эйнштейна, что гравитационные волны не имеют массы. Такие ученые всерьез утверждают, что потеря общей массы Вселенной поэтому невозможна: мол, масса черных дыр просто превратится в массы гравиволн и ничего не поменяется.
Есть и еще одна проблема: теория Горькавого-Тюльбашева, по сути, может закрыть такие направления науки, как поиски вимпов, темной энергии и теории квантовой гравитации. История науки не знала примеров, когда сторонники вытесняемых из мэйнстрима научных идей добровольно признавали бы их устарелость и меняли свои взгляды сами. Сомнительно, что в этот раз мы увидим какую-то другую реакцию.
И, наконец, последняя проблема новой работы: ее относительно сжатый размер. Современная наука опирается на формат журнальных публикаций, которые по необходимости очень коротки. Из-за краткости изложить понятным для остальных ученых образом можно разве что какой-то небольшой результат. Действительно, крупные результаты понятно объяснить на четырех-пяти страницах стандартной статьи невозможно.
Мы уже не раз отмечали, что специализация в современной науке достигла таких масштабов, что на работу теоретиков даже физики-экспериментаторы часто смотрят с изумлением, но без понимания. В таких условиях требуется объяснять — и не по разу — буквально каждый тезис новой теории.
Да, работа Горькавого и Тюльбашева в несколько раз больше стандартных размеров. Но вряд ли ее будет достаточно, чтобы другие физики вполне осознали эту концепцию целиком. Здесь нужна книга — научная монография – причем написанная достаточно популярно, чтобы даже те физики, что не являются гравитационистами, могли понять, почему гравиволны не имеют массы, как Вселенная могла существовать сотни циклов подряд и отчего альтернативные объяснения темной материи и темной энергии в настоящий момент действительно выглядят довольно слабо.
Комментарии
Я не понял одну вещь в этой теории - что было 13.8 млрд лет назад? Закончился предыдущий цикл сжатия и началось очередное расширение?
Именно.
=== вряд ли ее будет достаточно, чтобы другие физики вполне осознали эту концепцию целиком ===
А по-моему, теория настолько красивая и стройная, что монография совершенно необязательна.
Правда, я не физик.
Некоторые части -- без космологической -- этой концепции публиковались уже в трех статьях:
1. https://academic.oup.com/mnras/article/461/3/2929/2608669
2. https://academic.oup.com/mnras/article/476/1/1384/4848298
3. https://pos.sissa.it/335/039/
И хотя во всех случаях появлялись возражения (и даже целые-препринты возражения), до рецензируемых журналов эти возражения так и не доходили, потому что их авторы не очень разобрались в работе, которую критиковали (отчего рецензирование такая критика пройти не могла). То есть, все-таки проблемы с пониманием есть -- и не только у меня, как я думал вначале.
Ну и потом. Вспомните теорию относительности. Сперва идея казалась дикой, первые попытки ее проверить показали, как тогда посчитали, что она неверна, и несколько лет отношение к ней было как к очень странной теории. Тут физической новизны намного меньше (по сути, там все те же уравнения Эйнштейна), но вот космологически новизны реально много. Я очень сомневаюсь, что научное сообщество воспримет ее позитивно с ходу. Скорее, будет как с теорией относительности более века тому назад.
Гравитация искривляет пространство-время, а не расширяет его. Либо автор статьи передал ключевую идею крайне не верно, либо сама идея бред.
Есть еще третий вариант: в статье нигде на написано, что гравитация расширяет пространство-время, а написано совсем иное -- просто вы прочли невнимательно.
И этот вариант -- верный, в чем легко можно убедиться, прочитав текст статьи.
Очень интересная тема. А Ник.Горькавый не только астрофизик, но еще и автор нескольких художественных книг для юношества в жанре твердой НФ. И концепция Горькавого и Тюльбашева вполне может оказаться серебряной пулей сразу для кучи научных проблем.
Одно замечание автору статьи: пожалуйств, вычитывайте текст перед публикацией. Ошибки раздражают. "По мере сжатия, расстояния между черными дырами постоянно уменьшаются" – запятая не нужна, обстоятельства места и времени никогда не выделяются запятыми. "..поднимает температуру Вселенной с 3 кельвин до десяти миллиардов кельвин" – неправильное склонение слова "кельвин", нужно " с трех кельвинов до десяти миллиардов кельвинов", см. здесь – http://sklonenie-slova.ru/kelvin Путать -тся и -ться недопустимо! Прочитайте внимательно: "расширение пространства-времени тормозиться". И что это за загадочный "один нукон (частицу ядра атома)"? Может, нуклон всё-таки?
Спасибо, исправили, в выходные схема публикации чуть отличается, отсюда и опечатки.
Насколько помню циклическую модель вселенной обсуждали еще в прошлом веке. Этакий вкус знакомый с детства. Беглый гуглеж показывает что подобную теорию предложил еще Эйнштейн задолго до моего рождения. Теорию довольно быстро опровергли, затем снова приняли, позже опять отвергли... и получилось что-то вроде милицейской мигалки - "то работает, то не работает, то вот опять работает" ))
Предшествующие попытки дать циклическую Вселенную не могли обойти ограничение Толмана -- тот справедливо отметил, что энтропия-то от цикла к циклу должна расти. В данном случае избыток энтропии уходит в ЧД, что снимает ограничение Толмана.
Ну, и, конечно, предшествующие варианты циклической Вселенной не опирались на маятник "масса ЧД переходит в гравиволны - энергия гравиволн переходит в массу ЧД".
Насколько помню, "энтропия" довольно мутное понятие, физический смысл которого неясен и второе начало термодинамики (неубывание энтропии) больше похоже на обобщение повседневного опыта чем на закон природы. И как раз на системах галактического масштаба там выходит неувязка из-за чего обвалилась теория тепловой смерти вселенной и чуть не упала сама термодинамика )) Впрочем физики быстро выкрутились мол вселенная такая большая что изолированной системой ее считать нельзя поэтому энтропия может локально уменьшаться, но по сравнению с мировой революцией это все фигня и где-то там она все равно возрастает. Ну вот теперь уточнили что где-то там это черные дыры с гравиволнами как раз недавно открытые. https://mipt.ru/newsblog/lenta/vtoroy_zakon_termodinamiki_mozhet_narushatsya_v_kvantovom_mire
Согласен. Я например при слове энтропия в физике понимаю только одно ,что атом превратить в энергию можно , а вот энергию в атом уже нельзя . Хотя я так понимаю это просто мы не знаем как это делать
Насколько я помню, там был немного другой вопрос.
Наша Вселенная появилась из сингулярности? А эта сингулярность изначально имела массу Вселенной? Тогда что мешает Вселенной схлопнуться обратно в сингулярность вместе с Чёрными дырами, нейтронными звёздами и прочим физическим вакуумом? В таком случае мы с чистой совестью можем говорить о "пульсирующей Вселенной".
А если Вселенная набирала массу в процессе инфляции и ничего не может поделать с ЧД (от них всё равно остаётся энергия), то всё-таки нужно говорить о "рождении Вселенной". А из этого следует и смерть Вселенной.
"аша Вселенная появилась из сингулярности?"
Там -- это где? На сегодня неясно, появилась ли наша Вселенная из сингулярности или нет. Это вообще вряд ли можно выяснить, поскольку сингулярность делает бессмысленными базовые физически уравнение, то есть пока тезис о ней научно проверен быть не может.
"А если Вселенная набирала массу в процессе инфляции"
Тезис о реальности инфляции на сегодня не доказан. Более того, из теории, изложенной в тексте выше, неочевидно, что инфляция вообще нужна.
Был такой альманах "Эврика". И там поросы происхождения Вселенной очень часто обсуждались.
На сегодня вообще ничего не ясно. Есть только теории. Их несколько. Вы же здесь рассматриваете Теорию БВ. (указать номер предложения в статье, или сами найдёте?)
А теория БВ исходит из сингулярности и последующей инфляции.
"Их несколько. Вы же здесь рассматриваете Теорию БВ. (указать номер предложения в статье, или сами найдёте?)
А теория БВ исходит из сингулярности и последующей инфляции."
Смотрите: теорий, подразумевающий Большой взрыв, много. Сингулярность подразумевают не все из них. Та, что выше -- не подразумевает. Она вычисляет минимальный возможный объем Вселенной, и там получается диаметр не меньше 10 световых лет -- потому что при подходе к нему ЧД будут сливаться так активно, что массы станет предельно мало, настолько, что станет неизбежным Большой взрыв -- то есть разлет вот этих 10 св. лет до куда больших объемов (сейчас примерный диаметр Вселенной 100 млрд св лет).
Какой именно массы? У Горькавого их аж 4!Кстати, вот здесь есть критика его гипотез (даже не теорий, т.к. его расчёты не признаются):
https://www.gazeta.ru/science/2016/08/01_a_9717293.shtml?updated
"Какой именно массы? У Горькавого их аж 4"
Поясните свою мысль, пожалуйста. Потому что я вот, например, заметил только одну массу -- из ОТО,
" Горькавого их аж 4!Кстати, вот здесь есть критика его гипотез (даже не теорий, т.к. его расчёты не признаются):"
По ссылке нет критики -- там есть незнание дфмн Ивановым того факта, что для гравитационных волн не показано наличие массы, и что Эйнштейн, Эддингтон и проч. отмечали, что у гравиволн нет массы.. Я упомянул это в тексте выше, с гиперссылкой:
"Это, бесспорно, новый шаг в космологии. Настолько новый, что основная часть физиков не задумывалась о подобных вещах в принципе. Дело доходит до того, что противники этой идеи даже не в курсе хрестоматийного мнения Эйнштейна, что гравитационные волны не имеют массы. Такие ученые всерьез утверждают, что потеря общей массы Вселенной поэтому невозможна: мол, масса черных дыр просто превратится в массы гравиволн и ничего не поменяется."
" т.к. его расчёты не признаются"
Личное мнение дфмн, считающего, что он знает об ОТО больше Эйнштейна вряд ли стоит расценивать как "признаются" или "не признаются". К тому же, по вашей ссылке он не оспаривает расчеты Горькавого вовсе -- лишь говорит, что гравиволны якобы имеют массу, на чем и строит критику. Расчетов он не трогает. Он же и сам говорит "масса всяких приближений, в том числе, с моей точки зрения, неверных" и "это мое утверждение тоже надо доказывать, писать комментарии в тот же журнал и прочее.
И тут он прав, когда говорит: хочешь меня опровергнуть — пиши формулы". Ничего этого Иванов не сдалал — ну, или журнал его расчеты не принял.
Говорить о том, что кто-то там признает или не признает расчеты Горькаового с научной точки зрения будет возможно только после того, как критика такого рода выйдет в рецензируемом журнале. Теории (она была гипотезой пять лет назад) уже несколько лет, и пока такой критики никому опубликовать не удалось, хотя попытки такого рода и заявлялись.
"Жаль, что экстравагантная гипотеза Горькавого пока всего лишь гипотеза. Чтобы она стала полноценной теорией, нужно, чтобы ее предсказания совпали с данными наблюдений – причем с такими, которые невозможно объяснить традиционными моделями." - не Ваши ли слова всего лишь месячной давности в ПМ? ;)
""Жаль, что экстравагантная гипотеза Горькавого пока всего лишь гипотеза. Чтобы она стала полноценной теорией, нужно, чтобы ее предсказания совпали с данными наблюдений"
Данные НаноГРАВ и слияния ЧД с нейтронной звездой довольно низкой массы уже есть. Это -- и особенно первый элемент -- весьма показательные наблюдения.
"не Ваши ли слова всего лишь месячной давности в ПМ? ;)"
Пишут, что это из Попмеханики за март 2019 года ( https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/434685/Temnyy_karnaval ) -- почти 2,5 года прошло,. НаноГРАВ уже дал первые результаты.
Статья от 12.07.2021, 11:00
https://www.popmech.ru/science/467972-temnaya-materiya-zagadochnoe-veshchestvo-vselennoy/
Ссылку, кстати, дал сам Горькавый. Правда, весьма нелестно отзываясь о тамошних комментаторах. Про местных комментаторов дипломатично умолчал)))
Уважаемая редакция! Господи, когда же у вас будет нормальная правка? Как править что-то, так хоть удаляй всё и заново вводи!
1. В ссылки вставляет лишние кавычки,
2. Абзацы соединяет без пробелов с предыдущим предложением.
2. Абзацы вставляются, если одновременно с Enter нажимать Shift.
Но косяков в ПО сайта многовато.
Например, жмешь на ссылку цитаты в колонке "Комментарии", а попадаешь в начало статьи. И так по 5-6 раз, прежде чем статья прокручивается до нужной реплики.
Не знаю, как другим, а мне за колокольчиком извещений нужна не теперешняя ссылка на комментарий, а сама реплика оппонента... Сейчас же ознакомление с чьим-то мнением приводит к искусственной накрутке прочтений статьи (совершенно также, как и косяк со ссылками в разделе "Комментарии")...
А откуда взялись первые ЧД?
Оттуда же. откуда и ЧД в диске нашей Галактики в этом цикле -- из коллапса массивных звезд. Это общий механизм, он должен работать во всех циклах.
Да, и ещё один момент. То ли я не заметил в статье, то ли про него не упомянули. По поводу того, что при рождении вселенной появляется материя и антиматерия в примерно равных количествах. И вот, в процессе аннигиляции 99,9% протомассы перешло в энергию. И если пульсирующая Вселенная не может собирать чистую энергию в процессе коллапса, то колебания очень быстро становятся затухающими. И в какой-то момент сингулярность просто не взорвётся?
"По поводу того, что при рождении вселенной появляется материя и антиматерия в примерно равных количествах."
Барионная асимметрия Вселенной в любой циклической космологии довольно легко выравнивается: если она и была. то только в первом цикле. Во втором уже все проаннигилировало, и антивещества больше практически нет. Что и снимает проблему.
В статье Вы пишете абсолютно противоположное:
"В нем сперва нет никаких тяжелых элементов. Через какое-то время от Большого взрыва температура — за счет расширения пространства-времени — падает настолько, что возникают легкие атомы барионной материи, вроде водорода или гелия. Оставшиеся от прошлого цикла сверхмассивные черные дыры становятся центрами притяжения для легких газов."
Т.е. вещество всё-таки распадается на барионы, а потом заново формирует материю и, следовательно, антиматерию? Вы сами-то свою статью читали?
Если в последующих пульсациях вещество Вселенной не распадается на фермионы, то все эти эволюции всего лишь процесс жизнедеятельности Вселенной, которая имеет процесс рождения. А всё, что когда-нибудь рождается, когда-нибудь умирает. В таком случае Вы противоречите самому себе в третьем предложении статьи:
"Но есть и хорошие новости: самой Вселенной больше не грозит тепловая смерть. Разбираемся в деталях."
Т.е. утверждаете, что смерть не грозит, и тут же утверждаете, что рассматриваемый процесс - всего лишь эволюции развития, не затрагивает рождение и смерть Вселенной...
"В статье Вы пишете абсолютно противоположное:
"В нем сперва нет никаких тяжелых элементов. Через какое-то время от Большого взрыва температура — за счет расширения пространства-времени — падает настолько, что возникают легкие атомы барионной материи, вроде водорода или гелия. Оставшиеся от прошлого цикла сверхмассивные черные дыры становятся центрами притяжения для легких газов.""
Где вы в этом фрагменте увидели "абсолютно противоположное"? Тяжелых элементов действительно нет. Действительно сначала возникает барионная материя, легкие элементы, затем остальное. Барионная асимметрия -- или даже ее отсутствие -- сюда никак не относятся. Даже если 99% барионов исчезло проаннигилировав, картину выше это все равно не изменит.
".е. вещество всё-таки распадается на барионы, а потом заново формирует материю и, следовательно, антиматерию?"
Вещество не распадается на барионы. Барионы появляются, когда температура снижается. Барионы появятся в любом случае, это могло бы не случиться только если бы число атомов было бы точно равно числу атомов антиматерии, чего явно не наблюдается -- иначе мы с вами бы не разговаривали.
"Если в последующих пульсациях вещество Вселенной не распадается на фермионы, то все эти эволюции всего лишь процесс жизнедеятельности Вселенной, которая имеет процесс рождения. А всё, что когда-нибудь рождается, когда-нибудь умирает. В таком случае Вы противоречите самому себе в третьем предложении статьи:
"Но есть и хорошие новости: самой Вселенной больше не грозит тепловая смерть. Разбираемся в деталях."
Мнение "всё, что когда-нибудь рождается, когда-нибудь умирает" в отношении Вселенной из модели Горькавого-Тюльбашева пока никак и никем не показано.
И никакого противоречия, конечно, нет. Тепловая смерть в рамках изложенной выше концепции Вселенной не грозит. Энтропия в ней сбрасывается в момент поглощения Большой черной дырой.
"Т.е. утверждаете, что смерть не грозит, и тут же утверждаете, что рассматриваемый процесс - всего лишь эволюции развития, не затрагивает рождение и смерть Вселенной..."
Я никоим образом не говорил, что описанный в тексте выше процесс затрагивает смерть Вселенной. Нигде, ни в тексте, ни в комментариях. Про смерть -- это целиком и полностью ваш вывод. В разбираемой научной работе о смерти Вселенной ничего нет, потому что в рамках этой теории сложно рассчитать ситуацию полной энтропии. Отчего сложно говорить и о "смерти".
Третье предложение статьи я написал?
С энтропией, ЧД, джетами/ как "первичными"/ так и "вторичными", гравиперенос информации импульсным принципом ("вторичные") вопросов было как блох на собаке с 20х годов прошлого века и ОТО.... И ограничение Толмана результат методологии, а не понимания... Примерно как ядерный распад в учебниках ВУЗов отличается от практического в реакторах.
Вопросы с энтропией как раз за счет ЧД и решены в итоге: https://library.csu.ru/ru/rbooks2/view2?code=texts/38158/38158
чем не "подтверждение" - теория также переживает циклы сжатия-расширения, осталось подождать ещё пару сотен циклов, и всё станет на свои места.
не совсем понятно как данный концепт объясняет увеличение скорости расширения со временем. если вселенная "потеряла" массу ввиде гравитационного излучения, то почему скорость расширения больше сейчас, чем несколько млдр лет назад? не должно быть наоборот? по мере поглощения гравиволн черными дырами, рост массы вселенной должет замедлять расширение вселенной.
"не совсем понятно как данный концепт объясняет увеличение скорости расширения со временем"
Статья выше не безразмерная, а то, что вы спрашиваете вытекает из математики (в частности, влияния Большой черной дыры на расширение галактик). Поэтому в тексте это не затронуто. Однако ответ на этот вопрос будет -- просто в другом материале.
Я понял, что живу в очень запутанной и сложной Вселенной. Видимо, только в таких ужасно непонятно как устроенных Вселенных и способен существовать ужасно не понятно как функционирующий мозг человека, который это всё силится понять.
Почему мы думаем, что способны понять то, что нас породило? Как мы можем быть уверены, что не упускаем из виду под носом самые важные детали? Ведь это мозг. Мы с ним способны заблудиться в лесу из двух сосен.
Почему учёные уверены, что Вселенная может быть познана до конца? И где я могу почитать про уверенность учёных насчет самого интеллекта человека. Разве его достаточно для охвата бескрайних для нас рубежей Вселенной? Разве наш мозг, сформированный в саваннах, способен разобраться в том, что такое темная материя?
В конце концов разве мы сделаем Большой Коллайдер, где создадим Вселенную? Как можно вообще быть уверенными в своих гипотезах и теориях, если энергии Вселенной или хотя бы одной звёзды типа Солнца нам не доступны?
"Как мы можем быть уверены, что не упускаем из виду под носом самые важные детали?"
С помощью науки. Если наши новые теории делают проверяемые предсказания -- значит, они увеличивают сумму наших знаний о мире.
"Ведь это мозг. Мы с ним способны заблудиться в лесу из двух сосен."
Все-таки, вы несколько преувеличиваете. В норме такого не происходит.
"Разве наш мозг, сформированный в саваннах, способен разобраться в том, что такое темная материя?"
Вас не смущает, что пользуясь этим самым сформированным в саваннах мозгом мы уже достигли Луны?
Александр Березин, Браво!
Да что там Луны - у нас сейчас на Марсе вертолётик летает.
Хрень на хрень в итоги общая хрень да еще в квадрате .
Дяденьки вы что тупые столько на городили гдее ваша бритва ОККАМЫ ???
Выбирайте выражения, раз. И два. бритва Оккама (а не Оккамы) тут вполне нормально себя чувствует.
Спасибо за статью. Можно принимать буддизм - его космогония отлично
накладывается
А так и есть - буддизм, как я считаю, единственно верная и философия, и теория (не религия, совсем нет)...
Замечательно накладывается, и неспроста, я так думаю...
Как можно предсказать сжатие если 14 млрд лет идёт только расширение--и притом с увеличивающейся скоростью--только Наши учёные могут предсказать что будет в обозримом будующим---вселенная ещё не начала тормозить и вроде как потом начнёт сжиматься столько же времени 14 млрд лет --и это обозримое будующее--ну юмористы
Вам бы сперва орфографию и грамматику русского языка повторить, затем школьный курс физики, и уж потом лезть в проблемы философии и космологии. А то любой пенсионер от скуки начинает своё важное и [ не ]нужное мнение высказывать.