Циклическая модель времени вселенной

Циклическая модель Вселенной: перерождение материи происходит бесконечно

В начале 2000-х два физика из Принстонского университета предложили космологическую модель, согласно которой Большой взрыв не уникальное событие, а пространство-время существовало уже задолго до того, как родилась Вселенная.

В циклической модели Вселенная проходит через бесконечный самоподдерживающийся цикл. В 1930-х годах Альберт Эйнштейн высказал идею о том, что Вселенная может переживать бесконечный цикл больших взрывов и больших сжатий. Расширение нашей Вселенной может быть результатом коллапса предшествующей вселенной. В рамках этой модели можно сказать, что Вселенная возродилась из гибели своей предшественницы. Если это так, то Большой взрыв не был чем-то уникальным, это всего лишь один незначительный взрыв среди бесконечного числа других. Циклическая теория необязательно заменяет собой теорию Большого взрыва: она скорее пытается ответить на иные вопросы: например, что было до Большого взрыва и почему Большой взрыв привел к периоду быстрого расширения?

Одна из новых циклических моделей Вселенной была предложена Полом Стейнхардтом и Нилом Туроком в 2001 году. Стейнхардт описал эту модель в своей статье, которая так и называлась — «Циклическая модель Вселенной» (The Cyclic Model of the Univers).

Модель Стейнхардта и Турока тем не менее оспаривает некоторые предположения модели Большого взрыва. Например, согласно им, Большой взрыв был не началом пространства и времени, а скорее переходом от более ранней фазы эволюции. Если говорить о модели Большого взрыва, то она гласит, что это событие положило непосредственное начало пространству и времени как таковым. Кроме того, в этом цикле сталкивающихся бран крупномасштабная структура Вселенной должна определяться фазой сжатия: то есть это происходит перед тем, как они столкнутся и произойдет очередной Большой взрыв. Согласно теории Большого взрыва, крупномасштабная структура Вселенной определяется периодом быстрого расширения (инфляции), который имел место вскоре после взрыва. Более того, модель Большого взрыва не предсказывает, сколько времени будет существовать Вселенная, а в рамках модели Стейнхардта продолжительность каждого цикла — примерно триллион лет.

Циклическая модель Вселенной / © Astronomy Magazine

Циклическая модель Вселенной хороша тем, что, в отличие от модели Большого взрыва, она может объяснить так называемую космологическую постоянную. Величина этой постоянной напрямую связана с ускоренным расширением Вселенной: она объясняет, почему пространство так быстро расширяется. Согласно наблюдениям, величина космологической постоянной очень мала. До недавнего времени считалось, что ее значение на 120 порядков меньше, чем предсказывает стандартная теория Большого взрыва. Эта разница между наблюдением и теорией уже давно представляет собой одну из самых больших проблем в современной космологии. Однако не так давно были получены новые данные о расширении Вселенной, согласно которым она расширяется быстрее, чем считалось. Остается ждать новых наблюдений и подтверждения (или опровержения) уже полученных данных.

Стивен Вайнберг, лауреат Нобелевской премии 1979 года, пытается объяснить разницу между наблюдением и предсказанием модели при помощи так называемого антропного принципа. Согласно ему значение космологической постоянной случайно и различается в разных частях Вселенной. Нас не должно удивлять, что мы живем в такой редкой области, где наблюдаем малую величину этой постоянной, так как только при этом значении могут развиваться звезды, планеты и жизнь. Некоторых физиков тем не менее такое объяснение не устраивает из-за отсутствия доказательств того, что в других регионах в наблюдаемой Вселенной эта величина отличается.

Инфляционная мультивселенная. Пузыри с разными свойствами образуются и расширяются на высокоэнергетическом фоне. Мы живем в одном из этих пузырей и наблюдаем только небольшую часть всей Вселенной, в которой преобладают известные нам законы физики / © Scienceexpress

Похожая модель была разработана американским физиком Лэрри Эбботом в 1980-х. Однако в его модели спад космологической постоянной до низких значений был таким продолжительным, что все вещество во Вселенной за такой период рассеялось бы по пространству, оставив его, по сути, пустым. Согласно циклической модели Вселенной Стейнхардта и Турока причина, по которой величина космологической постоянной настолько мала, в том, что изначально она была очень большой, но со временем, с каждым новым циклом, уменьшалась. Другими словами, при каждом большом взрыве количество вещества и излучения во Вселенной «обнуляется», но не космологическая постоянная. На протяжении множества циклов ее значение падало, и сегодня мы наблюдаем именно эту величину (5,98 x 10-10 Дж/м3).

В одном из интервью Нил Турок высказался об их со Стейнхардтом модели циклической Вселенной так:

«Мы предложили механизм, в котором теория суперструн и М-теория (наши лучшие объединенные теории квантовой гравитации) позволяют Вселенной проходить через Большой взрыв. Но чтобы понять, полностью ли согласовано наше предположение, необходимы дальнейшие теоретические работы».

Каждый скачок занимает все больше и больше времени, поэтому вся Вселенная проводит гораздо больше времени при самом низком положительном значении Λ (космологической постоянной), которое мы видим сегодня, чем при любом другом значении / © Physics World

Ученые надеются, что с развитием технологий появится и возможность испытать эту теорию наряду с другими. Так, согласно стандартной космологической модели (ΛCDM) вскоре после Большого взрыва последовал период, известный как инфляция, который наполнил Вселенную гравитационными волнами. В 2015 году был зарегистрирован гравитационно-волновой сигнал, форма которого совпадала с предсказанием Общей теории относительности для слияния двух черных дыр (GW150914). В 2017 году за это открытие физикам Кипу Торну, Райнеру Вайссу и Барри Бэришу присудили Нобелевскую премию. Также впоследствии были зарегистрированы гравитационные волны, исходившие от события слияния двух нейтронных звезд (GW170817). Однако гравитационные волны от космической инфляции еще не зарегистрированы. Более того, Стейнхардт и Турок отмечают, что если их модель верна, то такие гравитационные волны будут слишком малы, чтобы их можно было «засечь».

Источник

Циклические модели Вселенной

Если фаза расширения нашей Вселенной со временем все-таки сменится фазой сжатия, то не исключено, что после этого опять произойдет новое расширение – и так без конца… И в соответствии с этой возможностью разработан ряд теоретических моделей подобных «циклических» Вселенных.

Идея «Вечного возвращения», «Круга времен» – существовала и в древнегреческой философии и в философских системах Индии, Китая и Ближнего Востока…

В 1949 году известный математик Курт Гёдель выступил в Принстонском университете, где в то время работал А. Эйнштейн, с докладом «Время в общей теории относительности», в котором доказывал возможность замкнутых «мировых линий» для некоторого класса моделей Вселенной. В переводе с языка теории относительности на обычный это означает, что при некоторых условиях Вселенная может возвращаться к своему исходному состоянию и в дальнейшем в точности повторять раз за разом уже пройденные циклы.

Ситуация весьма заманчивая для авторов научно-фантастических произведений. Если бы модель Гёделя соответствовала действительности, то это означало бы, что все события, происходящие в окружающем нас мире сегодня, когда-то уже происходили и притом не один раз.

Альберт Эйнштейн присутствовал на докладе Гёделя, однако сейчас нам трудно судить о его подлинном отношении к излагавшимся идеям. На этот счет воспоминания очевидцев расходятся. Согласно одним из них, великий физик в ходе развернувшейся дискуссии заметил, что результаты, изложенные в докладе, ему не нравятся, согласно другим – он, наоборот, отнесся к идеям Гёделя с симпатией.

Много лет спустя известный индийский физик-теоретик С. Чандрасекар подробно исследовал модель, предложенную Гёделем, и пришел к выводу, что возникающие в ней замкнутые траектории лишены физического смысла. Однако при этом Чандрасекар использовал метод так называемого физически разумного выбора. А подобный метод всегда связан с какими-либо произвольными интуитивными допущениями, и ему в полной мере доверять нельзя.

Правда, настораживает и то, что Вселенная гёделевского типа должна обладать парадоксальными свойствами. Например, в ней теряют смысл такие понятия, как «раньше чем» и «позже чем», то есть, по существу, утрачивают свое значение такие фундаментальные свойства времени, как единая направленность и необратимость.

Но в конце концов дело даже не в том, верна или неверна модель, предложенная Гёделем (судя по всему, она все-таки неверна). Ведь эта модель – только специальный частный случай. Существуют и другие модели, которые удовлетворяют уравнениям теории относительности и содержат замкнутые линии времени.

«Тот факт, что ситуация с возвращением в прошлое, описанная Гёделем, не проходит в предложенной им модели, – заметил по этому поводу Чандрасекар, – не исключает вообще подобной возможности в рамках общей теории относительности. Хорошо бы, конечно, доказать для общего случая невозможность замкнутых временоподобных мировых линий, но сейчас можно только сказать, что частный пример, предложенный Гёделем, оказался неверным».

Во всяком случае, показать, что подобные модели противоречат уравнениям общей теории относительности, никому не удалось.

Иными словами, из того, что циклические возвращения Вселенной к прошедшему невозможны в специальной модели, предложенной Гёделем, еще не следует, что вообще не может существовать мир с замкнутыми линиями времени. Это еще необходимо доказать. Кстати, возможность циклической Вселенной допускает и Дрейк. «Если наш пульсар действительно является остатком старой Вселенной, – говорит он, – то кто может утверждать, что до нее не было еще одной, а там еще и еще…»

Если повторяющая себя Вселенная в духе Гёделя пока что остается весьма маловероятной возможностью, которая хотя формально и не опровергнута, но ничем и не подтверждена, то другие варианты циклических моделей разработаны более детально. В этих моделях Вселенная пульсирует, то расширяясь, то сжимаясь и всякий раз проходя при этом стадию сверхплотной горячей плазмы.

Одна из таких моделей «сконструирована» английским астрономом Т. Голдом. Она основана на том, что современная физическая теория в принципе допускает «обращение времени». Если в уравнениях этой теории заменить направление течения времени на противоположное, то все события потекут в обратном порядке.

Вдохновившись «конструкторской» деятельностью Голда, другой английский астрофизик П. Девис решил построить свою «Вселенную», в известной мере противоположную Голдовской. В этой Вселенной направление течения времени в каждом новом цикле также меняется на противоположное, но в промежутке между соседними циклами, в период наибольшего сжатия, оно вообще не имеет направления! Что это значит с физической точки зрения, сказать трудно, поскольку в современных физике и астрофизике вопросы, связанные с поведением материи в экстремальных условиях, по существу еще не разработаны.

Любопытно также, что модель Девиса допускает проникновение через область наибольшего сжатия некоторых физических процессов из одного цикла в другой, разумеется, с соответствующей «переработкой». Именно в свете подобной возможности Девис пытается толковать так называемое реликтовое излучение. Согласно существующей теории, это излучение должно было возникнуть на одной из ранних стадий расширения Вселенной и равномерно заполнить все мировое пространство. Однако в модели Девиса реликтовое излучение приобретает совершенно иной, и, прямо скажем, неожиданный смысл. Это уже не «посланец из прошлого», а, если можно так выразиться, отголосок… будущего! Именно отголосок, а не предвестник! Своеобразная «радиозаря» того цикла в эволюции Вселенной, который еще только должен наступить в будущем. При этом во Вселенной Девиса нарушается один из фундаментальнейших принципов современного естествознания, так называемый принцип причинности – «следствия не могут опережать свои причины». Но к этому принципу мы в свое время еще вернемся, а сейчас отметим, что существует еще одна модель развития Все ленной во времени, в известном смысле противоположная как модели Девиса, так и ряду других циклических моделей. Она разработана одним из учеников Эйнштейна Дж. Уилером. И в этой модели Вселенная тоже пульсирует, то сжимаясь, то раздуваясь, но всякий раз она возрождается из сверхплотного сгустка в ином виде, с новыми характерными параметрами и даже новым набором элементарных частиц. Мало того, во Вселенной Уилера нет вообще времени в обычном понимании этого слова – нет настоящего и нет будущего!

Никто, разумеется, не возьмет на себя смелость утверждать, что модели Годда, Девиса, Уилера и им подобные – это и есть точное описание нашей Вселенной. Да на это они, пожалуй, и не претендуют. Идет поиск. Нащупываются новые направления. Оцениваются и переоцениваются различные идеи. Осмысливаются новые факты…

И ценность перечисленных выше моделей на данном этапе развития науки о Вселенной определяется не столько степенью соответствия реальному положению вещей, сколько их эвристическим характером. Они побуждают к поиску новых пространственно-временных представлений, новых неизвестных фундаментальных физических закономерностей, новых форм причинных связей…

Циклическая модель времени вселенной

Циклическая модель Вселенной: перерождение материи происходит бесконечно

Циклические модели Вселенной

Читайте также

Развитие и возобновление Вселенной. Цикл Вселенной[5]

3. ТРИ МОДЕЛИ

Модели социоинволюции

I. Модели и серии

ИДЕАЛЬНОСТЬ МОДЕЛИ

ОТ МОДЕЛИ К CЕРИИ

МОДЕЛИ ТЕЛА

Модели

Модели и действительность

13.1.2. Циклические и волновые теории жизни общества

МОДЕЛИ

Циклические Вселенные

4.3. Циклические вселенные

Раздел 1 ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ ВСЕЛЕННОЙ

14. Введение в модели