Почему Вселенная не может быть циклической? Часть 3: Экпиротическая Вселенная и ее сталкивающиеся браны
Представьте себе, что Большой взрыв — это не начало всего сущего, а всего лишь результат космического «ДТП». Именно такую дерзкую идею предлагает экпиротическая теория — попытка переиграть инфляцию на ее собственном поле.
Осторожно: мы на грани математической бездны
Сразу должен предупредить. Математика, лежащая в основе экпиротической теории, не просто сложна — она невероятно запутанна. Более того, скорее всего, ей нельзя полностью доверять, поскольку она обитает в самых эзотерических ответвлениях теории струн [1]. А теория струн, как известно, и сама является весьма экзотическим разделом физики.
Другими словами, мы оказываемся на глубоком конце бассейна математических спекуляций и игр разума. Трамплин здесь теоретический, а вода может вообще не существовать. Мы не будем следовать за формулами. Вместо этого мы рассмотрим ту красивую картину, которую эта математика якобы рисует. И надо признать, картина действительно впечатляет.
Наша Вселенная — это мембрана?
Итак, давайте начнем с основы. Экпиротическая теория утверждает, что наша Вселенная является браном. Нет, не мозгом (brain), а браном — сокращением от «мембрана» [2].
Представьте себе наше трехмерное пространство, абсолютно всё, что вы когда-либо видели или трогали, как огромный лист, парящий в пространстве высшей размерности. И, как с радостью расскажут нам коллеги из отдела теории струн, везде, где есть брана, существует и балк — более крупная арена, по которой эти браны дрейфуют.
Вот образ, который стоит удержать в голове. Подумайте о Вселенной как о простыне, вывешенной для просушки. Она колышется на ветру, но с одной оговоркой: у этой простыни больше измерений, чем вы можете комфортно вообразить, и таких простыней существует несколько. Пожалуйста, не пытайтесь визуализировать это слишком буквально — ничего хорошего из этого не выйдет.
Большой взрыв как космическое столкновение
Большую часть времени две такие параллельные простыни висят рядом, никогда не касаясь друг друга. Каждая из них представляет собой целую вселенную, счастливо не подозревающую о существовании соседки. Но время от времени они дрейфуют навстречу.
И когда они наконец встречаются, происходит внезапный выброс энергии. Эта энергия распространяется по обеим простыням, после чего они отскакивают друг от друга и снова расходятся. И это — наш Большой взрыв.
Обратите внимание: это не сингулярность. Не бесконечно плотная точка. Просто наша Вселенная сталкивается со своим соседом в пространстве высшей размерности и отскакивает от него. Мы воспринимаем это как Большой взрыв только потому, что заперты на поверхности листа. Мы не можем оторваться от браны и выплыть в балк, чтобы увидеть происходящее в реальности. С нашей плоской точки зрения, столкновение выглядит как огненное рождение абсолютно всего сущего.
Как это решает проблемы космологии?
Существует множество версий этой идеи, поэтому я выстрою некий разумный срединный путь, чтобы дать вам общее представление о сюжете.
Во-первых, самая радужная версия: экпиротическая теория устраняет сингулярность [3]. Нет никакой точки бесконечной плотности, из которой всё возникает. Есть только два листа, дрейфующих в высшем измерении. Они притягиваются, сталкиваются, выделяют энергию и расходятся. И если Вселенная «сыграет свои карты правильно», листы могут проделывать это снова, и снова, и снова.
Более того, теория утверждает, что они всегда так делали и всегда будут делать. Наша Вселенная вечна, повторяема и циклически отскакивает сама от себя, запуская всё новые раунды творения. Именно отсюда происходит название. Ekpyrotic заимствовано из древнегреческой стоической концепции, означающей «из огня». Стоики верили, что время от времени великий очищающий огонь будет пожирать весь мир, превращая его в пепел и давая творению еще один шанс начать заново [4]. И вот наша Вселенная делает именно это: колышется вокруг балка, сгорает, перезагружается и снова сгорает.
А как же инфляция? Она больше не нужна. Медленное сближение двух бран можно настроить так, чтобы оно порождало рябь в пространстве-времени, ведущую себя точно так же, как инфляционные колебания — те самые «семена» всей будущей структуры. Так что вы всё равно получаете свои атомы, галактики и космическую паутину.
Темная энергия как двигатель циклов
Проблема плоскостности? Решена. По мере сближения бран плотность энергии Вселенной стремительно растет, «затопляя» любую остаточную кривизну и разглаживая космос. Проблема горизонта с ее загадочно согласованными температурами? Тоже решена. Бранам требуется очень много времени, чтобы дрейфовать навстречу друг другу — более чем достаточно, чтобы всё успело прийти в спокойное равновесие.
А что с темной энергией? И вот здесь начинается самое интересное. Экпиротическая теория не столько объясняет темную энергию, сколько прямо требует ее наличия. Браны проводят огромные промежутки времени, занимаясь своими делами: дрейфуя и расширяясь. И это растянутое расширение — именно то, что мы сегодня измеряем как темную энергию.
Но в далеком будущем темная энергия отключается. Это отключение в конечном итоге позволяет двум бранам начать медленное падение навстречу друг другу. Так что для запуска нового цикла нужно просто подождать. Сто триллионов лет, плюс-минус. Давно после того, как погаснет последняя звезда, листы снова сойдутся и отскочат, зажигая совершенно новый Большой взрыв.
Главный трюк: обнуление энтропии
Проблема энтропии, которая убила циклическую мечту Толмена и все последующие модели, также получает ответ. И это самый хитрый ход из всех. Трудность Толмена заключалась в том, что энтропия оставалась запертой внутри Вселенной: вы накапливаете её, затем сжимаете всё — а деть её некуда.
Но в экпиротической картине Вселенная никогда не сжимается. Она продолжает расширяться всё время. Таким образом, вы разбавляете всю накопленную энтропию на чудовищно огромный объем прежде, чем запустить следующий отскок. По сути, это чит-код: вы сбрасываете энтропию почти до нуля с каждым циклом.
Красота, которая не работает
Итак, давайте сделаем шаг назад и посмотрим, что у нас получилось. Одна Вселенная. Существующая вечно. Отскакивающая сама от себя в пространстве высшей размерности. Питаемая темной энергией. Сбрасывающая собственную энтропию. Выращивающая структуры. Никакой инфляции. Никакой сингулярности. Как идея — это совсем неплохо. На самом деле, это хорошо. Это очень хорошо.
Осталось только небольшое «но». Всё это великолепие не работает. В четвертой части (ссылка будет активна после публикации) мы узнаем, где эта красивая идея с разбегу врезается в единственного судью, которому всё равно, насколько красива ваша математика — в природу.
По материалам www.universetoday.com (Автор Paul Sutter)
Другие источники
- String Theory: A Theoretical Framework — Encyclopedia Britannica
- Brane Cosmology on arXiv — Обзор браной космологии
- Ekpyrotic Universe on Wikipedia — Подробное описание теории
- Stoic Cosmology: The Conflagration — Stoic concept of ekpyrosis
