пятница, 26 апреля 2013 г.

Роджер Пенроуз - человек, взорвавший теорию Большого взрыва

Черная дыра с массой Вселенной. Часть 8
    
    Федор Дергачев

    [Ф.Д.: После публикации предыдущей части я ознакомился с интересными статьями и комментариями, подчеркивающими связь теории Роджера Пенроуза с парадоксами термодинамики и гравитации. Для себя я отметил также некоторые параллели приведенных рассуждений с моими догадками о новой сущности, хотя, безусловно, есть и значительные отличия.]

    «Рыцарь космологии». Визитная карточка
    «Роджер Пенроуз родился в Англии в 1931 году. Его бабушка - бывшая подданная Российской империи, уехавшая из России сразу после революции. Родители Пенроуза - ученые-генетики (отец Лайонел был членом Королевского научного общества), поэтому нет ничего удивительного, что Роджер и оба его брата посвятили себя науке (Джонатан стал психологом, а Оливер - математиком). В 1957 году Роджер окончил университет в Кембридже. Причем, еще будучи студентом, Пенроуз написал работу о двух классических невозможных фигурах - невозможном треугольнике и бесконечной лестнице, которые принесли ему мировую известность. Сегодня Роджер Пенроуз возглавляет кафедру математики Оксфордского университета, а также является почетным профессором многих зарубежных университетов, членом Лондонского королевского общества, а за выдающиеся заслуги в развитии науки ему был присвоен рыцарский титул. Также Пенроуз написал две книги: «Новый ум короля» (о процессах мышления) и «Путь к реальности» (комментарии к законам физики). 
    Открывая вселенную. Хронология

    Только за минувшие 100 лет люди узнали о строении мира больше, чем за все предыдущие тысячелетия.
    1914 - астроном Мелвин Слайфер при помощи спектрографа провел измерение движения всех окрестных галактик. И пришел к выводу, что из 25 соседних туманностей и галактик большая часть мчится от Земли. 
    1915 - Альберт Эйнштейн формулирует общую теорию относительности, где вводится «космологическая постоянная». 
    1917 - астроном Эдвин Хаббл создает модель расширения Вселенной: «Галактики можно уподобить конфетти, облепившим воздушный шар. Если тот начнет раздуваться, а затем лопнет, то бумажные кружочки не продолжат плавно раздвигаться, а разлетятся в разные стороны». 
    1927 - физик Жорж Леметр сформулировал теорию Большого взрыва, согласно которой Вселенная расширяется из единого центра.
    1937 - астроном Фриц Цвики, наблюдавший в телескоп за вращением галактик в скоплении Волосы Вероники, формулирует теорию о существовании антигравитационной «темной энергии», ответственной за растаскивание матери во Вселенной в разные стороны. 
    1948 - американский физик российского происхождения Георгий Гамов предсказал существование фонового микроволнового (реликтового) излучения — это "эхо" Большого взрыва. 
    1965 - экспериментальное подтверждение существования реликтового излучения. 
    2001 - космический радиотелескоп WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) впервые произвел подробный снимок реликтового излучения. 
    2010 - физик Ваге Гурзадян, работавший по программе эксперимента BOOMERanG, обнаружил кольцевые структуры на карте реликтового излучения. 
    2012 - физики Роджер Пенроуз и Ваге Гурзадян выдвинули теорию циклической Вселенной.


    «Нужны безумные идеи»

    «Елена Кудрявцева и Владимир Тихомиров беседуют с математиком Роджером Пенроузом.
    Знаменитый математик объяснил «Огоньку», почему мы живем в бесконечном мире, обреченном на циклическое повторение одних и тех же событий.
    Роджер Пенроуз в свое время был одним из самых молодых ведущих профессоров математики Оксфордского университета. Его научные книги стали бестселлерами, а перечень наград и званий займет не одну страницу - кажется, нет такой математической премии в мире, которую бы не получил Пенроуз. 20 лет назад плеча этого застенчивого человека коснулась шпагой сама королева Великобритании, она произвела его в рыцари - за многочисленные заслуги в науке. Другой бы на месте Пенроуза в свои почти 82 года давно почивал на лаврах, отдыхая от трудов. Но несколько лет назад сэр Пенроуз поставил на кон свою репутацию, бросив вызов всей мировой науке, физике и космологии и даже Стандартной модели мироздания. Теории Большого взрыва профессор Пенроуз противопоставил свою теорию циклической Вселенной, которую научный мир принял с насмешкой - настолько она невероятна и парадоксальна. Но сэр Пенроуз, как и положено настоящему рыцарю, не унывает, а продолжает путешествовать по миру, рассказывая скептически настроенным коллегам о своих наблюдениях. На днях профессор Пенроуз побывал и в Москве. 
    - Расскажите о вашей новой теории циклической Вселенной, согласно которой наш мир периодически то исчезает, то затем вновь возрождается... 
    - Этой гипотезе всего несколько лет, но она основана на идеях, которые я сформулировал довольно давно. Меня долгие годы занимал один парадокс, возникающий после соединения теории Большого взрыва с фундаментальным вторым законом термодинамики, согласно которому со временем в мире возрастает энтропия - мера беспорядка. То есть если вы станете смотреть в прошлое, во время зарождения Вселенной, то должны, по идее, увидеть все больше и больше упорядоченной материи. Но мы видим совершенно обратную картину, и об этом парадоксе почему-то не любят говорить физики и космологи. И тогда я понял, что для объяснения этого противоречия нужно выйти за рамки привычной теории возникновения и эволюции Вселенной.


    Не первая и не последняя

    - Простите, но, насколько известно из школьного курса физики, второй закон термодинамики актуален только для закрытых систем. То есть вы полагаете, что наша Вселенная является закрытой системой?
    - Это очень тонкий вопрос. Да, с одной стороны, наша Вселенная бесконечна, и этот факт является доводом против того, что наша Вселенная является закрытой системой. С другой же стороны, не существует и пространства вне границ Вселенной - и этот довод в пользу того, что наш мир может рассматриваться как закрытая система. Для себя это противоречие я решил следующим образом: во всех построениях я рассматриваю Вселенную как разомкнутую структуру, в которой тем не менее работает второй закон термодинамики.
    - Как именно проявляется в нашем мире увеличение хаоса?
    - Прежде всего я хочу, чтобы вы поняли концепцию Стандартной модели строения Вселенной. Итак, предполагается, что начальная точка мироздания - это Большой взрыв: более 13,7 млрд лет назад абсолютное ничто внезапно каким-то непонятным образом сгустилось до состояния сингулярности, то есть до точки, характеризующейся бесконечно большой плотностью и температурой. Этот шарик сингулярности начал расширяться с бешеной скоростью - отсюда и термин «инфляция Вселенной». И этот процесс, как мы знаем, сопровождается остыванием Вселенной и возрастанием упорядоченности.   Впрочем, у Эйнштейна не было уверенности, что Вселенная расширяется или суживается, но его теория самым непосредственным образом говорила о том, что Вселенная не может быть неподвижной. И тогда он ввел в систему уравнений некий антигравитационный коэффициент - космологическую константу, которую он обозначил греческой буквой лямбда. Именно благодаря этой константе космос представлялся полностью статичным, хотя позже Эйнштейн признался, что введение лямбды стало его самой большой научной ошибкой, иное дело, что даже ошибки Эйнштейна гениальны и позволяют развивать космологию в правильном направлении.
    Сегодня мы знаем, что Вселенная непрерывно расширяется. Более того, инфляционная теория говорит, что Вселенная не просто расширяется, но расширяется со все возрастающей скоростью, а это полностью опровергает всю теорию мироздания. Согласитесь, за 13 млрд лет инерция разлета звездных скоплений должна была неизбежно ослабнуть, а действие гравитационных сил привести к схлопыванию пространства. Но этого почему-то не происходит, и объяснения данному феномену не существует. И это происходит в нарушение фундаментального второго закона термодинамики, который говорит, что беспорядок в системе все время увеличивается, а мера этого беспорядка - энтропия - возрастает.
    - Каким образом мы можем увидеть рост этой вселенской энтропии?
    - Вот представьте стакан, который вы неосторожно поставили на край стола. Стакан балансировал-балансировал, потом упал на пол и разбился. Если бы в нашем мире действовали в полном объеме законы классической ньютоновской механики, то этот процесс можно было бы описать и в обратной последовательности - ведь законы ньютоновской механики симметричны и обратимы в отношении времени, и для законов механики нет никакой разницы, идут ли часы вперед или назад. То есть в идеальном мире ньютоновской механики мы могли бы стать свидетелями того, как стакан сам собой организуется из кусочков стекла в единое целое и взлетает на край стола. Но это описание невозможно, это чушь и ересь, потому что даже ребенок знает, что таких физических процессов в нашем мире не происходит. Это и есть проявление энтропии - увеличение беспорядка в системе согласно второму закону термодинамики. Другой вопрос, что мы видим явный парадокс: никто из физиков не описывает падение стакана в категориях ньютоновской механики, но при этом используют законы этой механики для описания расширения Вселенной.
    Далее, если же мы представим себе эволюцию разбившегося стакана в двухмерной системе координат, где на оси абсцисс будет отложено время существования Вселенной, а на оси ординат - энтропия, и попробуем двигаться против течения времени, то мы неизбежно обнаружим в самом начале нашего графика Большой взрыв. И тогда нам неизбежно придется признать, что Большой взрыв обладал практически нулевой энтропией. То есть Большой взрыв - это бесконечно сложная и упорядоченная форма материи.
    - Звучит как доказательство творения Вселенной...
    - Именно, иначе во Вселенной не работал бы второй закон термодинамики. Но с другой стороны, что мы знаем о моменте сингулярности? Это такой уникальный момент и такое уникальное место в истории Вселенной, где не работают никакие физические законы. Все становится бесконечным: и температура, и время, и плотность - все. Также этот момент характеризуется так называемым тепловым равновесием: при бесконечной температуре все объекты теряют свою массу. Это момент максимально возможной энтропии. И что же у нас получается? Одновременно Большой взрыв это и полное отсутствие энтропии, и ее максимальное проявление. Согласитесь, что-то в этих теориях нечисто. Наконец, есть так называемое реликтовое излучение - картина ранней Вселенной, которую мы можем наблюдать и даже фотографировать. Излучение беспорядочно, его энтропия очень велика.
    - Реликтовое излучение - это свет, оставшийся от Большого взрыва?
    - Да, это световые волны, только за прошедшие миллиарды лет фотоны света остыли и превратились в слабые радиоволны. Анализ этого излучения показывает облик Вселенной в тот момент, когда ее возраст насчитывал всего 100 тысяч лет. Конечно, ее устройство существенно отличалось от современного - не было еще ни звезд, ни галактик, а в облаках прото-материи мы обнаружили концентрические паттерны. Мой ученик, а теперь и коллега Пол Тодд предположил, что это следы, оставшиеся на поверхности так называемой темной материи от предыдущего расширения и сжатия Вселенной. Но для того, чтобы такая картина в юной Вселенной сложилась, нужно расширить ее историю за пределы Большого взрыва, предположить, что что-то было и раньше.
    А значит, мы живем в циклической Вселенной. Это становится очевидно, если посмотреть на пространство Вселенной с точки зрения конформной геометрии, математической теории, в которой имеют значение не расстояния, а углы, тогда вы убедитесь, что Вселенная вовсе не похожа на тот конус, как ее часто изображают в популярных научных журналах. Нет, бесконечно расширившаяся Вселенная похожа на ствол бамбука, состоящий из отрезков-эонов, и конец одной эпохи совпадает с началом другой. И если теперь вспомнить, что Вселенная постоянно расширяется, получится: то, что нам казалось историей нашего мира, которая начинается с Большого взрыва и дальше продолжается до бесконечности, это на самом деле только один эон из бесконечного циклического существования Вселенной. До нашего эона был другой эон, его бесконечность стала Большим взрывом нашего эона. А когда наш эон расширится до бесконечности, это станет Большим взрывом следующего эона. И так далее. В конечном счете Вселенная - в широком смысле - не меняется, она проходит через циклы: Большой взрыв — расширение - Большой взрыв и так далее. 

Мир развивается по спирали, и мы лишь находимся в одном из его эонов, уверен профессор Пенроуз
    Большой взрыв еще будет

    - Вы говорите, что Большой взрыв следует за расширением до бесконечности. То есть, по логике, наш эон просуществует бесконечно долго? 
    - Понимаете, тут есть один фокус, связанный с природой времени. Пока в нашем мире есть материя, обладающая массой, мы можем сделать часы и вести отсчет времени. Уравнение Эйнштейна и уравнение Планка связывают массу частицы с частотой ее колебания, а значит, каждая имеющая массу частица, например электрон, - это маленькие и очень точные часики. Но если во Вселенной не останется массы, если все превратится в фотоны, в свет, то никаких часов и времени просто уже не будет. Вероятно, с точки зрения человека, это будет очень унылая эпоха. Очень унылая, очень долгая и очень скучная, хотя я и не представляю, как фотоны могут скучать... 
    - Куда же пропадет все вещество нашей Вселенной? 
    - Мой друг Стивен Хокинг доказал, что через много-много-много лет (математики в этом случае используют такое понятие, как «гугл», это единица со 100 нулями) все вещество поглотят сверхмассивные черные дыры. Кстати, одна из таких черных дыр находится как раз в самом центре нашей Галактики — ее масса в четыре миллиона раз больше Солнца. И рано или поздно, но черная дыра съест нашу Солнечную систему - вернее, то, что от нее останется после того, как Солнце потухнет. Потом пройдет еще гугл лет, и во Вселенной останутся одни черные дыры, которые, как доказал Хокинг, тоже рано или поздно исчезнут - когда температура расширившейся Вселенной станет ниже температуры самих черных дыр. Как только наш эон остынет до такого состояния, в эволюции черных дыр случится радикальный разворот: вместо того, чтобы поглощать материю, они станут ее испускать - в виде электронов и фотонов. И вот когда последняя истощенная черная дыра схлопнется, во Вселенной не останется ни единой частицы материи. Тогда и наступит конец старого эона и начало нового. 
    - Как так? 
    - Когда-то в нашей Вселенной не станет массы, это будет похоже на момент Большого взрыва, когда во Вселенной еще никакой массы не было. Вот сейчас на Большом адронном коллайдере нашли бозон Хиггса, но для этого пришлось задействовать настолько большую энергию, что в камере БАК практически дошли до того уровня, где у элементарных частиц только возникает масса - при помощи так называемого поля Хиггса, которое и тормозит стремительное движение элементарных частиц, наделяя это чистое движение массой. Конечно, во время рождения Вселенной и состояния "теплового равновесия" температура была во много крат больше, чем в коллайдере. А вот то, что в будущем во Вселенной не останется массы, это уже моя гипотеза, призванная объяснить, как наш эон соединится со следующим. Хотя, конечно, далеко не все эту теорию разделяют.
    - Многие физики называют ваши идеи безумными... 
    - Ну что ж, посмотрите вокруг: разве то, что происходит в природе, это не безумие? Посмотрите на квантовую механику - это же полнейшее безумие, но квантовая механика работает, хотя нормальный человек не способен понять, как именно. Именно безумные идеи двигают вперед науку, потому что, для того чтобы объяснить этот безумный мир, нужны еще более безумные идеи. Так это работает. 
    - Но есть ли какие-либо доказательства у вашей теории? Ведь сегодня все космологические модели говорят о невозможности узнать, что было до Большого взрыва и было ли вообще...    - Уверен, что реликтовое излучение сохранило в себе свидетельства невероятно мощных катаклизмов прошлых эонов. Что это за катаклизмы? Например, столкновения сверхмассивных черных дыр. Вот ожидается, что через много-много миллиардов лет наша галактика, вернее, уже не сама галактика, а сверхмассивная черная дыра, поглотившая нашу с вами галактику, столкнется с другой черной дырой, образовавшейся из Туманности Андромеды. Это будет взрыв вселенских масштабов, который должен сопровождаться выделением невероятного количества энергии - в основном в виде возмущения гравитационного поля, потому что иного поля тогда уже и не останется. И вот следы этого события, которые уже в новом эоне перейдут в возмущения темной материи, вполне смогут преодолеть границу между Вселенными. И сегодня, изучая карту реликтового излучения, мы видим следы глобальных катастроф из прошлых эонов.


    Вопрос для Бога

    - Недавно вы заявили, что все эксперименты по созданию искусственного интеллекта не имеют никого смысла, потому что искусственный интеллект в принципе создать нельзя.    - Да, это так. Искусственный интеллект невозможен, потому что в мозге во время процесса мышления возникают квантовые эффекты, которые невозможно повторить на компьютере. И дело даже не в самих квантовых эффектах, а в том, что они нарушаются, и это оказывает какое-то влияние на наше сознание. Видите ли, когда я был студентом, то в мире была популярна идея, что люди - это такие сложные компьютеры. Но меня уже тогда смущала в этой концепции какая-то неправильность. Повзрослев, я понял, что алгоритмами можно объяснить в лучшем случае работу мозжечка, управляющего нашими мускулами при ходьбе, и не более. А вот наше сознание никакими алгоритмами объяснить невозможно. 
    - Вы очень разносторонний человек: занимаетесь и физиологией человека, и космологией, и физикой, и математикой. Откуда у вас это стремление - объединять темы самых разных наук?    - Думаю, что и космология, и теория сознания вышли из моих студенческих хобби. Когда я учился в Кембриджском колледже Святого Джона, я ходил на лекции по самым разным наукам - мне казалось, что математика сама по себе слишком скучна, чтобы посвящать ей всю жизнь. Потратил кучу времени. Мне даже довелось слушать лекции самого Дирака, одного из классиков квантовой механики, хотя у Дирака я тогда ничего не понял. 
    - Предположим, что вы сможете встретиться с Господом Богом лично. Что бы вы у него спросили?    - Я надеюсь, вы спрашиваете не потому, что мне уже перевалило за 80? Нет? А если серьезно, я бы задал Богу кучу вопросов. И главный вопрос о том, являются ли мировые константы и те численные значения, которые есть в нашем мире, случайно установленными или это результат какой-то встроенной в мир математики? И какой в этом мире смысл?»
 
(Беседовали Елена Кудрявцева, Владимир Тихомиров. Журнал "Огонёк", №14 (5274), 15.04.2013, стр 34-36). 

    Блог Riverton (Yuri Danoyan)

    1. Riverton:
    «Не так часто приводимое изречение А.Эйнштейна на английском:
    "What I am really interested in is knowing whether God could have created the world in a different way; in other words, whether the requirement of logical simplicity admits a margin of freedom."
    
Перевод:
    "Что мне действительно интересно знать это мог ли Творец создать этот мир иначе; другими словами накладывает ли требование логической простоты ограничение на свободу выбора."
    Интересно было бы прочитать иные варианты перевода».
 (30.07.2012, 21:13).

    Putnik:
    «Я так понимаю, Эйнштейн интересовался, нельзя ли создать Природу более логически сложную. Это как примерно вместо строения атома из атомного ядра и электронов оболочки "сделать" атом из (к примеру) миллиона разных атомокварков (с дробными зарядами, разными "цветами" и т.д.).
    Типа не просто, а сложно... :-)
    Чисто математически - конечно можно.
    Это сейчас и делают со строением элементарных частиц...
    При таком подходе принцип "Бритвы Оккамы" можно будет выбросить в мусорную корзину...
    Чисто здраво - стремиться нужно к простоте и гармонии.
    Природа – гармонична».
 (31.07.2012, 18:55). http://elementy.ru/blogs/users/riverton/61663/

  
  2. Riverton:
    «"Нужны безумные идеи". Елена Кудрявцева и Владимир Тихомиров беседуют с математиком Роджером Пенроузом». (15.04.2013, 02:50).

    Voix:
    «В словах Пенроуза присутствуют очевидные логические неувязки. С одной стороны, он утверждает, что в конце концов во Вселенной останутся только фотоны. С другой стороны, что черные дыры при испарении будут излучать также электроны, и что останутся какие-то следы в темной материи» 
    Черными дырами могут излучаться не только электроны, но и позитроны с аннигиляцией в гамма-кванты.
    Следы в темной материи согласно Пенроузу оставят гравитационные волны, которые будут образовываться при слиянии сверхмассивных черных дыр. Все достаточно логично.
    Лично мне не понятно, как производится сшивание остывшей вселенной с очередным Большим взрывом…
    Мне вот больше непонятно
 применение второго закона термодинамики в космологииЭтот закон справедлив для замкнутых систем. Но ведь он не выполняется для замкнутой вселенной, которая циклически взрывается, расширяется, затем сжимается под действием гравитации и снова взрывается. В такой системе энтропия не может постоянно возрастать :)».(15.04.2013 16:15). http://elementy.ru/blogs/users/riverton/67707/

    «Парадоксов друг»

    «…Более сорока лет ученый не посещал нашу страну, и то, что гендиректору НИИ гиперкомплексных систем в геометрии и физике Дмитрию Павлову совместно с коллегами из МГТУ им. Баумана удалось заманить 81-летнего Пенроуза в Россию, - настоящее чудо. Неудивительно, что на его лекциях и семинарах полный аншлаг.

После лекции Р. Пенроуза
    - Сэр Роджер, вы один из тех, кто ввел в научный оборот понятие «темная материя». Теоретически доказано, что она существует и занимает огромную часть сущего. Однако практического подтверждения - ни одного. Парадокс?
    - Я бы предпочел термин не «темная материя», а «невидимое вещество». Каково оно, мы не знаем, потому что не видим его, не наблюдаем, не ощущаем. Вот вам и ответ на вопрос, почему его так трудно обнаружить. Собственно, единственная пока возможность это сделать - изучение эффектов гравитации, на которую вещество должно влиять. Разумеется, существуют самые разные воззрения на сей счет. Я полагаю, что те уравнения, что описывают гравитацию, должны учитывать вещество, которое мы не можем наблюдать. Иначе получаются довольно заметные расхождения между теоретическими и реальными траекториями объектов. Есть два варианта: либо существует намного большее количество вещества, которого почему-то не видно, либо законы гравитации не такие, как мы думаем. Ну и, конечно, тут возникают самые разные гипотезы, пытающиеся пролить свет на темное вещество.
    - Ваш коллега российский профессор Сергей Сипаров считает, что темное вещество - это фикция, он создал теорию, где оно оказалось ненужным.
    - Мой визит в Москву связан в том числе с желанием ознакомиться с новыми воззрениями российских коллег на сей счет. Мнение профессора Сипарова мне весьма интересно. Однако я придерживаюсь мнения, что невидимое вещество все же существует, и вот почему. Есть целый ряд наблюдаемых явлений, например столкновение галактик, когда возникают эффекты, прекрасно описанные теориями Эйнштейна. Но на на более отдаленных друг от друга объектах возникают нарушения, которые в эти теории никак не вписываются. Очевидно, между объектами находится что-то, довольно сильно воздействующее на них. Поскольку силы воздействия нам известны, мы можем посчитать фактический объем, массу и плотность вещества, которое есть, но мы его не видим. И эти значения просто огромны! Именно эта невидимая материя является преобладающей во Вселенной.
    - У вас своя концепция на сей счет?
    - Да, я описываю ту эпоху, которая предшествовала нашей и, возможно, вновь наступит много миллионов лет спустя. Это экспериментальные данные, основанные на изучении реликтового излучения, которое, оказывается, содержит «фрагменты» предыдущих эпох. Я назвал их эонами. Понимание природы этих явлений связано с теорией Эйнштейна, которая зависит от конформных, равномерных преобразований, когда вещество можно растягивать, сжимать, менять его объем без искажения. Компоненты гравитационного поля, которые связаны с растягиванием, имеют некое скалярное поле, и оно, видимо, становится той самой ненаблюдаемой темной материей. Таким образом, сквозь Большой взрыв мы можем увидеть циклы Вселенной, когда она стремительно расширяется и количество темной материи в ней экспоненциально растет, пока в эту материю не обратится все сущее.
    - Это и будет концом света?
    - Это будет окончанием цикла Вселенной, после чего наступит момент, когда не будет ни масс, ни зарядов, останутся только фотоны, которые, как известно, являются квантами света. С этого момента начнется новая эпоха.
    - Да будет свет?
    - Именно так». (Журнал «Итоги» №15 / 879, 15.04.2013). 

    Невозможность взрыва как такового

    «…Местом проведения лекции был выбран Калифорнийский технический институт. Вынужденный всю жизнь пользоваться инвалидной коляской, семидесятилетний Стивен Хогинс до сих пор сохраняет свою научную активность, работает и читает лекции. Его очередное выступление было посвящено Большому взрыву и тем научным точкам зрения, которые на сегодняшний день существуют в научном мире по этому поводу. Тех, кто, возможно, не знает, Хогинс проинформировал о том, что его совместное с Роджером Пенроузом доказательство невозможности взрыва как такового, пока Вселенная находится в состоянии сжатия, датируется еще восьмидесятыми годами прошлого века». («Стивен Хогинс: Бог не мог создать Вселенную». 24.04.2013). 

http://novosti-ru.ru/wp-content/uploads/2013/04/Stiven-Hogins-Bog-ne-mog-sozdat-Vselennuyu.jpg
    «Черная дыра с массой Вселенной». Часть 9. «О концептуальном характере Вселенной. (Ли Смолин)». http://artefact-2007.blogspot.ru/2013/06/blog-post_18.html
  
    На эту тему:
    «Лекция Роджера Пенроуза»(16 апреля 2013 г.) http://artefact-2007.blogspot.ru/2013/04/7.html

7 комментариев:

  1. «С чем он спорит

    …Здесь надо сделать некоторое отступление. Инфляционная теория развития Вселенной, в которой так вежливо усомнился Пенроуз, много раз излагалась на страницах "РР". О ней рассказывают сейчас даже в продвинутых школах, не говоря уже об университетах. В общих чертах она говорит следующее. Вселенная началась с Большого взрыва, до которого ничего не было. Все началось с малюсенького шарика, в котором температура, плотность и энтропия (мера всеобщего хаоса) были максимальными. Дальше Вселенная начала расширяться (отсюда и слово "инфляция") с бешеной скоростью. Упорядоченность возрастала, а плотность и температура падали. Опуская подробности, скажем, что доводы сторонников инфляционной теории опираются на постулаты квантовой механики.
    Но есть еще и классическая физика, напоминает сэр Роджер. Согласно второму закону термодинамики - ее главному постулату, - энтропия в замкнутой системе неизбежно должна возрастать со временем. Это закон природы. Значит, мера хаоса во Вселенной сейчас неизмеримо больше, чем была в самом начале.
    Получается, что две главные современные физические теории описывают начальное состояние Вселенной двумя совершенно противоположными способами. Квантовая механика требует Большого взрыва и полного хаоса в начале, а классическая физика - первоначальной упорядоченности.
    - У нас получается чистый парадокс, - разводит руками Пенроуз, - как же нам это объяснить?
    Все это не что иное, как базовая физика. К тому же парадоксу может прийти любой внимательный студент курсе где-то на третьем. Может быть, он и приходит, но почему-то не придает этому значения. Пенроуз был первым, кто сформулировал это противоречие как важнейшую проблему истории Вселенной.
    - Любая теория Большого взрыва, чтобы быть состоятельной, должна объяснить этот парадокс, - говорит сэр Роджер. - Я утверждаю, что такой теорией должна быть квантовая гравитация. Именно она призвана свести воедино квантовую механику и общую теорию относительности.
    Пенроуз далеко не единственный человек, который ищет способ "поженить" Эйнштейна с Максом Планком и Нильсом Бором - основателями квантовой физики. Но только Пенроуз, в отличие от других, предлагает менять не только и не столько Эйнштейна, сколько Нильса Бора.
    Свои собственные "фантастические построения" Пенроуз в окончательном виде сформулировал всего несколько месяцев назад…
    - Позвольте мне напомнить о том, что мы говорим о квантовой механике, - с душераздирающей нежностью говорит он. - Я утверждаю, что квантовая механика нуждается в революции!» («Роджер Пенроуз: рыцарь физики»). http://www.modcos.com/articles.php?id=166

    ОтветитьУдалить
  2. «Что он ищет

    Но, как утверждает Пенроуз, все упирается в то, что реальность не соответствует никаким моделям вообще.
    - Что происходит при Большом взрыве? - негромко вопрошает он, помахивая в воздухе сухой ладошкой. - Модель показывает, что плотность при Большом взрыве должна стремиться к нулю. Но когда вы раскручиваете стрелу времени назад к Большому врыву, то и плотность, и температура растут. В любом случае мы имеем дело с бесконечностью. А с нею работать очень трудно. Вопрос сводится к тому, как представить это математически.
    Тут глаза сэра Роджера хитреют:
    - Сейчас я вам покажу один трюк, - заговорщицки сообщает он.
    О, эти его знаменитые трюки! Один из них уже давно вошел в учебники физики под названием "теорема Пенроуза". В некоторых ситуациях многие математические модели обнаруживают принципиальную неопределенность: формулы отказываются работать. Такие состояния ученые договорились называть сингулярностями. Считалось, что эта самая сингулярность не что иное, как недостаток модели, чистая абстракция. Так вот, Пенроуз доказал, что никакой абстракции нет и в помине: под математической сингулярностью неизбежно скрывается та или иная физическая реальность. Собственно говоря, в известной нам Вселенной сингулярностей только две - черные дыры и Большой взрыв. И то и другое есть вполне конкретная физическая реальность, но только принципиально не описываемая.
    - Трюк, который я предлагаю, состоит в том, чтобы искусственно устранить, сгладить (squash) бесконечность, как бы доопределить ее до конечности, - говорит сэр Роджер, листая собственную книжку "Новый ум короля". - Подождите, я вам покажу одну картинку.
    Почти все его логические построения отлично иллюстрируются картинами голландца Эшера, теми самыми, которыми еще в советские времена любила украшать себя наша научно-популярная печать. Пенроуз еще в детстве буквально влюбился в магическую геометрию Эшера. Вместе с отцом они развлекались тем, что придумывали собственные "несуществующие" фигуры. Две из них великий голландец даже воплотил в картины "Водопад" и "Восхождение и спуск". Сейчас сэр Роджер показывает нам рыб, нарисованных на сфере.
    - Эта картинка иллюстрирует новый тип геометрии, - говорит он. - Все черные рыбки одинаковые, хотя кажется, что они уменьшаются. Граница этой сферы бесконечна, поэтому вы имеете абсолютно бесконечную рыбную вселенную. Но на картинке видно, как бесконечность постепенно становится линейной границей, - мы ее сквошнули. Вообще-то это старый трюк. Оказалось полезным применить его ко Вселенной.
    - Этот трюк действительно отображает реальность?
    - Хороший вопрос, - хитро улыбается сэр Роджер. - Иногда такие штуки говорят о реальности куда больше, чем мы могли ожидать. Начинается как трюк, а потом вы понимаете, что, может быть, нечто большее. Знаете, это как выплыть за пределы чего-нибудь: вроде как вы ищете выход, а на самом деле обнаруживаете вход». («Роджер Пенроуз: рыцарь физики»). http://www.modcos.com/articles.php?id=166

    ОтветитьУдалить
  3. «Что он знает.

    - Меня чрезвычайно удивляет, что люди не очень озабочены проблемой обратной сингулярности Большого взрыва, - говорит Пенроуз.
    Насколько он не доверяет квантовой механике, настолько же он полагается на гравитацию. Это тот самый феномен, с которым работает теория относительности, а квантовая механика учитывать не хочет. В момент Большого взрыва, утверждает Пенроуз, все фундаментальные взаимодействия находились в максимально хаотичном состоянии. И только гравитация была максимально упорядочена.
    Вроде бы что-то начинает проясняться, но профессору этого недостаточно.
    - Здесь нам нужно понять, что такое часы! - неожиданно сообщает он. - Понимаете, есть две знаменитые формулы: эйнштейновская Е = мс2 и планковская Е = hn, означающая, что энергия выделяется порциями кратными этой n. Эйнштейн говорит, что масса - это энергия. Планк, что энергия - это частота. Получается, что масса дает вам частоту. То есть масса - это часы! Все, что имеет массу, это часы! Но масса - это источник гравитации. Получается, что гравитация задает вам универсальную шкалу и пространства, и времени. Если бы ее не существовало, было бы совершенно все равно - вчера, завтра, большое, маленькое. Только гравитация дает нам точку отсчета и возможность что-то измерить.
    Сэр Роджер подходит к самому главному и, кажется, сейчас захлопает в ладоши, настолько ему нравится эта божественная физическая безупречность. Ведь если энтропия гравитации, самой упорядоченной силы Вселенной, равна нулю, то тогда...
    - Тогда у нас математически все сойдется! - восклицает Пенроуз. - У нас получится очень специфический Большой взрыв с очень незначительной энтропией. Настолько незначительной, что этот взрыв можно просто устранить, зачеркнуть (scratch).
    Тут он разводит руками и формулирует ключевой тезис:
    - Но тогда, может быть, Большого взрыва и не было?
    Мы сидим открыв рты, перед нами куча бумажек, изрисованных Пенроузом, а за окнами Вселенная, то ли конечная, то ли бесконечная.
    - За пределами области, расширяющейся с момента Большого взрыва, наша Вселенная продолжается, - говорит профессор. - Там тоже есть мир.
    И тут наконец на нас снизошло озарение. Пенроуз предлагает просто поменять точку отсчета. Обычно ученые останавливаются перед границей Вселенной и говорят: стоп, дальше идти нельзя, там нечего наблюдать. Большой взрыв, конечно, был, полагает Пенроуз, но только с него ничего во Вселенной не начиналось. Если взглянуть на ситуацию не изнутри, а снаружи, то система оказывается незамкнутой. Снаружи тоже что-то есть, и это что-то - не другие Вселенные, а все та же наша». («Роджер Пенроуз: рыцарь физики»). http://www.modcos.com/articles.php?id=166

    ОтветитьУдалить
  4. У теории Большого взрыва в нынешнем десятилетии появился сильный конкурент – циклическая теория

    "Физики-теоретики любят придумывать альтернативы даже самым общепринятым теориям. Появились конкуренты и у инфляционной модели Большого взрыва. Они не получили широкой поддержки, но имели и имеют своих последователей. Теория Стейнхардта и Тьюрока среди них не первая и наверняка не последняя. Однако на сегодняшний день она разработана детальней остальных и лучше объясняет наблюдаемые свойства нашего мира. Она имеет несколько версий, из которых одни базируются на теории квантовых струн и многомерных пространств, а другие полагаются на традиционную квантовую теорию поля. Первый подход дает более наглядные картинки космологических процессов, так что на нем и остановимся...

    Циклическая теория существует в нескольких версиях, как и теория инфляции. Однако, по словам Пола Стейнхардта, различия между ними чисто технические и интересны лишь специалистам, общая концепция же остается неизменной: «Во-первых, в нашей теории нет никакого момента начала мира, никакой сингулярности. Есть периодические фазы интенсивного рождения вещества и излучения, каждую из которых при желании можно называть Большим взрывом. Но любая из этих фаз знаменует не возникновение новой вселенной, а лишь переход от одного цикла к другому. И пространство, и время существуют и до, и после любого из этих катаклизмов. Поэтому вполне закономерно спросить, каким было положение дел за 10 млрд лет до последнего Большого взрыва, от которого отсчитывают историю мироздания.

    Второе ключевое отличие – природа и роль темной энергии. Инфляционная космология не предсказывала перехода замедляющегося расширения Вселенной в ускоренное. А когда астрофизики открыли это явление, наблюдая за вспышками далеких сверхновых звезд, стандартная космология даже не знала, что с этим делать. Гипотезу темной энергии выдвинули просто для того, чтобы как-то привязать к теории парадоксальные результаты этих наблюдений. А наш подход гораздо лучше скреплен внутренней логикой, поскольку темная энергия у нас присутствует изначально и именно она обеспечивает чередование космологических циклов». Впрочем, как отмечает Пол Стейнхардт, есть у циклической теории и слабые места: «Нам пока не удалось убедительно описать процесс столкновения и отскока параллельных бран, имеющий место в начале каждого цикла. Прочие аспекты циклической теории разработаны куда лучше, а здесь предстоит устранить еще немало неясностей».

    Но даже самые красивые теоретические модели нуждаются в опытной проверке. Можно ли подтвердить или опровергнуть циклическую космологию с помощью наблюдений? «Обе теории, и инфляционная, и циклическая, предсказывают существование реликтовых гравитационных волн, – объясняет Пол Стейнхардт. – В первом случае они возникают из первичных квантовых флуктуаций, которые в ходе инфляции размазываются по пространству и порождают периодические колебания его геометрии, – а это, согласно общей теории относительности, и есть волны тяготения. В нашем сценарии первопричиной таких волн также служат квантовые флуктуации – те самые, что усиливаются при столкновении бран. Вычисления показали, что каждый механизм порождает волны, обладающие специфическим спектром и специфической поляризацией. Эти волны обязаны были оставить отпечатки на космическом микроволновом излучении, которое служит бесценным источником сведений о раннем космосе. Пока такие следы обнаружить не удалось, но, скорее всего, это будет сделано в течение ближайшего десятилетия. Кроме того, физики уже думают о прямой регистрации реликтовых гравитационных волн с помощью космических аппаратов, которые появятся через два-три десятка лет»". ("За триллион лет до Большого взрыва: что было триллион лет назад". Июнь 2010). http://www.popmech.ru/article/7106-za-trillion-let-do-bolshogo-vzryiva/

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. "Современные представления происхождения Вселенной (теория Большого взрыва)"

      "...Пытаясь уйти от ответа на вопросы, касающиеся сингулярности, ученые предложили теорию так
      называемой «Бесконечно пульсирующей Вселенной». В соответствии с этой теорией, Вселенная расширяется, а затем сжимается до сингулярности, затем вновь расширяется и снова сжимается. Эта теория, на первый взгляд, снимает вопрос о происхождении Вселенной – у нее нет начала и конца, она существует
      вечно. Но до сих пор никто не смог удовлетворительно объяснить механизм пульсирования. Кроме этого С. Вайнберг в своей работе «Первые 3 минуты» утверждает, что каждый цикл расширения и сжатия должен приводить к определенным прогрессирующим изменениям, а это значит, что у Вселенной
      должно быть начало, иначе вся история Вселенной будет регрессом, растянувшимся на вечность..." (Реферат Андрея Дорошина). http://www.ref.by/refs/25/4521/1.html

      Удалить
    2. Критика чистой инфляции: астрономы ломают копья о физике ранней Вселенной

      "...У инфляционной модели Вселенной есть противники, которые считают, что она сформулирована слишком общо, вплоть до того, что с ее помощью можно получить любой результат. Некоторое время эта полемика шла в научной литературе https://arxiv.org/abs/1402.6980 , но недавно группа из трех астрофизиков IS&L (сокращение образовано по первым буквам фамилий ученых — Ijjas, Steinhardt и Loeb — Анны Ийас, Пола Стейнхардта и Абрахама Леба) опубликовала научно-популярное изложение своих претензий к инфляционной космологии в издании "Scientific American" https://www.scientificamerican.com/article/cosmic-inflation-theory-faces-challenges/

      В частности, IS&L, ссылаясь на карту температур реликтового излучения, полученную при помощи спутника Planck, считают, что теория инфляции не может быть оценена научными методами. Вместо теории инфляции астрофизики предлагают свой вариант развития событий: якобы Вселенная началась не с Большого взрыва, а с Большого отскока — стремительного сжатия некоей «предыдущей» Вселенной.

      В ответ на эту статью 33 ученых, среди которых и основоположники теории инфляции (Алан Гут, Алексей Старобинский, Андрей Линде) и другие известные ученые, например Стивен Хокинг, опубликовали в том же журнале ответное письмо, в котором они категорически не соглашаются с претензиями IS&L https://www.scientificamerican.com/article/cosmic-inflation-theory-faces-challenges/

      Indicator.Ru попросил космологов и астрофизиков высказаться по поводу обоснованности этих претензий, сложностей с интерпретацией предсказаний инфляционных теорий и необходимости пересмотра подхода к теории ранней Вселенной...

      «Доля истины»

      Тем не менее ученые, в том числе сторонники инфляционной модели, признают ее недостатки. Физик Александр Виленкин, профессор и директор института космологии в Университете Тафтса в Медфорде (США), который внес важный вклад в становление современной теории инфляции, замечает: «В заявлениях Стейнхардта и коллег есть доля истины, но я думаю, что их претензии чрезвычайно преувеличены. Инфляция предсказывает существование множества областей, подобных нашей, с начальными условиями, которые определяются квантовыми флуктуациями. Теоретически, любые начальные условия возможны с некоторой вероятностью. Проблема заключается в том, что мы не знаем, как посчитать эти вероятности. Количество областей каждого типа бесконечно, поэтому приходится сравнивать бесконечные числа — эта ситуация называется проблемой меры. Конечно, отсутствие единой меры, выводимой из фундаментальной теории, является тревожным знаком».

      Упомянутое множество моделей Сергей Миронов относит к недостаткам теории, так как это позволяет подогнать ее под любые экспериментальные наблюдения. А это означает, что теория не удовлетворяет критерию Поппера (согласно этому критерию теория считается научной, если ее можно опровергнуть при помощи эксперимента, — прим. Indicator.Ru), по крайней мере в обозримом будущем. Также к проблемам теории Миронов относит тот факт, что в рамках инфляции начальные условия требуют тонкой подстройки параметров, что делает ее в некотором смысле не натуральной. Специалист по ранней Вселенной, кандидат физико-математических наук, сотрудник Научного института Гран-Сассо Национального института ядерной физики (Италия) Сабир Рамазанов также признает реальность этих проблем, но отмечает, что их существование не обязательно означает, что инфляционная теория неверна, но ряд ее аспектов действительно заслуживает более глубокого осмысления.

      Создатель одной из первых инфляционных моделей, академик РАН, главный научный сотрудник Института теоретической физики РАН Алексей Старобинский поясняет, что одна из простейших моделей, которую Андрей Линде предложил в 1983 году, действительно была опровергнута. Она предсказывала слишком много гравитационных волн, поэтому недавно Линде указал, что необходимо пересмотреть инфляционные модели..." (3 июля 2017). https://indicator.ru/article/2017/07/03/kritika-chistoj-inflyacii/

      Удалить
  5. Физик из США опроверг гипотезы о вечной Вселенной

    "Согласно самой распространенной модели происхождения Вселенной, она "родилась" около 14 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва. С помощью космического зонда WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), изучавшего реликтовое излучение, "эхо" Большого взрыва, ученым удалось с точностью до 1%, или примерно 120 миллионов лет, установить, что Вселенная возникла 13,75 миллиарда лет назад.

    Однако по некоторым другим гипотезам, никакого момента возникновения Вселенной не может быть, поскольку она вечна и существовала всегда. Профессор Виленкин, выступая на Гинзбурговской конференции по физике, которая прошла в ФИАНе с 28 мая по 2 июня 2012 года, показал, что все возможные сценарии существования такой "вечной" Вселенной рано или поздно приводят к противоречию.

    Согласно одному из таких сценариев, Вселенная представляется вечной и в среднем постоянно расширяющейся - скорость расширения может меняться от одной области к другой, при этом могут наблюдаться даже периоды сжатия, но впоследствии это сжатие все же компенсируется расширением. В этом случае, если попытаться построить так называемые геодезические линии, восстановив "путь" каждой точки пространства по времени назад, выяснится, что как минимум одну такую линию нельзя продолжить бесконечно далеко назад в прошлое - а этого, отмечает ученый, уже достаточно для утверждения того факта, что Вселенная существовала не всегда.
    Сценарий осциллирующей Вселенной, которая то расширяется, то сжимается, по словам Виленкина, упирается либо в слишком большую энтропию, меру беспорядка системы, либо в вывод о том, что в среднем такая "дышащая" Вселенная все-таки расширяется - а невозможность этого варианта показал анализ первого сценария". (28.06.2012, 15:01). http://ria.ru/science/20120628/687041792.html

    ОтветитьУдалить