Циклічний Всесвіт

Дуже багато спроб чимось замінити Великий Вибух закінчувалося циклічним Всесвітом. Де Великий Вибух - є ланкою нескінченного ланцюга Великих Вибухів. По суті циклічні моделі представляють собою вічний Всесвіт, але з більшою кілікістю кроків. Можливо одну із найцікавічних циклічних моделей запропонував Роджер Пенроуз, який у 2020 році отримав Нобелівську премію за математичне обгрунтування існування чорних дір.

Його модель під назвою комфорна циклічна космологія була запропонована ним та його колегами у науковій статті від 2010 року, а також стала основою для його книги "Цикли часу".

Огляд комформної моделі Всесвіту

Згідно з моделю Пенроуза ми живемо у Всесвіті, який є лише одним із етапів потенційно нескінченному циклі помирання та народження нового Всесвіту. Та перш ніж перейти до огляду самої моделі потрібно зазначити, що комформна космологія це дуже суперечлива тема і часто сприймається як маргінальна концепція. Вона суттєво розходиться із загально прийнятими науковими уявленнями.

Частково це пояснюється тим, що теорія Пенроуза грунтується на деяких слабких місцях теорії Великого Вибуху. Зокрема вона взагалі не узгоджується із моделлю космічної інфляції. Відповідно до стандартної космології Всесвіт зазнав дуже короткочасного але надзвичайного розширення одразу після Великого Вибуху.

Проте не всім подобається теорія інфляції і зокрема Пенроуз хоч і вважає її елегантною, але водночас називає вкрай штучною та малоймовірною, тому він та його однодумці пропонують нам модель без інфляції, а також без початкової сингулярності. Їхній Всесвіт це безкінечні цикли з утворення та руйнування, але при цьому навіть без етапу стискання, як зазвичай уявляють циклічний Всесвіт.

Тобто ця теорія непередбачає зупинення Всесвіту із подальшим його стисканням і так званим "відскоком". Натомість циклічна модель це скоріше коливальна трансформація Всесвіту з одного стану в інший. Звісно це виглядає досить фантастично, адже з якого дива масштаби космосу повинні радикально змінюватися у певні моменти часу.

Щоб збагнути як це виглядає автори циклічного Всесвіту пропонують нам уявити перебіг подій через гугол років. В цей період Всесвіт ймовірно буде населений лише чорними дірами, які поступово зливатимуться між собою і які уже поглинули цілі скупчення галактик та зібрали всю матерію космосу у своїх темних надрах.

Важливо що Пенроуз є прихильником Стівена Хокінга про випромінювання чорних дір, згідно з якою ці масивні об'єкти дуже повільно втрачають свою масу через квантові ефекти на межі горизонту подій. Тому вважається, що чорні діри можуть випромінювати енергію у вигляді фотонів.

Тому, згідно гіпотези Хокінга навіть чорні діри не можна назвати вічними, адже випромінюючи енергію вони втрачають масу. Адже у Всесвіті настане момент коли останні будуть "випаровуватися" поки не залишиться жодної.
Те що зараз називають випромінювання Хокінга повинно складатися із частинок, які не мають маси таких як фотони.

Як циклічна модель Пенроуза узгоджується із спеціальною теорією відносності?

Пенроуз вважає що всі об'єкти, які мали масу такі як зорі врешті-решт почне покидати межі чорної діри але уже у вигляді електромагнітного випромінювання. Відповідно, що вся маса, яка заповнювала космос буде перетворена у безмасові частинки. У Всесвіті, в якому випарується остання чорна діра буде заповнене випромінювання, а отже поняття маси більше не існуватиме і не матиме сенсу.

Також згідно циклічного Всесвіту у космосі в якому не має маси також не може бути таких понять як відстань і час. Ця на перший погляд дуже гучна та радикальна думка насправді узгоджується із спеціальною теорією відносності Ейнштейна.

Річ у тім, що всі частинки, які не мають маси рухаються із швидкістю світла, але згідно теорії відносності будь які об'єкти , що рухаються близькою до швидкості світла відчувають сповільнення часу.

Іншими словами чим більше ви наближаєтеся до швидкості світла тим повільніше для вас буде текти час. Наприклад, одна секунда для вас може бути одним роком на Землі. Але об'єкти із масою ніколи не зможуть досягти швидкості світла так як для цього їх потрібно надати нескінченну кількість енергії - що також випливає із спеціальної теорії відносності.

Проте фотони це зовсім інша річ так як вони маси не мають та рухаються саме зі швидкістю світла, отже для них час не просто сповільнюється а взагалі зупиняється, його не існує. Тепер якщо всі об'єкти, які не рухаються зі швидкістю світла розпалися або випарувалися у фотони виходить, що не має іншої системи відліку крім них. Тоді з цієї точки зору відстань також не має ніякого значення.

Одже згідно з гіпотезою Пенроуза Всесвіт з безмасових частинок можна трактувати, як Всесвіт де не існує простору, відстані та часу. Такий Всесвіт ніби знаходиться в режимі "паузи", або до моменту Великого Вибуху ніби в очікуванні еволюції наступного Всесвіту. І саме цей момент в моделі Пенроуза є межею між кінцем одного Всесвіту та початком нового Всесвіту.

Коли єдиною системою відліку - є фотон то простір, час, відстань не мають значення адже по суті фотони знаходяться всюди та одночасно. Таким чином цей Всесвіт не можна було б відрізнити від самого раннього моменту Великого Вибуху в якому фотони також були всюди та одночасно. І це розглядають, як чудова альтернатива, що називають космологічною сингулярністю. А далі згідно з гіпотезую відбувається новий Великий Вибух - і все починається знову.

Звісно як насправді це може виглядати навіть сам науковець не може уявити, та як взагалі між собою можна "склеїти" один з яких нескінченно великий а інший нескінченно малий? Та чому повинен відбуватися новий Великий Вибух? Всі ці питання є досі актуальними для комформної моделі Всесвіту. Навіть сам науковець називає все це лише як математичним трюком, але він серйозно ставиться, що його концепція може відображати реальний Всесвіт, а отже на межі Всесвітів відстані не мають значення. Доречі періоди коли "його" Всесвіти еволюцінують між народженням та смертю Пенроуз називає еонами.

Дослідження та спостереження, які були зроблені для підтвердження моделі Пенроуза

Пенроуз не виключає того, що випромінювання з одного еону може потрапляти через комформний кордон в інший еон. Тобто будь який фотон з попереднього Всесвіту може потрапити в наступний. І таким чином сліди минулого Всесвіту, якщо концепція вірна можна виявити прямо зараз.

Якщо шукати фотони з попереднього Всесвіту спершу потрібно дослідити те, що ми вважаємо першим світлом нашого Всесвіту - реліктове випромінювання.

У 2010 році Роджер Пенроуз разом із своїм колегою Ваге Гурзадяном заявили, що знайшли докази на підтримку своєї моделі у вигляді кілець однорідної температури на зображенні реліктового випромінювання. Згідно їхньою моделею ці кільця є результатом зіткнення чорним дір у минулому еоні.

Гравітаційні хвилі це брижі у просторі-часі, які виникають у наслідок зіткнення масивних об'єктів такі як чорні діри чи нейтронні зорі. Пенроуз вважає, що результат таких зіткнень у минулому еоні можна знайти у теперішньому у вигляді кілець однорідної температури. Інші групи вчених, що вивчають реліктове випромінювання підтвердили, що симуляції дійсно містять кільця, але їх цілком можна пояснити інфляційною моделлю.

Незважаючи на це Пенроуз опублікував нові докази на користь своєї моделі. Він та його однодумці виявили плями на реліктовому випромінюванні, які набагато гарячіші за навколишні регіони.

Ідея полягає в тому, що ці гарячі плями можуть виникати через електромагнітне випромінювання під час випаровування чорних дір у минулому еоні. Тобто ці плями, які прихильники комформної моделі називають крапками Хокінга - є слідами чорних дір минулого еону, які колись випромінювали свою енергію в космос.

Проте і цього разу дослідження Пенроуза не знайшли підтримки серед більшості науковців, а дані на які він грунтується мають великі шанси бути статистичною помилкою. До того ж науковці десятки років досліджують реліктове випромінювання і не знаходили особливого гарячих плям на ньому. Також модель Пенроуза залежить від справедливості гіпотези Хокінга, але ми поки що не можемо її перевірити. Адже найближча чорна діра знаходиться від нас на відстані 1000 світлових років.

Також ця модель залежить від конкретної інтерпретації теорії відносності. Тому навіть сам Пенроуз не виключає, що його теорія неправильна, але вона варта того, щоб її розглядати.