Найти в Дзене
Занимательная физика

Вселенная на повторе: как Пенроуз превратил космологию в бесконечный сериал без финала

Вот она — истина, которую никто не хотел слышать: Вселенная не умрёт. Точнее, умрёт, но тут же восстанет из пепла, как феникс на стероидах, и начнёт всё сначала. Забудьте о драматичной тепловой смерти, когда последняя звезда погаснет, а последний протон распадётся в пустоту абсолютного нуля. Сэр Роджер Пенроуз, математический гений с нобелевкой в кармане, предложил космологическую революцию, от которой у традиционных физиков волосы встают дыбом. Его конформная циклическая космология — это не просто теория, это философский манифест против конца света, обёрнутый в математику такой красоты, что хочется плакать. Представление о том, что космос проживает не одну жизнь, а бесконечную череду перерождений, звучит как буддистская мантра, случайно затесавшаяся в кабинет Оксфордского университета. Каждый эон — гигантский космический цикл от Большого взрыва до полного выгорания — якобы не заканчивается трагедией забвения, а плавно перетекает в новый Большой взрыв. Вселенная играет сама с собой в б
Оглавление

Вот она — истина, которую никто не хотел слышать: Вселенная не умрёт. Точнее, умрёт, но тут же восстанет из пепла, как феникс на стероидах, и начнёт всё сначала. Забудьте о драматичной тепловой смерти, когда последняя звезда погаснет, а последний протон распадётся в пустоту абсолютного нуля. Сэр Роджер Пенроуз, математический гений с нобелевкой в кармане, предложил космологическую революцию, от которой у традиционных физиков волосы встают дыбом. Его конформная циклическая космология — это не просто теория, это философский манифест против конца света, обёрнутый в математику такой красоты, что хочется плакать.

Представление о том, что космос проживает не одну жизнь, а бесконечную череду перерождений, звучит как буддистская мантра, случайно затесавшаяся в кабинет Оксфордского университета. Каждый эон — гигантский космический цикл от Большого взрыва до полного выгорания — якобы не заканчивается трагедией забвения, а плавно перетекает в новый Большой взрыв. Вселенная играет сама с собой в бесконечные шахматы, где каждая партия — это новая вселенная с новыми правилами, но старыми костями.

Вечный день сурка Вселенной

-2

Итак, что же такое эти загадочные эоны? В космологии Пенроуза это не просто миллиарды лет существования одной Вселенной, это целые космические эпохи, каждая из которых начинается с колоссального взрыва и заканчивается... ну, тут-то и начинается магия. Традиционная космология обещала нам унылый финал: энтропия достигнет максимума, вся энергия рассеется, наступит так называемое тепловое равновесие — состояние абсолютной смерти, где ничего не происходит, не может произойти и никогда не произойдёт.

Пенроуз смотрит на эту картину и говорит: "А вот хрен вам, уважаемые". Он утверждает, что в самом конце эона, когда вся материя распадётся, когда останутся лишь фотоны, блуждающие в пустоте, происходит нечто невероятное. Вселенная теряет всякое понятие о масштабе. Без массивных частиц, без атомов и молекул, некому отмерять метры и секунды. И вот тут Пенроуз выдёргивает из рукава свой козырь: конформные преобразования.

Грубо говоря, пустая, выгоревшая вселенная в конце одного эона математически неотличима от сверхплотной точки в начале следующего. Время теряет смысл, пространство сжимается и растягивается как резиновая игрушка, и — бац! — новый Большой взрыв. Новый эон. Новые галактики, новые звёзды, возможно, новые формы жизни, которые тоже когда-нибудь будут сидеть и гадать, откуда всё взялось.

Энтропия съедает будущее

-3

Давайте поговорим о слоне в комнате — втором законе термодинамики. Этот безжалостный тиран диктует, что энтропия в замкнутой системе может только расти. Переводя с научного на человеческий: беспорядок побеждает, хаос торжествует, а ваша комната никогда сама не уберётся. В масштабах космоса это означает, что вся полезная энергия постепенно рассеивается, превращаясь в тепло, которое затем равномерно размазывается по всему пространству.

Звучит как приговор, не правда ли? Классическая космология именно так его и трактует. Через невообразимые триллионы лет все звёзды погаснут, все чёрные дыры испарятся благодаря излучению Хокинга, и останется лишь разреженный суп из фотонов, дрейфующих в бесконечном пространстве при температуре, на волосок отличающейся от абсолютного нуля. Занавес. Конец истории. Спасибо за внимание, не забудьте выключить свет на выходе.

Пенроуз посмотрел на этот сценарий и подумал: "А что, если это не конец, а пауза между актами?" Ключевая идея здесь в том, что энтропия имеет значение только когда есть структура, которую можно разрушить. Когда вся материя распалась, когда осталось только излучение, понятие энтропии становится... туманным. Фотоны не знают, что такое порядок или беспорядок. Они просто есть.

И тут Пенроуз делает головокружительный кульбит. Он говорит, что эта бесструктурная, безмассовая вселенная в конце эона может быть математически "склеена" с начальным состоянием следующего эона. Проблема энтропии решается радикально: каждый новый эон начинается с низкой энтропии, потому что он просто начинается заново. Как в компьютерной игре, когда вы перезапускаете уровень — счётчик сбрасывается.

Конформная магия

-4

Теперь к сути — конформной геометрии, математическому трюку, на котором держится вся теория. Конформные преобразования — это особый вид изменений пространства, при которых углы сохраняются, но масштабы меняются. Представьте, что вы смотрите на карту и начинаете её растягивать или сжимать. Форма континентов меняется, но углы между берегами остаются прежними. Примерно так.

Пенроуз использует это свойство для создания математического моста между концом одного эона и началом следующего. В конце эона вселенная становится бесконечно большой, пустой и холодной. Но если в ней не осталось ничего массивного, нет эталона массы, то понятие "бесконечно большой" теряет смысл. Вы можете взять эту бесконечно растянутую вселенную и конформно преобразовать её в компактную, плотную точку — начало нового Большого взрыва.

Это не просто математические фокусы. Пенроуз утверждает, что такое преобразование физически реализуемо. Гравитация, пространство-время, все эти фундаментальные вещи должны вести себя определённым образом, чтобы склейка работала. И здесь начинается самое интересное: Пенроуз предсказывает специфические следы этих циклов в реликтовом излучении — том самом эхе Большого взрыва, которое мы можем наблюдать.

Он называет их кольцами Хокинга (в честь своего коллеги и друга Стивена Хокинга, который, кстати, эту теорию особо не разделял). Идея в том, что массивные столкновения чёрных дыр в предыдущем эоне должны оставить концентрические круговые паттерны в реликтовом излучении нашего эона. Представьте: вы смотрите на небо и видите не просто древний свет, а шрамы от катастроф, случившихся во вселенной, которая существовала до Большого взрыва. Это как найти окаменелости динозавров, только динозавры здесь — целые галактики.

Математика Пенроуза элегантна до неприличия. Он берёт общую теорию относительности, добавляет щепотку квантовой механики и конформной геометрии, и получается модель, где время не имеет ни начала, ни конца. Только бесконечная цепь эонов, каждый из которых длится триллионы лет, но с точки зрения математики они все связаны в единую, непрерывную структуру.

Конец — это начало

-5

А теперь самое провокационное: что если наш Большой взрыв не был началом всего, а всего лишь очередным эпизодом в бесконечном сериале? Пенроуз утверждает именно это. То сингулярное состояние 13.8 миллиардов лет назад, из которого родилась наша вселенная, на самом деле было конформно эквивалентно бесконечному будущему предыдущего эона.

Звучит безумно? Добро пожаловать в современную космологию, где безумие — это entry-level квалификация. Пенроуз разработал детальную математическую модель того, как это может работать. В конце эона, когда вся материя превратилась в излучение, а пространство растянулось до немыслимых размеров, плотность энергии стремится к нулю, но не достигает его полностью. И вот тут происходит квантовый финт ушами.

Из-за особенностей квантовых флуктуаций и природы пространства-времени на конформной границе между эонами возникают условия, идентичные тем, что были в начале нашего Большого взрыва. Прошлое становится будущим, конец становится началом. Причём это не метафора — это буквальное математическое тождество. Уравнения, описывающие конец эона, после конформного преобразования становятся уравнениями начала следующего.

Но самое захватывающее — это что информация может передаваться через эту границу. Не в виде звёзд или галактик, конечно — они давно мертвы. Но в виде гравитационных волн от катаклизмов предыдущего эона, которые проявляются в структуре нашего реликтового излучения. Мы буквально можем видеть прошлое не нашей вселенной, а вселенной, которая была до неё. Это археология не планет, не звёзд, а целых космических эпох.

Скептики точат ножи

-6

Разумеется, космологическое сообщество не осталось в восторге от идеи Пенроуза. Критики выстроились в очередь, чтобы объяснить, почему циклическая космология — это красивая сказка, не имеющая отношения к реальности. Главная претензия: где доказательства?

Пенроуз и его коллеги заявили, что нашли эти кольца Хокинга в данных космического телескопа Planck. Они опубликовали несколько статей с анализом концентрических паттернов в реликтовом излучении. Проблема в том, что другие исследователи взяли те же данные, применили те же методы и... ничего не нашли. Или нашли паттерны, которые вполне объясняются случайным шумом и не требуют революционных теорий.

Второй удар — энтропийный. Критики справедливо отмечают, что Пенроуз не решил проблему энтропии, а просто сделал вид, что её нет. Второй закон термодинамики никуда не делся. Даже если вы математически склеиваете конец и начало, вопрос остаётся: куда девается вся накопленная энтропия? Пенроуз говорит, что в мире без массы энтропия не определена, но это похоже на бухгалтерский трюк — перенести долг в другую колонку и притвориться, что его нет.

Третья проблема — альтернативные объяснения работают не хуже. Инфляционная космология, теория струн, квантовая гравитация — все они предлагают свои версии того, что было до Большого взрыва, и многие из них имеют более солидную наблюдательную базу. Циклическая космология Пенроуза элегантна, но элегантность — не критерий истины в физике.

Философия вечного возвращения

Но давайте на секунду отбросим скептицизм и задумаемся о философских последствиях. Если Пенроуз прав, то вселенная — это не трагедия с неизбежным финалом, а бесконечный цикл смерти и возрождения. Это меняет всё наше понимание времени, существования и смысла. Ницше со своей идеей вечного возвращения выглядит теперь не как безумный философ, а как провидец.

В циклической космологии нет абсолютного начала и абсолютного конца. Есть только переходы, трансформации, вечное движение из одного состояния в другое. Это резонирует с древними космологическими мифами — от индуистских циклов творения и разрушения до стоической идеи вечного космического пожара, после которого всё начинается заново.

Но есть и жуткая сторона. Если эоны бесконечны, то где-то в далёком будущем, через невообразимое количество циклов, может возникнуть эон, почти идентичный нашему. Те же атомы, те же галактики, та же Земля, те же вы, читающие эту статью. Вечное возвращение в самом буквальном смысле. Вы будете жить эту жизнь снова и снова, бесконечное количество раз, в каждом новом эоне. Это рай или ад? Или просто абсурд, доведённый до космических масштабов?

Пенроуз открыл не просто новую космологическую модель. Он предложил радикально иной взгляд на природу времени и существования. В его вселенной смерть — это не конец, а переход. Конец света откладывается на неопределённый срок, точнее, на бесконечный срок. И самое странное — математика это допускает. Уравнения не протестуют. Может быть, реальность действительно такая: бесконечная, циклическая, вечно возрождающаяся из собственного пепла.

Теория Пенроуза — это вызов не только космологии, но и нашему базовому чувству финальности. Она говорит: забудьте о конце. Конца нет. Есть только новые начала, бесконечная череда космических рассветов после космических закатов. И где-то в глубинах реликтового излучения, в этих призрачных кольцах, возможно, записана история вселенных, которые были до нас, и намёк на те, что будут после. Мы не первые, и мы точно не последние. Мы просто очередной эпизод в сериале без финальных титров.