Когда физики в цене

«Пульсирующие (осциллирующие, или, как я предпочитаю их называть, «многолистные») модели Вселенной издавна привлекают внимание. С ними связываются надежды, что в природе, быть может, осуществляется внутренне привлекательная для многих осциллирующая картина Вселенной с бесконечным повторением в прошлом и будущем циклов космологического расширения и сжатия».

Далее рассмотрены три возможные модели вариантов развития Вселенной. Они различаются пространственной кривизной, величиной космологической постоянной и наличием или отсутствием поворота стрелы времени. Вслед за этим проведен анализ, который показывает, что распад барионов приводит к существенному выравниванию неоднородностей Вселенной, наличие которых приводило к трудностям космологических теорий.

В заключение Сахаров рассматривает возможную роль образования и испарения черных дыр в космологии. До того внимание исследователей привлекали главным образом проблемы образования черных дыр и процессы поглощения ими внешних объектов — твердых тел, газов, целых звезд и даже возможного слияния черных дыр. После того как Хокинг установил, что в черных дырах возможны процессы, аналогичные испарению, оказалось, что черные дыры не вечны. Так возникла потребность выяснения роли черных дыр в эволюции Вселенной.

Изучение этой проблемы привело Сахарова к неожиданному заключению:

«Образование и слияние черных дыр может существенно нарушить однородность и изотропию (то есть независимость от направления) наблюдаемой Вселенной. По-видимому, сейчас проявлений этого не наблюдается. Возможно, это означает, что многолистные модели вообще не имеют отношения к действительности. Но не исключены и другие точки зрения».

Сахаров напоминает, что в многолистных (пульсирующих) моделях Вселенной отдельные циклы не являются воспроизведением предыдущих, а могут различаться между собой. Из этого следует предположение: «Возможно также, что отсутствие черных дыр на предыдущем цикле есть по каким-то причинам особенность этого (т. е. современного) цикла…»

Можно предположить, что «после нескольких неспокойных циклов (когда образуется много черных дыр) имеет место аномально спокойный цикл, а именно предыдущий нашему. Такая смена спокойных и беспокойных циклов может повторяться бесконечное число раз».

Так, при помощи гипотезы обращения стрелы времени и гипотезы космологической СРТ-симметрии Сахаров преодолел «глобальный парадокс обратимости» статистической физики и тем самым снял возражения против возможности вечного существования пульсирующей Вселенной, возражения, основанные на втором начале термодинамики.

Едино ли время?

Уподобив течение времени полету стрелы, Сахаров показал, что законы термодинамики не противоречат возможности многократных переходов Вселенной от расширения к сжатию и обратно. Он пояснил, как следует описывать эволюцию Вселенной без необходимости говорить о том, что время может течь вспять. Теперь мы знаем — глубокие законы симметрии, позволяющие постигать явления, свойственные микромиру, проявляют себя и в критические моменты развития Вселенной. Для того чтобы не входить в противоречие с законами симметрии, нужно признать, что при переходе Вселенной от сжатия к расширению изменяется направление течения времени так, что оно и до и после этого перехода течет вперед. Изменяется «направление стрелы времени».

Этим не ограничились размышления Сахарова о природе времени. Естественно, возникает вопрос: чем вызвано отличие свойств времени от свойств пространства? Почему пространство трехмерно, а время одномерно?

Люди привыкли к тому, что мы живем в трехмерном мире. Нас не удивляет, что, говоря о перемещениях в пространстве, мы отличаем направления вперед и назад от направлений вправо и влево или от направления вверх и вниз.

Уже древние геометры знали, что бывают более простые случаи. Например, по линии можно перемещаться только вперед или назад — это одномерный объект. Поверхность двумерна — по ней можно перемещаться не только вперед или назад, но и в стороны. Имеется особый случай — точка. Она жестко фиксирует положение. Можно говорить о том, что точка — нуль-мерный объект.

Итак, существуют объекты, имеющие различное число пространственных измерений: нуль (точка), одно (линия), два (поверхность), три (любое тело, имеющее объем).

Почему же пространство имеет три и только три измерения, а время одно и только одно?

До Сахарова никого не смущало такое различие между пространством и временем.

Впрочем, вопрос о том, ограничено ли пространство тремя измерениями, возникал и раньше.

Речь идет не о спиритических сеансах с мистическим четырехмерным пространством. Речь идет и не о четырехмерном пространстве — времени, порожденным теорией относительности для упрощения описания процессов, протекающих в реальном трехмерном пространстве с течением времени.

О возможности существования четвертого измерения физического пространства, по отношению к которому время выступает пятым измерением, впервые написал Калуца, один из последователей Эйнштейна.