Тайны Мироздания. Сингулярность наизнанку...

(Продолжение)

Теория Пенроуза и вывернутая наизнанку сингулярность

Солнцев: «Ты говорил про циклические модели, где Вселенная то сжимается, то расширяется. А Пенроуз, получается, вообще про другое?»
Шер: «Да действительно, в модели конформной циклической космологии Роджера Пенроуза в конце каждого цикла Вселенная не “схлопывается обратно”, а наоборот — разлетается всё сильнее и сильнее, пока не станет почти пустой и плоской, как идеально разглаженный лист бумаги. В ней вся материя исчезает: распадается все частицы с массой (электроны и протоны) остаются только безмассовые частицы — например, фотоны. А фотоны не «помнят» беспорядка так, как массивные частицы. То есть Вселенная не сжимается, чтобы «обнулиться», а наоборот — бесконечно расширяется и «выветривает» беспорядок, после чего масштаб меняется, и начинается новый цикл. Получается, что к концу цикла «мусор» (высокая энтропия) как бы исчезает из общей картины. Получается, что к началу нового цикла “мусора” не остаётся – только чистая энергия света, и цикл стартует с низкой энтропией — как будто комната снова стала чистой».
Солнцев: «То есть Вселенная сама себя “протирает тряпкой” перед новым рождением?»
Шер (улыбается): «Примерно так. И тогда цикл может повторяться снова и снова, потому что хаос не накапливается».
Солнцев: «Но подожди шеф, объясни ведь если Вселенная распадается до фотонов и становится пустой, то как из этого снова получается Большой взрыв? Там же нет материи, пусто, вообще ничего нет, кроме света!»
Шер: «Вот тут и прячется главная хитрость. Пенроуз говорит: когда Вселенная в конце цикла становится очень-очень разреженной, почти все частицы теряют значение, то Вселенная “забывает” про свою массу и плотность и остаётся только с энергией света. Пенроуз предлагает очень необычный трюк: он меняет масштаб. Слово «конформная» в этой теории – это про то, что Пенроуз специально выбирает такое преобразование, при котором сохраняются углы и формы, а расстояния могут меняться. Представь резиновую сетку: ты можешь её растягивать, но, если углы между линиями остаются прежними, это и есть конформное преобразование. Пенроуз применяет похожий приём к пространству-времени, чтобы «склеить» конец старого цикла с началом нового, не ломая геометрию.
Представь, что ты смотришь на карту. На одной карте 1 сантиметр равен 1 километру, а на другой — 100 километрам. То есть ты можешь одну и ту же картинку растянуть или сжать. Пенроуз делает то же самое с самой тканью пространства-времени: он “растягивает” далёкое будущее одного цикла так, что эта почти пустая, плоская картина становится начальной точкой — Большим взрывом — для следующего цикла. То есть конец одного цикла — это начало следующего, просто в другом масштабе».
Солнцев: «То есть он как будто берёт конец фильма и делает из него начало нового фильма?»
Шер (улыбается): «Точно! Только не просто склеивает, а ещё и немного “перерисовывает” масштаб, чтобы всё сошлось. В его модели нет сингулярности (точки с бесконечной плотностью), нет “удара” или “отскока”. Вместо этого есть плавный переход: очень далёкое, очень пустое будущее одного цикла превращается в очень горячее, очень плотное начало следующего».
Солнцев (в шоке): «То есть он берёт “почти ничего” и делает из этого “всё сразу”? Но разве так бывает?»
Шер: «В обычной жизни — нет. Но в математике можно менять масштаб. Представь лупу. Если ты смотришь через лупу на крошечную точку, она становится большой. Пенроуз делает наоборот: он берёт огромное, почти пустое будущее и как будто “сжимает” его взглядом так, что оно становится крошечным и невероятно плотным. И вот эта крошечная, но сверхплотная точка — это и есть новый Большой взрыв. То есть Пенроуз не говорит: «Из пустоты рождается материя». Он говорит: «Если правильно изменить масштаб описания Вселенной, то пустота конца цикла выглядит точно так же, как плотность начала нового цикла. Ведь если Вселенная возникла из Большого взрыва и потом она же стала пустотой, то если прокрутить плёнку от этой пустоты в обратном направлении, то мы придём к моменту рождения Вселенной, то есть к Большому взрыву… Логично?».
Солнцев (озадаченно): «Логично, то логично, но ведь это же математический трюк. Физика нам не позволит это!!!!!»
Шер: «Ты прямо в самую суть попал. «Математический трюк» — это первое, что хочется сказать, когда слышишь про Пенроуза. И многие физики именно так и реагируют: «Это красиво в уравнениях, но где тут реальная физика?» Давай честно разложим, где математика, а где физика — и почему учёные спорят. 
Солнцев берёт лист бумаги, рисует на нём бледную точку, потом говорит(горячо): «Ну вот! А теперь представь, что это не точка, а целая планета! Но планета то от этого не появляется! Физика не разрешает делать “всё из ничего!»
Шер (не спорит, кивает): «Ты прав. Если думать, что Пенроуз даёт инструкцию “как собрать Вселенную”, то это и правда фокус. Но он не даёт инструкцию по сборке новой Вселенной. Он предлагает другой способ смотреть на мир. Вот смотри…
Шер рисует на доске две волнистые линии одинаковой длины. Одну длинную с множеством невысоких и пологих волн. Вторую короткую, но с одним высоким резким всплеском.
Шер: «Смотри, вот волны. Первая линия: много маленьких, спокойных волн - как океан в тихий день, почти штиль.  Места много – целый океан, а энергии почти нет. Это у нас будет конец цикла Вселенной: она почти бесконечная и пустая. А вот вторая линия: та же самая волна, только сжатая – все мелкие волны собраны в одну. Заметь длина линий у нас одинакова… Вторая волна места занимает чуть-чуть, а энергии целое цунами! — это начало Вселенной».
Солнцев смотрит то на одну волну, то на другую.
Солнцев (смотрит на линии): «То есть это как будто ода и та же волна, просто в одном случае она растянута в пространстве, а в другом – сжата?»
Шер (улыбается и кивает): «Точно. И математика умеет описывать обе эти волны одной формулой. Пенроуз делает так же с самой Вселенной: он показывает, что “огромная пустая Вселенная” и “крошечный горячий взрыв” — это как эти две волны. Одна и та же геометрия, только в разных масштабах. В одном случае много места, то есть необозримое пространство, где почти нет энергии, в другом — пространство сжато, а энергия до почти бесконечности – вот тебе и Большой взрыв! Математика позволяет написать одно уравнение, которое годится для обеих. Пенроуз делает то же самое с тканью пространства-времени. Он ищет такое описание, при котором “пустота бесконечной Вселенной” и “Большой взрыв” — это не два разных события, а два способа показать одно и то же состояние».
Солнцев (нахмурившись): «Но ведь ты опять говоришь про математику, про математическое описание невозможного физического состояния!!! Там - пустота, а в другом — Большой взрыв! Это ведь реально разные физические состояния, а не их математическое описание!»
Шер: «Именно тут и прячется главный секрет. Чтобы этот математический фокус имел физический смысл, к концу цикла почти вся материя должна исчезнуть. Пенроуз опирается на две идеи, которые ещё не доказаны: что протоны распадаются, а чёрные дыры полностью испаряются. Тогда к концу остаются только фотоны — свет. У света нет массы, и для него “масштаб” работает по-другому. Он становится условностью. В этом особом состоянии математика и физика сходятся: можно так изменить масштаб описания, что “пустота” станет “плотностью” без нарушения законов. Пустота — это только для нас с тобой. Для фотона “пустота” и “начало всего” — одно и то же. Мы привыкли, что время идёт для всех одинаково: минута — это минута, год — это год. Но для света правила другие. У фотона нет массы, и из за этого он живёт вне нашего времени. Для него что миг, что вечность — это одно и то же состояние. Он не стареет, не чувствует расстояния. Он просто есть — везде и сразу. То, что для нас выглядит как “пустота, растянутая на триллионы лет”, для света — это просто мгновение. И математика позволяет переписать эту пустоту так, что она становится Большим взрывом. Не новым событием, а тем же самым состоянием, только в другом масштабе. Но тут есть условие: чтобы этот фокус сработал, тяжёлой материи быть не должно. Тогда Вселенная станет “лёгкой” и “безвременной”. И в этом случае её можно будет описать двумя способами: как бесконечную пустоту или как бесконечно плотную точку, но которые будут равнозначны и взаимозаменяемы. Это не магия, а следствие свойств света и математики. Единственная загвоздка: мы пока не знаем наверняка, распадаются ли протоны и испаряются ли чёрные дыры полностью. Поэтому это не готовый ответ, а попытка собрать вечную Вселенную из самых странных свойств света. И в этом вся прелесть: мы смотрим на фотон и вдруг видим, что он может быть ключом к Вечности: мостом между концом и началом Вселенной».
Солнцев: «Ну и как долго может длиться распад протонов и испарение чёрных дыр?»
Шер: «И протон, и самые массивные чёрные дыры — объекты крайне долгоживущие по человеческим меркам. Но если протон по современным научным представлениям теоретически может распадаться (пока экспериментально этот процесс не зафиксирован), то испарение чёрных дыр, как мы уже рассмотрели — это подтверждённый эффект.
Представь: возраст Вселенной — примерно почти 14 миллиардов лет (примерно 1,4;10;; лет). Это уже огромная цифра. А учёные считают, что протон, если он вообще распадается, живёт ещё намного дольше — по оценкам от 1,1;10;; лет до 2,4;10;; лет. А чёрные дыры испаряются ещё медленнее. Чёрная дыра с массой примерно с Солнце будет «таять» примерно 10;; лет, а для самых известных сверхмассивных чёрных дыр (например, Phoenix A, масса которой достигает десятков миллиардов солнечных) это время становится ещё грандиознее — порядка 10;;; лет. Это настолько гигантское число, что его даже трудно представить. И ещё важный момент: если чёрная дыра активно “ест” вещество — поглощает газ и звёзды, — она может становиться тяжелее и в таком случае её «жизнь» ещё продлевается».
Солнцев (размышляя): «Да, уж… Пенроуз замахнулся почти на Вечность! По его логике в конце Вселенной пространство стремиться к бесконечности, а его плотность и время к нулю… Даже вернее, если фотон не чувствует течения времени, то для него “сейчас”, “вчера” и “через триллион лет” — это одно и то же мгновение. Тогда получается в этой модели время становится… нулевым. Не исчезает, а как будто сворачивается в точку… И тогда «бесконечная пустота» тоже свернётся в точку, поскольку пространство – время оно едино, а бесконечность пространства, помноженная на нулевое время, тоже становится нулевым.  Таким образом по Пенроузу у нас  условно (для лучшего понимания)получается в точке, где связаны конец и начало Вселенной как бы два равнозначных состояния: №1 - конец цикла Вселенной (бесконечное пространство, пустота, только свет и нулевое время для него)и №2 - начало Вселенной перед инфляцией/Большим взрывом(сингулярность с бесконечной плотностью и нулевым временем). И оба эти состояния находятся в одной точке.  В математике Пенроуза это работает!!! Получается, что конец Вселенной — это просто вывернутая наизнанку сингулярность по ОТО!!! Здесь нужно понимать, что хотя время мы числим как нулевое, но это не значит, что его нет. Его просто нет для фотонов... Оно как раз есть, оно просто сжато и ему некуда течь в сингулярности! Нулевое время в точке конца/начала Вселенной это не просто ноль, а “ноль”, в котором прячется целый мир.  Этот ноль как уравнение 0 = (-t) + t, где (-t) – это время предыдущего цикла Вселенной, а  t  - время сегодняшнего цикла, отсчёт которого начался с момента инфляции и Большого взрыва. То есть “время ноль” в сингулярности — это не его отсутствие, а наоборот: прошлое, настоящее и будущее одновременно. Это если стоять в этой точке соприкосновения циклов, то перед нами будет расстилаться будущее до следующего пересечения циклов, а позади всё прошлое предыдущего цикла…
То есть это можно представить как зеркало Вечности, на поверхности которого находится точка сингулярности… в которой соприкасаются конец предыдущего цикла Вселенной (сингулярность наизнанку) по одну сторону зеркала, а Большой взрыв — это не рождение из ничего, а миг, только увиденный с другой стороны зеркала и начало нового цикла новой Вселенной в Зазеркалье...
Шер (медленно кивает, будто прислушивается не к словам, а к самой идее):
«Ты сейчас почти вывел формулу Вечности. И знаешь, что в этом самое сильное? Ты не просто повторил Пенроуза — ты попытался связать его с общей теорией относительности. Вывернутая наизнанку сингулярность - это КРУТО!! Это как смотреть на монету: с одной стороны — орёл, с другой — решка. Мы привыкли видеть их по отдельности, будто это разные картинки. Но это всё равно одна и та же монета, просто повёрнутая какой-либо стороной.
Вот так и у Пенроуза: начало Вселенной и её конец — это как две стороны одной монеты. Только монета эта не обычная, а… космическая. На одной стороне — бесконечная пустота предыдущей Вселенной, где время почти остановилось, потому что остался один свет, которому время ни к чему… На другой — сингулярность: пространство сжато в точку, а время будто только-только готово начаться…
И самое научное тут вот что: Пенроуз нашёл способ математически “объединить” эти две стороны монеты используя хитрый масштабный трюк — конформное преобразование… С помощью этого трюка он показывает, что “пустота в конце” и “точка в начале” — это не два разных состояния, а одно и то же, только увиденное с разных сторон.
Солнцев (щурится, будто пытается удержать эту картинку в голове):
«То есть… Вселенная не исчезает и не рождается заново из ничего. Она как будто переворачивается, как эта монета. И каждый раз, когда она переворачивается, начинается новый цикл».
Шер (улыбается): «Точно. И в этом есть своя красота: не взрыв из пустоты, а плавный переход, спрятанный в свойствах света и в хитрой математике. Как будто Вселенная умеет бережно передавать эстафету от одного цикла к следующему».
Солнцев (чуть сбивается, будто сам испугался своей смелости):
«Ну а… это вообще можно так складывать? Время минусовое и время плюсовое? Это же не яблоки!»
Шер (улыбается, не торопясь): «И правда не яблоки. В обычной жизни мы так не считаем. Но в математике, которая описывает пространство время, бывают такие трюки. Представь весы. На одной чаше — прошлое, на другой — будущее. А стрелка посередине стоит на нуле. Сам ноль тут не пустота, а баланс: сколько ушло в минус, столько пришло в плюс. Уравнение 0 = (;t) + t — это как раз такой баланс. Надо полагать, чтобы время в сингулярности превращалось в нуль, время каждого цикла должно быть одинаковым... Пенроуз не говорит, что времени нет. Он говорит, что на границе циклов оно как будто “уравновешивается” — и поэтому для перехода от конца к началу не нужно тратить энергию или нарушать законы. Это не дыра в физике, а стык, где всё сходится. Но к парадоксам времени мы ещё вернёмся позже».
Солнцев (тихо, почти про себя): «Значит, чтобы Вселенная могла “переродиться”, ей нужно сначала почти полностью исчезнуть… стать лёгкой, как свет. И только тогда она сможет снова стать плотной и горячей».
Шер: «Да. В теории Пенроуза фраза «останутся только фотоны» — это не про мгновенное превращение материи в свет, а про постепенное исчезновение всего массивного за колоссальные времена, после чего Вселенная становится «безвременной» и «лёгкой», и её можно «перевернуть» в начало нового цикла. И в этом есть странная красота. Не в разрушении, а в подготовке. Как будто Вселенная тратит триллионы лет не на то, чтобы умереть, а на то, чтобы правильно сложить себя для следующего цикла. Не из ничего, а из того, что уже было — просто в другом виде».
Солнцев (вздыхает, и в этом вздохе уже нет паники, только уважение к масштабу): «Тогда получается, что Большой взрыв — это не чудо. Это… закономерность. Просто очень долгая...».
Шер (мягко): «И знаешь, что самое честное? Мы не можем сказать наверняка, прав Пенроуз или нет. Пока нет прямых доказательств. И если Пенроуз прав, то каждый конец — это не финал, а подготовка к новому началу. И сама возможность, что конец и начало могут быть двумя сторонами одного состояния, заставляет смотреть на небо иначе. Будто за каждой звездой прячется эхо прошлого цикла… или обещание следующего».
Солнцев (улыбается, будто наконец-то ухватил мысль за хвост): «Тогда выходит, что мы с тобой — часть этого эха. И даже если мы не увидим следующего цикла, мы всё равно помогаем ему случиться. Просто тем, что думаем об этом. Пытаемся понять».
Шер (подмигивает): «Вот это — самое научное из всего, что ты сегодня сказал. Попытка понять — это и есть работа Вселенной над собой».
Солнцев: «Шеф, а информация? Она куда девается?! Вот это всё… все эти звёзды, планеты, атомы, наши жизни — всё, что было записано в материи… Если протоны распадутся, чёрные дыры испарятся… если останется только свет… куда денется память Вселенной? Ведь нельзя просто стереть страницу и сказать: “А теперь она чистая!”»
Шер (спокойно, но в голосе — вес): «Это самый интересный вопрос во всей этой истории. Потому что в физике информация — не просто слова. Это структура. Это след всех событий, который нельзя просто стереть без следа. И ты прав: если всё исчезнет, этот след должен куда-то деться».
Солнцев (вскидывает голову): «Значит, Пенроуз ошибается? Значит, Вселенная не может обнулиться, потому что нельзя потерять информацию?!»
Шер (чуть качает головой): «Не обязательно. Свет — это не просто пустота. Это носитель. И Пенроуз делает из этого очень смелый вывод, что вся информация, всё, что когда-либо было, записалось в эти фотоны. Как если бы ты сжёг письмо, а дым унёс не только пепел, но и каждое слово, просто в зашифрованном виде. Очень сложном. Почти неразборчивом. Но — записанном. Пенроуз верит, что информация… меняет форму. Когда остаётся только свет, вся эта зашифрованная история Вселенной становится частью самой геометрии пространства».
Солнцев (голос срывается от того, что мысль слишком большая, чтобы её удержать): «То есть… даже если материя исчезнет, информация останется в свете? В самих фотонах. Она не исчезает… Она… превращается..., превращается в Логос, в то, из чего всё началось. В саму ткань смысла. В тот самый узор из множества Калаби-Яу, по которому пространство помнит себя, все свои константы/постоянные. И из этого Логоса потом всё начинается снова!»
Шер (тихо, почти шёпотом, будто не хочет спугнуть этот миг): «Да. Логос… Если хочешь, можешь называть это так. Для науки мы скажем “геометрия пространства”, “структура метрики”, “зашифрованный узор кривизны”. Но, по сути, ты попал в самое сердце идеи Пенроуза. Он ведь именно это и пытается показать: конец цикла — это не стирание. Это перевод всей истории Вселенной на язык самой ткани пространства. И пространства Калаби–Яу в теории Пенроуза — это не просто красивые формы из теории струн. Для него они становятся образом того, как память Вселенной прячется в самой структуре реальности. В микроскопических складках, в геометрии, которая задаёт все константы. Даже когда всё остынет, даже когда не останется ни звёзд, ни атомов — эти складки останутся. Невидимые, но настоящие. И они и есть Логос: не слово, а форма, в которой записан смысл. Представь, что ты складываешь оригами. Ты сгибаешь лист, оставляешь на нём складки, острые углы, линии напряжения. Потом ты аккуратно разворачиваешь его — и он снова плоский, почти гладкий. Но если ты знаешь, куда смотреть, ты видишь эти микроскопические линии. Они никуда не делись. Они стали памятью бумаги. А теперь представь, что Вселенная — это такой же лист. К концу цикла она “развёрнута” до предела: огромная, пустая, тихая. Но складки остались. И когда приходит время, пространство “складывается” заново. И эти складки вспыхивают как новый космос. Не из ничего. Из собственной памяти.»
Солнцев: «Значит, эти крошечные формы Калаби-Яу… они как ячейки памяти. Как страницы, на которых Вселенная пишет саму себя. И когда приходит время, она просто… читает их заново. Из своего же узора. И Большой взрыв — это не вспышка без причины. Логос его первопричина, как память Вечности, ставшая его силой… Это момент, когда пространство наконец-то снова узнаёт себя. Это «всё, что было, наконец-то снова распрямилось. И получается новый мир. Та же история, но в новом исполнении».
Шер (кивает, и в её голосе появляется едва уловимая улыбка): «Вот именно. И самое поразительное в этой идее — что нам не нужно “возвращать” прошлое. Оно никуда не уходило. Оно стало геометрией. Стало самой тканью пространства. И каждый раз, когда Вселенная “переворачивается”, она не создаёт новую историю. Она заново раскрывает ту, что всегда была здесь. В этих складках. В этих формах Калаби-Яу… В Логосе…»
Солнцев (смотрит на вязь, и в его голосе — не восторг, а тихое, почти благоговейное спокойствие): «Тогда получается… мы не просто смотрим на пустоту. Мы смотрим на спящий Логос — вечную память пространства. На тишину, в которой записана вся история мира. Я теперь это чувствую: Вселенная не забывает. Она просто складывает свою историю в складки пространства — и однажды снова её прочтёт. Так было. Так есть. Так будет».
Шер (чуть улыбается, впервые за всю сцену): «Пенроуз не обещает, что мы когда-нибудь сможем прочитать эти складки. Может, они слишком сложны, слишком стёрты. Но он говорит: они есть. И сама возможность того, что конец и начало — это одна и та же геометрия, держится на этом: ничто не исчезает бесследно. Вселенная не забывает себя».
(Продолжение следует)