Влекомый к отталкиванию

Приложение теории к реальному миру — это сверхсложная задача, поэтому автор с коллегами использовали упрощенные версии, в которых были учтены только действительно существенные особенности Вселенной, такие как ее размер, и были проигнорированы менее важные детали. Коллективу авторов пришлось приспособить для собственных нужд многие стандартные математические процедуры, используемые в физике и космологии. Например, физики-теоретики для описания устройства мира, как правило, пользуются аппаратом дифференциальных уравнений. Эти уравнения точно определяют темп изменения физических переменных, таких, например, как плотность, в каждой точке непрерывного пространства-времени. Но если пространство-время обладает ячеистой структурой, то необходимо использовать так называемые разностные уравнения, решения которых разбивают континуум на дискретные интервалы. Такие уравнения дают описание того, как Вселенная, образно выражаясь, «взбирается по лестнице масштабов», т.е. увеличивает свои размеры. Когда автор в 1999 г. собрался проанализировать космологические следствия петлевой гравитации, многие исследователи ожидали, что упомянутые разностные уравнения смогут всего лишь воспроизвести старые результаты. Однако данный математический аппарат сразу же предоставил неожиданные возможности.

Гравитация — это сила притяжения. Сгусток вещества стремится сжаться под воздействием собственного веса, и если его масса достаточно велика, то гравитация доминирует над всеми остальными взаимодействиями и сжимает вещество до состояния сингулярности, подобно той, что находится в центре черной дыры. Однако согласно петлевой гравитации атомарная структура пространства-времени меняет природу силы притяжения в условиях больших плотностей и сверхвысоких энергий, делая ее силой… отталкивания. Прибегнем к аналогии. Представьте себе пространство, подобное губке, а массу и энергию — насыщающей его водой. Пористая структура губки позволяет задерживать влагу, но не больше определенного количества. Полностью мокрая губка не может больше впитывать жидкость, а может только изливать ее обратно. Похожим образом, по мнению автора, обстоит дело и в атомарном квантовом мире, обладающем пористой структурой и могущем принять только некоторое количество энергии. Когда плотность энергии становится слишком большой, начинают работать силы отталкивания. В противоположность такому подходу непрерывное пространство-время в теории относительности может содержать безграничное количество энергии.

За счет гравитационно-квантовых изменений в балансе сил в теории петлевой гравитации никогда не возникают сингулярности, т.е. нет состояний с бесконечно большой плотностью. Согласно такой модели, вещество в ранней Вселенной обладало очень большой, но конечной плотностью, эквивалентной тысяче миллиардов солнц в каждом объеме радиуса протона. При таких условиях гравитация действовала как сила отталкивания, приводя к расширению пространства; с уменьшением же плотности гравитационные силы приобрели хорошо известный нам вид сил притяжения.

В сущности, отталкивающая гравитация послужила причиной ускоренного расширения Вселенной. По всей видимости, космологические наблюдения требуют наличия в ранней Вселенной такого ускорения, известного как космологическая инфляция. С расширением Вселенной силы, управляющие инфляцией, медленно спадают. Когда ускорение заканчивается, избыток энергии преобразуется в обычную материю, которая начинает заполнять Вселенную, — так называемый процесс рехитинга (вторичный разогрев). В современных моделях инфляция постулируется, т.е. добавляется в модель для удовлетворения наблюдениям. В петлевой квантовой космологии инфляция — естественное следствие атомарности пространства-времени. Ускорение появляется, когда Вселенная мала, и ячеистая структура пространства-времени все еще значима.

АТОМЫ ПРОСТРАНСТВА

Теория относительности сталкивается с проблемами, потому что предполагает пространство непрерывным. Более изощренная теория, такая как петлевая квантовая гравитация, полагает, что пространство есть решетка из крошечных «атомов» (сферы). Диаметр таких «атомов» (линии) (см. рис. справа) — так называемая планковская длина, расстояние, на котором гравитационные и квантовые эффекты сравнимы по силе.

Дата добавления: 2015-05-26