Relativity and Gravitation, 2002, 34, p . 2043–2055), в которой поднимаются вопросы, схожие
с теми, которые мы исследуем в данной главе, в узком контексте инфляционной космоло-
гии . Обсуждение на популярном уровне, придерживающееся схожей точки зрения, вы
найдете в книге Chaisson, E. J. Cosmic Evolution: The Rise of Complexity in Nature . Cambridge,
MA: Harvard University Press, 2001 .
Действительно, Эрик Шнайдер и Дорион Саган (Schneider, E. D., Sagan, D . Into the Cool:
Energy Flow, Thermodynamics, and Life . Chicago: University of Chicago Press, 2005) ут-
верждали, что «смысл жизни» заключается в увеличении скорости производства энтро-
пии путем сглаживания градиентов во Вселенной . Предположение, подобное этому, вряд
ли может быть точным, и на то существует множество причин . Как минимум, хотя второе
начало термодинамики утверждает, что энтропия стремится к увеличению, нет такого
закона природы, согласно которому энтропия должна была бы увеличиваться с макси-
мально возможной скоростью .
А также в противоположность гравитационным эффектам источников плотности энергии,
отличных от «частиц» . Эта лазейка важна для реального мира из-за присутствия в нем
темной материи . Темная энергия — это не набор частиц; это однородное поле, распро-
страняющееся на всю Вселенную, и его гравитационное воздействие заключается в том,
что оно расталкивает объекты . Никто и не говорил, что это будет просто .
Прочие подробности также важны . В ранней Вселенной обычная материя ионизирована:
электроны способны перемещаться свободно, не будучи привязанными к атомным ядрам .
Давление в ионизированной плазме обычно больше, чем внутри набора атомов .
Penrose, R . The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe . New York:
Knopf, 2005, p . 706 . Более раннюю версию этого рассуждения вы найдете в книге Penrose, R .
Singularities and Time-Asymmetry . В General Relativity, and Einstein Centenary Survey /
S . W . Hawking, W . Israel (eds .), p . 581–638 . Cambridge: Cambridge University Press, 1979 .
Большая часть материи во Вселенной — от 80 до 90 % ее общей массы — это темная
материя, не состоящая из обычных атомов и молекул . Нам неизвестно, что такое темная
материя, и существует гипотеза, что она имеет форму маленьких черных дыр . Но с этой
идеей связаны определенные проблемы, включая, как минимум, то, что создать так много
черных дыр чрезвычайно сложно . Поэтому большинство космологов все же склонны 
Глава 13 . Жизнь Вселенной
417
11
12
13
14
15
16
17
18
19
верить, что темная материя, скорее всего, состоит из каких-то новых элементарных частиц
(одного или нескольких видов), которые просто еще не были открыты .
Энтропия черной дыры стремительно возрастает по мере того, как черная дыра набира-
ет массу, — она пропорциональна квадрату массы черной дыры . (Энтропия шкалирует-
ся как площадь, которая пропорциональна квадрату радиуса, а радиус Шварцшильда
пропорционален массе .) Таким образом, энтропия, которой обладала бы черная дыра
массой в 10 миллионов солнечных масс, была бы в 100 раз больше, чем энтропия, обе-
спечиваемая одним миллионом солнечных масс .
Penrose, R . The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe . New York:
Knopf, 2005 . 707 p .
Следующее разъяснение — это, по сути, выдержка из статьи, которую мы написали в со-
трудничестве с Дженнифер Чен (Carroll, S. M., Chen, J . Spontaneous Inflation and the Origin
of the Arrow of Time (2004) . http://arxiv.org/abs/hep- th/0410270) .
См ., например, статью Zurek, W. H . Entropy Evaporated by a Black Hole // Physical Review
Letters, 1982, 49, p . 1683–1686 .
Кроме того, это утверждение совсем не из тех, с которыми безоговорочно соглашаются
все физики . Я не говорю, что существует какой-то другой общепринятый ответ на вопрос:
«Как выглядят состояния с самой высокой энтропией, когда в расчет также принимается
гравитация?» помимо «Мы не знаем» . Но, надеюсь, мне удалось убедить вас, что «пустое
пространство» — это наилучший вариант среди тех, что имеются в нашем распоряжении
в настоящее время .
Немного забегу вперед: обратите внимание на то, что в эту игру можно играть также,
повернув время вспять . Пусть вначале у нас есть какая-то конфигурация материи во
Вселенной, срез пространства—времени в какой-то момент времени . В одних местах мы
видим расширение и разреживание, а в других — сжатие, коллапс и в конце концов ис-
парение . И мы спрашиваем, что произойдет, если проэволюционировать это «начальное»
в обратном направлении во времени, используя все те же обратимые законы физики .
Ответ, разумеется, таков: мы обнаружим тот же самый тип поведения . Области, расши-
ряющиеся по направлению к будущему, сжимаются по направлению к прошлому, и наобо-
рот . Однако в конечном итоге пространство все равно будет опустошено, когда «рас-
ширяющиеся» области одержат победу . Очень далекое прошлое выглядит точно так же,
как очень далекое будущее: это пустое пространство .
Здесь, в нашей ближайшей окрестности, NASA нередко применяет схожий трюк — «гра-
витационный маневр» — для придания дополнительной скорости космическим зондам,
которые направляются к удаленным объектам нашей Солнечной системы . Если космиче-
ский летательный аппарат маневрирует специальным образом возле массивной планеты,
он может «подхватить» часть энергии движения этой планеты . Планета настолько вели-
ка, что для нее такая потеря абсолютно незаметна, но космический аппарат может про-
должать движение с намного более высокой скоростью .
Wald, R. W . Asymptotic Behavior of Homogeneous Cosmological Models in the Presence of
a Positive Cosmological Constant // Physical Review, 1983, D 28, p . 2118–2120 .
В частности, мы можем определить «горизонт» вокруг каждого наблюдаемого участка
пространства де Ситтера, так же как делали это для черных дыр . Тогда формула энтропии
для этого участка полностью совпадет с формулой энтропии черной дыры — это площадь
поверхности такого горизонта в планковских единицах, деленная на четыре .
418
Часть IV . Из кухни в Мультиленную
20
21
22
Если H — это параметр Хаббла в пространстве де Ситтера, то температура равна
, где ħ — постоянная Планка, а k — постоянная Больцмана . Впервые это со-
отношение было выведено Гэри Гиббонсом и Стивеном Хокингом (1977) .
Возможно, вам кажется, что это слишком смелое предсказание, основанное на неточной
экстраполяции в режимы применения физики, которые мы в действительности не совсем
понимаем . Никто не спорит с тем, что у нас действительно нет прямого эксперименталь-
ного доступа к вечной Вселенной де Ситтера, но обрисованный выше сценарий основы-
вается лишь на паре довольно надежных принципов: существование теплового излучения
в пространстве де Ситтера и относительная частота появления различных видов случай-
ных флуктуаций . В частности, любопытно было бы поставить вопрос, является ли тип
флуктуаций, порождающих Большой взрыв, каким-то особенным и может ли быть так,
что подобный тип флуктуаций более вероятен, чем флуктуация, порождающая больцма-
новский мозг . Не исключено, что так действительно происходит согласно окончательным,
самым правильным законам физики, — и мы сделаем предположение в этом стиле чуть
далее в этой книге, — но это абсолютно точно не то, что может быть при условиях, кото-
рые мы здесь предполагаем . Что приятно в термодинамических флуктуациях в вечном
пространстве де Ситтера, так это то, что мы очень хорошо в них разбираемся и можем
точно рассчитать, как часто будут происходить те или иные флуктуации . В частности,
флуктуации, предполагающие серьезные изменения энтропии, несоизмеримо менее ве-
роятны, чем флуктуации, ведущие лишь к незначительному ее изменению . Всегда будет
проще флуктуировать в мозг, чем во Вселенную, если только не случится какого-то зна-
чительного отклонения от вышеописанного сценария .
Dyson, L., Kleban, M., Susskind, L . Disturbing Implications of a Cosmological Constant //
Journal of High Energy Physics, 2002, 210, p . 11; Albrecht, A., Sorbo, L . Can the Universe Afford
Inflation? // Physical Review, D 70, 2004, p . 63528 . 
|
Г л а в а 14
Инфляция и Мультиленная
Считающие метафизику самой неограничен-
ной или умозрительной из дисциплин заблуж-
даются; по сравнению с космологией метафи-
зика заурядна и обыденна .
Стивен Тулмин 1
Прохладным декабрьским утром 1979 года в Пало Альто Алан Гут что есть
силы крутил педали велосипеда, спеша в свой офис в группе теоретической
физики в SLAC, Стэнфордском центре линейных ускорителей . Добравшись до
рабочего стола, он открыл блокнот на новой странице и написал: