Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар (2015)

На каком-то этапе, либо потому что все шары скатятся вниз, либо потому что остальные шары находятся слишком далеко, процесс закончится.

Ничего странного.

Но если резиновый лист мягкий, как жвачка, если он недостаточно прочный, чтобы удержать кучу мраморных шаров в равновесии с его собственным натяжением, он вполне может продолжать прогибаться все больше и больше, даже если туда уже не скатываются шары, пока не прорвется.

Ни один материал не является настолько прочным, чтобы выдержать любой вес. Отсюда идея пороговой плотности: если поместить слишком большой вес на слишком хрупкую поверхность, то поверхность вокруг этой массы будет искажаться до тех пор, пока ее целостность не нарушится.

Теперь как насчет пространства-времени?

Хоть и не предусматривается, что оно прорвется, но пространство-время реагирует на очень высокие плотности, пожалуй, даже еще более драматичным образом, потому что ткань в данном случае не резина, а само пространство и время.

Пространство-время. Не плоская, а объемная ткань. Плюс время.

Пространство-время изгибается, искривляется и растягивается вокруг содержащихся в нем объектов, будь то материя или любой другой вид энергии. Это – его понимание Эйнштейном.

Продолжая накапливать энергию (независимо от ее формы) в заданном объеме, как и в случае с резиновым листом, вы просто обязаны в конечном итоге столкнуться с проблемой. За пределами определенного порогового значения ничто не сможет остановить все большее искривление пространства-времени, даже если в него больше ничего не падает.

По мере продолжения искривления то, что началось с изгиба, постепенно сдавливается, вследствие чего плотность внутри повышается, образуя порочный круг, неумолимо ведущий к коллапсу пространства-времени, коллапсу, усугубленному бесконечностями, с которыми общая теория относительности не может справиться. Такие бесконечности называются сингулярностями. Они не то же самое, что виденные вами ранее квантовые бесконечности. Они не имеют ничего общего с квантовыми процессами. Они возникают, когда в слишком малом объеме скапливается слишком много массы или энергии. Они локализованы. И возможность их существования возвещает крах теории гравитации Эйнштейна.

В конце 60-х и начале 70-х годов прошлого века, когда практически все сходили с ума, слушая психоделическую музыку либо выискивая новые фундаментальные частицы, английские физики-математики Роджер Пенроуз и Стивен Хокинг доказали посредством набора получивших известность теорем, что такие коллапсы обязательно происходят во вселенной, управляемой в больших масштабах общей теорией относительности. С помощью своих теорем они показали, что общая теория относительности Эйнштейна имела весьма скромные характеристики предсказания собственной гибели.

Подобно тому как Ньютону требовалась более полная теория для объяснения движения Меркурия, стало ясно, что теорию Эйнштейна необходимо расширить хотя бы для того, чтобы объяснить эти коллапсы.

Где они происходят? – задаетесь вы вопросом. Можно ли найти их в природе или они – чисто теоретические фантазии?

Они реальны, и я уверен, что вы знаете, где их найти.

Одна такая сингулярность, мать всех остальных, лежит в прошлом Вселенной, когда вся ее энергия заключалась в катастрофически малом объеме.

В некотором смысле наша Вселенная родилась из такой сингулярности, и с тех пор пространство и время стали тем, чем являются сегодня.

Еще одна сингулярность лежит глубоко внутри всех черных дыр, усеивающих Вселенную.

Вопреки тому, что думают многие, черные дыры являются противоположностью пустых отверстий: они рождаются тогда, когда из-за какой-то катастрофы слишком много материи оказывается вдавленной в слишком малый объем. Как вы услышите позже, такой процесс может вызвать смерть гигантской звезды.