2.6. РАСШИРЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ

В разд. 2.4 я косвенно указывал на то, что расширение Вселенной не может считаться непосредственной причиной запаздывания излучения; феномен запаздывания является всего лишь одним из многих следствий предположения, что первоначальное состояние Вселенной имело значительно меньшую энтропию, чем будет иметь

ее конечное состояние (и соответственно, что в этом начальном состоянии отсутствовали корреляции, понижающие энтропию). Теперь я хочу привести доводы в пользу того, что расширение Вселенной не может быть ответственно за эту разницу в энтропии.

В самом деле, предположим, что имеет место противное и что по какой-то причине рост энтропии непременно сопутствует расширению Вселенной. По симметрии относительно обращения времени такая точка зрения повлекла бы за собой утверждение, что в сжимающейся Вселенной энтропия должна убывать [48]. При этом следует рассмотреть две основные возможности. Во-первых, может оказаться, что расширение нашей реальной Вселенной в один прекрасный день сменится на сжатие и в этом случае, согласно нашему допущению, энтропия начнет убывать, устремляясь к низкому конечному значению. Вторая возможность состоит в том, что расширение будет продолжаться вечно — до достижения состояния максимальной энтропии (мы игнорируем вопрос о циклах Пуанкаре и т. п.).

По-видимому, имеются самые серьезные возражения против идеи, что тенденция к росту энтропии сменится на обратную, когда Вселенная достигнет максимума расширения. Трудно представить, как такое обращение может произойти без достижения некоторого рода теплового равновесия на полпути. Иначе, думается, можно было бы представить себе где-то посередине состояние, в котором явления обычного типа (например, запаздывающее излучение и разбивающиеся часы) сосуществовали бы с явлениями типа обращенных во времени (например, с опережающим излучением и самовосстанавливающимися часами). Рассуждать о подобных ситуациях «в целях аргументации», конечно, можно, но допускать их всерьез для нашей реальной Вселенной — это все-таки совсем другое дело. Более того, в момент достижения симметрии по времени, по-видимому, все еще приходило бы запаздывающее излучение очень далеких галактик (эти удаленные галактики все еще были бы видны как разбегающиеся) и в то же время имелось бы опережающее излучение с обращенным во времени поведением (т. е. специальным образом коррелированное и сходящееся на слетающихся галактиках). Тут возникли бы серьезные проблемы самосогласованности [9] (хотя я не берусь утверждать, что они абсолютно непреодолимы). Я лично не нахожу возможности воспринимать всерьез подобную картину, но, видимо, не у всех интуиция оказывается столь скованной [48]!

Мы могли бы, наоборот, предположить, что масштабы времени для обращения расширения столь велики, что к моменту максимального расширения достигается эффективное тепловое равновесие. Но времена, которые приходится допускать для этого, совсем другого порядка, чем обычные космологические масштабы. По существу, такая вселенная как бы вообще не переходит к сжатию, и ситуация должна рассматриваться наравне с моделями бесконечно расширяющихся вселенных.

Может возникнуть мысль, что в этих последних моделях удается избежать рассматриваемых здесь проблем, но это неверно. Представим себе астронавта в такого рода вселенной, падающего в черную дыру.

Рис. 4. Конформная диаграмма астронавта, падающего в черную дыру во фрндмановской вселенной

Для определенности предположим, что масса дыры , так что в распоряжении астронавта внутри дыры будет около суток, причем большую часть этого времени он не будет испытывать действия значительных приливных сил и сможет не спеша провести эксперименты. Вся эта ситуация изображена на рис. 4 в виде стандартной конформной диаграммы (световые конусы проходят под углом 45°, и предполагается наличие сферической симметрии). Заметим, что вся история астронавта за точкой пересечения им абсолютного горизонта событий лежит внутри прошлой области зависимости для сингулярности черной дыры, а также внутри будущей области зависимости сингулярности «большого взрыва». Допустим, что, находясь внутри дыры, астронавт в течение некоторого времени проводит эксперименты. Поведение его аппаратуры (и, конечно, жизненные процессы в его собственном теле тоже) полностью заданы условиями у сингулярности черной дыры (в предположении, что это поведение подчиняется обычным дифференциальным уравнениям гиперболического типа), но равным образом они полностью определяются и условиями у сингулярности «большого взрыва». Ситуация внутри черной дыры по существу не отличается от поздних стадий реколлапсирующей вселенной. Если ваша точка зрения сводится к тому, что локальная стрела времени непосредственно связана с расширением вселенной, то вы, несомненно, должны будете рассчитывать, что в ходе экспериментов нашего астронавта энтропия непременно будет убывать (по отношению к «нормальному»

времени). В итоге вы, по-видимому, должны будете прийти к мысли, что астронавт будет уверен в том, что он вылетает из дыры, а не падает в нее (предполагается, что жизненные процессы в его организме не нарушатся при столь крутой смене нормального процесса нарастания энтропии на противоположный).

Я вынужден заявить, что такую возможность могу рассматривать только как еще более абсурдную, чем даже обращение энтропии при максимальном расширении реколлапсирующей вселенной! Возможно, не следует предполагать, что обращение энтропии произойдет внезапно, как только астронавт пересечет горизонт (и только с этого момента коллапсирующий аспект его граничных условий решительно перевесит аспект расширения). В таком случае странное поведение энтропии должно было бы проявиться задолго до реального пересечения астронавтом горизонта, а тогда он мог бы передумать: включить ускорение в сторону от дыры и, избежав захвата ею, получить возможность рассказать о своих удивительных открытиях остальному миру! Это рассуждение с черной дырой приложимо в действительности и к реколлапсирующей вселенной. Нет необходимости ждать реколлапса всей вселенной, чтобы нелепости этой точки зрения начали себя обнаруживать. (Может оказаться, что некоторые приверженцы этой точки зрения вообще не склонны признавать реальность черных дыр. У меня нет желания приводить здесь доводы, на мой взгляд весьма убедительные, в пользу существования черных дыр, и я сошлюсь только на работы [7, 51].)

Можно было бы выдвинуть аргумент, что пространство-время, изображенное на рис. 4, основано на слишком сильном и нереалистическом предположении о сферической симметрии. На самом деле это не так: отказ от сферической симметрии не внесет качественных отличий в нашу картину при условии, что делается (достаточно сильное) предположение о космической цензуре. Я предпочту отложить более подробное обсуждение этого вопроса до разд. 3.2. Сейчас же мне достаточно того, что я снова могу вернуться к общепринятому взгляду и сделать вывод, что расширение вселенной само по себе не несет какой-либо ответственности за факт возрастания энтропии в нашей Вселенной.

Я вовсе не хочу сказать, что рассматриваю соответствие между этими двумя важнейшими фактами как совершенно случайное. Отнюдь нет. Позднее я как раз и попытаюсь доказать, что оба они являются следствиями особого свойства «большого взрыва» — свойства, какого не следует ожидать у сингулярности реколлапса.