Рецензия на книгу

• 

  Аноним15 июня 2023 г.

  Глубинное исследование стрелы времени и энтропии

  В этой книге американский физик-теоретик и космолог Шон Кэрролл глубинно исследует значение стрелы времени в соответствии с положениями второго начала термодинамики (энтропия либо остаётся неизменной, либо возрастает), а также ее взаимосвязь с космологией и с истоками Вселенной.

  Главный вопрос книги: почему энтропия нашей наблюдаемой Вселенной в первый момент времени была такой низкой? или почему мы живем во временной окрестности такого чрезвычайно низкоэнтропийного состояния?

  Ответы, как не крути различные модели, всё равно сводятся к гипотезе или предсказанию о Мультиленной (так Кэрролл называет Мультивселенную), это помогает уйти от противоречивой версии о тонкой настройки нашей Вселенной.

  
  Нам неизвестно, какими были условия в ранней Вселенной сразу после ее рождения. Предположим, что она была плотная и скученная, но не обязательно однородная; то тут, то там могли наблюдаться сильные флуктуации. Среди них могли быть черные дыры, осциллирующие поля и даже довольно пустые участки. Теперь представим себе, что по крайней мере одна небольшая область пространства во всей этой неразберихе относительно спокойна, а плотность энергии в ней определяется в основном темной супер-энергией поля инфлатона. Пока остальная часть пространства продолжает жить хаотично, внутри этой конкретной области начинается инфляция; ее объем увеличивается в невообразимое число раз, а любые ранее существовавшие возмущения начисто стираются благодаря инфляционному растяжению. В конце концов эта область эволюционирует в то, что выглядит в точности как наша Вселенная, как ее описывает стандартная модель Большого взрыва, и это никак не связано с тем, что происходит в оставшейся части изначально флуктуирующего первичного бульона. Следовательно, в данном сценарии нам не требуется никакой высокочувствительной, неестественно тонкой подстройки начальных условий, для того чтобы получить пространственно плоскую и однородную стояниях Вселенную; она гарантированно появляется из типовых, случайным образом флуктуирующих начальных условий.

  Особенно понравилось часть книги, где  внимание уделено Чёрным дырам. Шону Кэрроллу удается очень классно описывать, это удивительное космологическое явление.

  
  В классической общей теории относительности черная дыра представляет собой практически «чистое» гравитационное поле. В абстрактном мысленном эксперименте мы можем представить себе образование черной дыры множеством способов: из шарового скопления газа типа обычной звезды либо из гигантской планеты, состоящей из чистого золота, либо из огромного шарика мороженого. Но когда эти объекты сжимаются до маленького размера с таким сильным гравитационным полем, что ничто уже не может покинуть его, то есть когда этот объект «официально» превращается в черную дыру, становится уже совершенно неважно, из какого материала он изначально состоял. Черная дыра, образовавшаяся из газового шара солнечной массы, неотличима от черной дыры, образовавшейся из шарика мороженого солнечной массы. Согласно общей теории относительности, черная дыра - это не просто плотно упакованный объем исходного материала. Это чистое гравитационное поле: исходный материал исчез в сингулярности, образовав область сильно искривленного пространства - времени.
  Сингулярность Большого взрыва в прошлом и сингулярность черной дыры в будущем — это момент во времени, а не место в пространстве. И оказавшись за горизонтом событий, вы не сможете повернуть назад: сингулярность станет вашей суровой, но неизбежной судьбой, потому что она находится впереди во времени, а не по какому-то направлению в пространстве. Уклониться от попадания в сингулярность так же нереально, как уклониться от попадания в завтра.
  Пересекая горизонт событий, вы вряд ли заметите что-то необычное. Это не какой-то силовой барьер, не энергетическая стена, проходя сквозь которую вы понимаете, что попали в черную дыру. Это всего лишь уменьшение числа вариантов развития событий; вариант «возвращение во внешнюю Вселенную» становится невозможным, а единственно доступным остается «нырок» в сингулярность». Вообще, зная массу черной дыры, вы могли бы даже точно доли рассчитать, сколько времени (согласно вашим часам) пройдет до момента достижения сингулярности, когда вы прекратите существовать. В черной дыре, масса которой равна массе Солнца, это займет около одной миллионной секунды. Возможно, вы попробовали бы отсрочить ужасную гибель и сбежать от сингулярности, запустив ракетный двигатель, однако на самом деле это сыграло бы против вас. Согласно теории относительности, движение без ускорения максимизирует время между двумя событиями. Пытаясь бороться с неизбежным, вы лишь ускорили бы приближение конца.

  Обоснованный способ извлечение энергии из Чёрной дыры - прямо отлично!

  
  Пенроуз предложил способ, как бросать объекты вплотную к вращающейся черной дыре, а затем извлекать их в изменившемся состоянии, с большей энергией, чем вначале, замедляя, таким образом, вращение черной дыры и уменьшая ее массу. По сути, мы можем превращать угловой момент черной дыры в полезную энергию. Невероятно развитая цивилизация, имеющая доступ к гигантской вращающейся черной дыре, обладала бы колоссальным запасом энергии для реализации любых общественных проектов, какие только им придут в голову. Однако этот запас не был бы неограниченным - с помощью данного процесса возможно извлечение лишь определенной конечной энергии, так как, в конце концов, черная дыра вообще прекратит вращаться. (В самом оптимистичном сценарии мы могли бы извлечь около 29% общей энергии черной дыры.)

  Процесс испарения Чёрной дыры через излучение Хокинга.

  
  Общая энергия пары из виртуальной частицы и античастицы в точности равна нулю - это необходимое условие, так как они должны уметь появляться из вакуума и растворяться в нем. Энергия реальных частиц равна произведению массы на квадрат скорости света, когда частица находится в покое, а с началом движения частицы возрастает; следовательно, энергия никогда не может быть отрицательной. Таким образом, если у реальной частицы, убежавшей от черной дыры, положительная энергия, а общая энергия исходной виртуальной пары была нулевой, значит, у частицы, упавшей в черную дыру, энергия отрицательная. И когда эта частица падает, общая масса черной дыры уменьшается. В конце концов, если она не получит какую-то дополнительную энергию из других источников, черная дыра полностью испарится.

  Не обошёл Кэрролл и вопрос и научного подхода к путешествию во времени.

  
  Специальная теория относительности позволяет нам управлять промежутками времени путем перемещения в пространстве. Движению без ускорения соответствует самый длинный временной интервал между двумя событиями; поэтому если вы желаете быстро (с вашей точки зрения) попасть в будущее, вам нужно всего лишь двигаться сквозь пространство - время по сильно искривленному пути. Вы можете улететь в межзвездное пространство на скорости, близкой к скорости света, а затем вернуться или, если запас топлива на вашей ракете достаточно велик, просто летать кругами на сверхвысокой скорости, никогда особенно не удаляясь от стартовой точки в пространстве. Когда вы приземлитесь и выйдете из кос- мического корабля, помимо головокружения у вас будет понимание, что вы «переместились в будущее», или, точнее, что вдоль вашей мировой линии прошло меньше времени, чем вдоль мировых линий всех тех людей, с которыми вы попрощались при старте. Путешествовать в будущее просто, а как быстро вы будете перемещаться - вопрос исключительно ваших технологических возможностей. Это абсолютно не противоречит фундаментальным законам физики. Однако в какой-то момент вам захочется вернуться обратно, и тут вы столкнетесь с настоящими трудностями. Главные проблемы путешествия во времени связаны как раз с путешествием в прошлое.

  
  

  В целом я считаю книга не для новичков,  не смотря на то, что там есть большой блок объясняющий базовую космологию и физику, всё же нужно иметь фундамент базовых знаний заранее иначе к концу книги чтение превратится в переработку буквенных символов, а не осознанное чтение с пониманием процессов описываемых автором.

  4

  164