Так почему мы существуем в этой Вселенной?
После десятилетий теоретических мучений физики так и не сошлись на определении, что такое черные дыры. Многие теоретики думают, что область эргосферы описывает их незнание о том, что расположено за горизонтом событий.
Но когда речь заходит об энтропии Вселенной, физики ведут себя как малые дети, упиваясь собственным невежеством.
В апреле прошлого года два теоретика попытались поставить космологическую энтропию на более прочную математическую основу.
Тед Якобсон, физик из Мэрилендского университета, известный тем, что вывел теорию гравитации Эйнштейна из термодинамики черных дыр, и его аспирант Батул Банихашеми дали четкое определение энтропии в рамках расширяющейся вселенной де Ситтера.
Они приняли точку зрения наблюдателя, находящегося в центре смоделированного космоса. Их метод включал добавление фиктивной поверхности между центральным наблюдателем и горизонтом, а также уменьшение поверхности до тех пор, пока она не достигнет центрального наблюдателя и не исчезнет.
Таким образом они отреагировали на тезис Гиббонса- Хокинга о том, что энтропия равна одной четверти площади горизонта. Они пришли к выводу, что энтропия де Ситтера учитывает все возможные микросостояния внутри горизонта ЧД.
Параллельно другие физики, Турок и Бойл, вычислили ту же энтропию, что и Якобсон и Банихашеми для пустой вселенной де Ситтера.
Но в новом расчете, относящемся к реалистичной вселенной, заполненной материей и излучением, они получили гораздо большее число микросостояний - пропорциональное объему, а не площади.
Столкнувшись с этим очевидным противоречием, ученые предположили, что разные энтропии отвечают на разные вопросы.
В частности, меньшая энтропия де Ситтера подсчитывает микросостояния чистого пространства-времени, ограниченного горизонтом, в то время как большая энтропия определяет количество всех микросостояний пространства-времени, наполненного материей и энергией, как внутри, так и за горизонтом.
"Это полный набор", - уверен Турок.
В конечном счете, решение вопроса потребует более четкого математического определения ансамбля микросостояний, аналогичного тому, что Якобсон и Банихашеми сделали для пространства де Ситтера.
Банихашеми настаивает: расчет энтропии Бойла и Турока является ответом на вопрос, «который еще предстоит понять».
Но предлагаемые решения не отвечают на вопрос: "Почему существует эта Вселенная?". Впрочем, космологи говорят, что инфляция и мультивселенная далеки от смерти.
Современная теория инфляции, в частности, позволила решить не только вопрос о гладкости и плоскостности Вселенной. Наблюдения за небом соответствуют многим предсказаниям.
В то же время ученые думают, что энтропийный аргумент Турока и Бойла прошел достойное первое испытание, но для серьезного соперничества с инфляционной теорией потребуется более детальная работа с астрофизическими данными.
Как и подобает величине, измеряющей незнание, загадки, связанные с энтропией, и раньше служили предвестниками альтернативной физики.
В конце 1800-х годов точное понимание энтропии с точки зрения молекулярного подхода помогло подтвердить существование атомов.
Сегодня есть надежда, что если исследователи, рассчитывающие космологическую энтропию разными способами, смогут точно определить, на какие вопросы они отвечают, то эти цифры помогут им прийти к аналогичному пониманию времени и пространства, формирующими Вселенную.
"Наш расчет дает огромную дополнительную мотивацию для людей, которые пытаются построить микроскопические теории квантовой гравитации", - полагает Турок.
"Потому что перспектива состоит в том, что эта теория в конечном итоге объяснит крупномасштабную геометрию Вселенной".
По материалам Quanta Magazine