Пять возрастов Вселенной

Адамс Фред

Испускание излучения черными дырами было впервые предсказано более двух десятилетий назад (Hawking, 1974, 1975). И хотя излучение Хокинга до сих пор не обнаружено, а потому остается чисто теоретической концепцией, в общих чертах оно предсказано и описано во многих учебниках (например, Wald, 1984, 1994; Thorne et al., 1986; Birrell and Davies, 1982). Однако из-за отсутствия полной теории квантовой гравитации заключительные мгновения жизни черных дыр до сих пор вызывают споры (например, Russo, Susskind, and Thorlacius, 1992).

Насколько нам известно, теоретическое построение компьютера на основе черных дыр оригинально. Однако базовая идея, связанная с

созданием логических элементов из незнакомых материалов, использовалась и в других контекстах (например, Poundstone, 1985).

Вопрос о том, способна ли Вселенная создавать черные дыры быстрее, чем они испаряются, остается открытым (см., например, Rees, 1984, 1997; см. также Page and McKee, 1981а, Frautschi, 1982).

5. Эпоха вечной тьмы

Содержимое Вселенной в эпоху вечной тьмы следует непосредственно из ее содержимого в предыдущие космологические эпохи (см. также Page and McKee, 1981ab; Barrow and Tipler, 1986). Фоновые излучения будущей Вселенной вычисляются в AL ₉₇; самые большие неопределенности возникают из-за того, что нам точно не известно время жизни протона и распределение масс черных дыр.

Вопрос тепловой смерти Вселенной обсуждался повсеместно с тех самых пор, как был открыт второй закон термодинамики (Helmholtz, 1854; Clausius, 1865, 1868). В контексте теории Большого взрыва вопрос тепловой смерти превращается в вопрос адиабатичности (см., например, Tolman, 1934; Eddington, 1931; Barrow and Tipler, 1978, 1986; Frautschi, 1982; AL ₉₇). Важное ограничение на долгосрочное производство энтропии во Вселенной задается границей Бекенштейна (Bekenstein, 1981).

Образование и распад позитрония в будущей Вселенной вычислен в работе Page and McKee (1981ab). Вопрос продолжения аннигиляции частиц рассмотрен во многих источниках (например, Frautschi, 1982; Barrow and Tipler, 1986; AL ₉₇).

Наверное, самым спекулятивным физическим процессом из рассмотренных в данной книге является возможность будущего фазового перехода, который может быть запущен квантовым туннелированием скалярного поля. Первые подобные расчеты выполнили Voloshin et al. (1975) и Coleman (1977, 1985). Впоследствии эти расчеты были обобщены с целью включения гравитации (Coleman and De Luccia, 1980), влияний конечной температуры (Linde, 1983b) и более общих форм потенциала скалярного поля (Adams, 1993). Обсуждались также космологические следствия фазовых переходов вакуума (Hut and Rees, 1983; Turner and Wilczek, 1982). Когда и если происходит такой фазовый переход, соответственно, могут измениться и законы физики (Crone and Sher, 1990; Sher, 1989; Sukuki, 1988; Primack and Sher, 1980). Родственным процессом является образование новых вселенных (Sato et al., 1982; Blau, Guendelman and Guth, 1987; Hawking, 1987; Farhi, Guth and Guven, 1990; см. также Guth, 1997). Эти новые вселенные, в принципе, могут получать из нашей, материнской, Вселенной информацию и, возможно, даже материю (различные точки зрения см., например, в Visser, 1995; Linde, 1988, 1989; Tipler, 1992).

Заключение

Долгосрочное расширение Вселенной зависит от множества факторов, включая вклад, который вносит в общую плотность энергии вакуум (Weinberg, 1989; Carroll, Press and Turner, 1992), массовую плотность Вселенной (недавний обзор см. в работе Turkok, 1997; см. также Loh and Spillar, 1986) и многие другие соображения (например, Ellis and Rothman, 1993; Gott, 1993; Grischuk and Zel'dovich, 1978).

Хотя

современные данные астрономических наблюдений свидетельствуют о том, что Вселенная продолжит расширяться (Dekel et al., 1997), мы вкратце рассматриваем сценарий, согласно которому Вселенная, или некоторая ее часть, переживет повторное сжатие. Классическое изложение физических событий, ведущих к Большому сжатию, см. в статье Риса (Rees, 1969).

Тонкая настройка нашей Вселенной обсуждается во многих контекстах и связана с «антропным космологическим принципом» (более подробное изложение см. в трудах Barrow and Tipler, 1986; Carr and Rees, 1979). Идея о том, что наша Вселенная — всего лишь одна из множества возможных, в настоящее время вызывает все более пристальное внимание космологии (например, Rees, 1981); последняя популярная трактовка мультиверса и его следствий представлена в книге Риса (Rees, 1997).

На идее вечной инфляции и вечной сложности часто останавливался А.Линде (см., например, Linde, 1986, 1988, 1989, 1990, 1994; см. также Vilenkin, 1983). Понятие дарвиновской эволюции вселенных ввел и описал в своей последней книге Л. Смолин (Smolin, 1997; см. также Rees, 1997).

Ссылки и дополнительная литература

Adams F.С. 1993, General solutions for tunneling of scalar fields with quartic potentials, Phys. Rev. D 48, 2800.

Adams F.C. and M. Fatuzzo, 1996, A theory of the initial mass function for star formation in molecular clouds, Astrophys. J. 464, 256.

Adams F.C. and G. Laughlin, 1997, A dying universe: The long-term fate ana evolution of astrophysical objects, Rev. Mod. Phys. 69, 337.

Adams F.C. and G. Laughlin, 1998, The future of the universe, Sky and Telescope 96, 32.

Adams F.C. G. Laughlin, M. Mbonye, and M. J. Perry, 1998, The gravitational demise of cold degenerate stars, Phys. Rev. D 58, 083003.

Albrecht A. and P.J. Steinhardt, 1982, Cosmology for grand unified theories with radiatively induced symmetry breaking, Phys. Rev. Lett. 48, 1220.

Alpher R.A., H. Bethe and G. Gamow, 1948, The origin of chemical elements. Phys. Rev. 73, 803.

Bahcall J.N., 1989, Neutrino Astrophysics (Cambridge: Cambridge Univ. press).

Bardeen J.M., P.J. Steinhardt and M.S. Turner, 1983, Spontaneous creation of almost scale-free density perturbations in an inflationary universe, Phys. Rev. D 28, 679.

Barrow J.D. and F.J. Tipler, 1978, Eternity is unstable, Nature 276, 453.

Barrow J.D. and F.J. Tipler, 1986, The Anthropic Cosmological Principle (Oxford: Oxford Univ. Press).

Bekenstein J.D., 1981, A universal upper bound to the entropy to energy ratio for bounded systems, Phys. Rev. D 23, 287.

Binney J. and S. Tremaine, 1987, Galactic Dynamics (Princeton: Princeton Univ. Press).

Birrell N.D. and P.C.W. Davies, 1982, Quantum Fields in Curved Space (Cambridge: Cambridge Univ. Press).

Blau S.K., E.I. Guendelman and A. H. Guth, 1987, Dynamics of false-vacuum bubbles, Phys. Rev. D 35, 1747.

Bond J.R., B.J.Carr and C.J.Hogan, 1991, Cosmic backgrounds from primeval dust, Astrophys. J. 367, 420.

Boss A. V. Mannings and S.Russell, 1999, editors, Protostars and Planets IV (Tucson: Univ. Arizona Press).

Burrows A., W.B. Hubbard, D. Saumon and J.I. Lunine, 1993, An expanded set of brown dwarf and very low mass star models, Astrophys. J. 406, 158.

Burrows A. and J. Liebert, 1993, The science of brown dwarfs, Rev. Mod. Phys. 65, 301.