Рассеивание галактик — тема, которая объединяет планету. Да не вмешается никакое «космическое отталкивание», чтобы разделить нас!
Нельзя выводить истинность теории из ее неопровержимости.
Наука не демократична.
Тысячелетиями люди представляли Вселенную неподвижной, закованную в хрусталь или покоящуюся на черепашьих панцирях. Сейчас мы знаем, что во Вселенной движется все, но до сих пор не знаем почему. Самое грандиозное движение Вселенной — это ее расширение после Большого взрыва. Причина Большого взрыва и ускоренного расширения нашего мира — это самая большая тайна Вселенной, и она скрыта в ее прошлом.
Трое российских космологов — А. Д. Долгов, Я. Б. Зельдович и М. В. Сажин в книге «Космология ранней Вселенной» (1988) лаконично изложили историю космологии XX века так: «Раньше наибольшей популярностью пользовалась точка зрения, согласно которой наш цикл расширения явился продолжением предыдущего цикла сжатия. Существовала модель пульсирующей Вселенной. Однако эта картина не избавляла от вопроса о происхождении Вселенной, она просто отодвигала его на несколько циклов раньше. Дело в том, что во время каждого цикла должна возрастать энтропия Вселенной и в результате увеличиваться ее радиус в точке максимального расширения. Поэтому очевидно, что бесконечного числа циклов быть не могло... Некоторой модификацией модели пульсирующей Вселенной явилась модель „отскока“ от сингулярности... Сейчас, однако, наиболее привлекательной выглядит идея квантового рождения мира, или рождения из „ничего“».
Циклическая модель XX века потеряла популярность еще и потому, что она не могла объяснить причину Большого взрыва, а также найти объекты, которые отвечают за темную материю. Эта невидимая тяготеющая масса не только «раскручивает» внешние области дисков галактик, как следует из астрономических наблюдений, но и доминирует в скоплениях галактик, в несколько раз превосходя суммарную массу всех звезд и облаков.
Инфляционная квантовая космология, развиваемая Аланом Гусом и другими инфляционистами с 1981 года, предложила к концу XX века простую и логичную картину квантового рождения и эволюции Вселенной. Согласно квантовой космологии, наша Вселенная «одноразовая» и незамкнутая, то есть имеет один цикл развития — от Большого взрыва до неограниченного расширения и «тепловой смерти» — медленного остывания к абсолютному температурному нулю. Возникла Вселенная из «ничего», или из сингулярной точки с бесконечной плотностью, рассчитать происходящее в которой известные законы физики не позволяют. За кратковременное ускоренное расширение Вселенной после Большого взрыва отвечает гипотетическое квантовое поле — инфлатон, а за темную материю — неоткрытые элементарные частицы ВИМПы (WIMP Weakly Interacting Massive Particles), практически никак не взаимодействующие с обычным веществом, кроме как через тяготение. Инфляционисты рассчитывали, что будущая теория квантовой гравитации объяснит и обоснует инфлатон с ВИМПами, а также почти мгновенное расширение Вселенной из точки сингулярности, из которой, вообще-то, ничего расширяться не должно.
В 1998 году был открыт важнейший астрономический факт: поле галактик расширяется ускоренно. Это означает, что во Вселенной в настоящее время действует таинственная антигравитация, которая противостоит тяготению галактик друг к другу и которая в первом приближении хорошо описывается космологической константой, введенной А. Эйнштейном в 1917 году. По аналогии с темной материей эту антигравитацию назвали темной энергией, что вызывает немало путаницы среди читателей популярных статей. Квантовые космологи предложили на роль темной энергии отрицательное квантовое давление вакуума, завершив на этом построение стандартной модели квантовой космологии. Почти два десятка лет такая картина мира оставалась общепринятой. В научно-популярной газете «Троицкий вариант» от 3 июня 2014 года ее главный редактор и астрофизик Борис Штерн торжественно заявил: «Теория инфляции стала новой революцией в космологии, затеянной в начале 80-х и триумфально завершающейся сейчас на наших глазах...»
Однако уже в 2015 году ситуация кардинально изменилась: специалисты заговорили о кризисе в квантовой космологии — и даже о новой революции в науке о Вселенной. Причины этого кризиса прозрачны.
Во-первых, несмотря на титанические усилия сотен теоретиков, квантовая теория гравитации (как и долгожданная квантовая «теория всего») так и не была создана, поэтому ни инфлатон, ни ВИМПы не получили теоретического обоснования ни в этих теориях, ни в каких-либо других. Проблема гравитационной сингулярности также осталась нерешенной. Попытка рассчитать отрицательное давление квантового вакуума (или величину темной энергии) в рамках существующих теорий дает величину или равную нулю, или на 120 порядков выше наблюдаемых значений. Последняя оценка стала знаменита как «самое плохое предсказание» в теоретической физике.
Во-вторых, тщательные и весьма дорогостоящие поиски на подземных и космических детекторах всех типов, а также на ускорителях (включая БАК — Большой адронный коллайдер), не обнаружили никаких ВИМПов. Темная материя и темная энергия стали загадками без ответа.
В-третьих, ключевым событием стало открытие в 2015 году гравитационных волн на гравитационном детекторе ЛИГО. Его измерения показали, что эти волны, возникшие при слиянии двух черных дыр, уносят около 5 % их суммарной массы, что эквивалентно примерно трем массам Солнца. ЛИГО доказал, что у черных дыр есть огромная и до сих пор остававшаяся незамеченной космологическая роль: их слияния изменяют гравитационную массу Вселенной (оставляя неизменным баланс инертной массы и энергии). Кроме того, ЛИГО зарегистрировал необычно много следов слияний черных дыр в единицу времени — в тысячу раз больше, чем ожидали астрономы. Поэтому черные дыры стали реальными претендентами на роль темной материи, с совокупной массой больше, чем у обычной материи. Ряд исследователей предложил и объяснение тому, что эти многочисленные объекты трудно заметить по создаваемым ими гравитационным линзам. Было показано, что если черные дыры небольших масс гравитационно ведут себя как звезды, из которых они образовались, то гравитационная неустойчивость будет создавать компактные шаровые скопления из черных дыр. Это кластерирование черных дыр резко уменьшает вероятность их обнаружения с помощью гравитационного линзирования.
В-четвертых, в 2020 году из анализа данных космической обсерватории «Планк» был сделан вывод, что Вселенная не плоская, а, с вероятностью 99 %, замкнута. Следовательно, она не будет разлетаться бесконечно, что противоречит предсказанию квантовой теории инфляции о плоской геометрии вечно расширяющейся Вселенной, остывающей в «тепловой смерти». Статья с этими результатами называлась «Свидетельство „Планка“ о замкнутой Вселенной и возможный кризис космологии» и была опубликована в Nature. Аналогичный вывод делался раньше и на основе данных спутника WMAP. Кроме того, к настоящему времени накопились убедительные данные о глобальной анизотропии Вселенной и о непостоянстве постоянной Хаббла, что тоже противоречит существующей космологической парадигме и свидетельствует о ее кризисе.
В свете волны новых данных идея квантового рождения мира из «ничего» уже не выглядит «наиболее привлекательной». В 2017 году на страницах журнала «Scientific American» даже развернулась беспрецедентная бурная дискуссия о научности (!) теории инфляции, которая имеет слишком много вариантов и подгоночных параметров, поэтому оказывается фактически неопровержимой, а значит, не является наукой с точки зрения критериев, предложенных известным философом Карлом Поппером. Застрельщиками дискуссии были ведущие астрономы Принстонского и Гарвардского университетов, которые выразились о теории инфляции предельно жестко: «теория, которая может предсказать все что угодно, ничего не предсказывает». Безусловно, против этого мнения выступило множество квантовых оппонентов, но примечателен сам факт такой дискуссии.
Неудивительно, что с начала XXI века активно развиваются модели циклической космологии, которые переживают второе рождение. В последние годы удалось решить проблемы энтропии и сингулярности, не выходя за рамки общей теории относительности. Был предложен механизм Большого взрыва и современного ускорения Вселенной на основе взаимных превращений гравитационных волн и черных дыр. Модель циклической Вселенной, базирующаяся на общей теории относительности Эйнштейна, оказалась способной объяснить все наблюдаемые особенности Вселенной без введения гипотетических полей и частиц.
Труд, процитированный в начале предисловия, был последней космологической книгой академика Я. Б. Зельдовича (1914–1987). В ней предполагалось, что наиболее вероятным кандидатом на роль темной материи являются нейтрино с энергией 20 электрон-вольт. Эта идея впоследствии не подтвердилась, и А. Д. Долгов стал активно развивать более реалистичную модель, в которой темная материя определяется черными дырами. Отметим, что такое предположение хорошо согласуется с современными моделями циклической Вселенной. М. В. Сажин предложил в 1978 году метод регистрации низкочастотных гравитационных волн с помощью наблюдения пульсаров. Этот метод принес блестящие плоды к 2020–2021 годам, когда с его помощью североамериканскими (NANOGrav) и австралийским (PPTA) радиотелескопами были обнаружены наногерцовые гравитационные волны, которые являются реликтовыми волнами, аналогами реликтового микроволнового излучения. Это открытие тоже свидетельствует в пользу циклической Вселенной, которая уверенно набирает очки в соревновании с другими моделями.
Данная книга — первая, в которой доступно излагается история космологии циклической Вселенной от Иммануила Канта до наших дней. Она описывает революцию в космологии XXI века и содержит свежие новости с фронта передовых исследований, вызывающих острую полемику среди ученых. Книга рассчитана на широкий круг читателей, и поэтому ее основной текст почти не содержит формул. Для заинтересовавшихся читателей и специалистов в Приложении II размещен обзор по циклической космологии с уравнениями. Этот обзор, как части III и IV данной книги, базируется на научных статьях Н. Горькавого, А. Василькова, Дж. Мазера и С. Тюльбашева (см. список литературы после предисловия).
Новая космологическая революция открыла дверь в удивительную и глубоко логичную Вселенную, состоящую из массивных черных дыр, мощного гравитационного излучения и легкой барионной компоненты, которая смогла породить жизнь и пытливый разум.
Автор выражает благодарность Александру Василькову, Джону Мазеру, Сергею Тюльбашеву, Александру Кашлинскому, Дмитрию Макарову, Алексею Богомазову и Алексею Моисееву за полезные обсуждения и ценные замечания. Особая признательность Александру Березину, который подал идею написания данной книги и принял активное участие в этом проекте. Автор благодарит издательство Челябинского государственного университета и ректора Сергея Таскаева за поддержку и издание данной книги.
Во втором издании добавлен параграф 20.3 «Реликтовые килогерцовые гравитационные волны», а также внесен ряд небольших исправлений и добавлений, включая данные о важных статьях 2023–2024 годов, в том числе: Gorkavyi N. «Entropy of Black Holes and an Oscillating Universe», 2023. В начале 2024 года модель темного гало Галактики была уточнена по данным астрометрического спутника Gaia. Старые оценки ожидаемого количества событий линзирования оказались значительно завышенными. Это снимает ограничения на количество дыр в гало Галактики, которые накладывали наблюдения в проектах типа MACHO, и укрепляет позиции модели темной материи из черных дыр.
Gorkavyi N. Origin and Acceleration of the Universe without Singularities and Dark Energy. Bulletin of the American Astronomical Society. 2003, 35, #3. http://www.aas.org/publications/baas/v35n3/aas202/404.htm.
Gorkavyi N., Vasilkov A. A repulsive force in the Einstein theory. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2016, 461 (3): 2929–2933. https://doi.org/10.1093/mnras/stw1517.
Gorkavyi N., Vasilkov A. A modified Friedmann equation for a system with varying gravitational mass. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2018, 476 (1): 1384–1389. https://doi.org/10.1093/mnras/sty335.
Gorkavyi, N., Vasilkov, A., Mather, J. A Possible Solution for the Cosmological Constant Problem. In Proceedings of the 2nd World Summit on Exploring the Dark Side of the Universe (EDSU2018) Eds: B. Vachon and P. Petroff, Point a Pitre, Guadeloupe, France, 25–29 June 2018. https://pos.sissa.it/335/039/pdf, https://doi.org/10.22323/1.335.0039.
Горькавый Н. Н., Тюльбашев С. А. Черные дыры и нейтронные звезды в осциллирующей Вселенной // Астрофизический бюллетень. 2021, т. 76, № 3.С. 285–305 (Gorkavyi N. N., Tyul'bashev S. A. Black holes and neutron stars in an oscillating Universe. Astrophys. Bull., 2021, 76, 229–247. https://doi.org/10.1134/S199034132103007X).
Gorkavyi N. Gravitational wave background discovered by NANOGrav as evidence of a cyclic universe. New Astronomy. 2021, 91: 101698. https://doi.org/10.1016/j.newast.2021.101698.
Gorkavyi N. Accretion of Galaxies around Supermassive Black Holes and a Theoretical Model of the Tully-Fisher and M-Sigma Relations. Galaxies. 2022, 10: 73. https://doi.org/10.3390/galaxies10030073.
Gorkavyi N. Entropy of Black Holes and an Oscillating Universe. Preprints. 2023, 2023111978. https://doi.org/10.20944/preprints202311.1978.v1.
Популярное изложение и обсуждение модели циклической Вселенной, состоящей из черных дыр и гравитационных волн:
Бирюков Антон, Котляр Павел. «Вы хороните темную энергию?» — «Полагаю, что да». Газета. ру, 1 августа 2016. https://www.gazeta.ru/science/2016/08/01_a_9717293.shtml.
Березин Александр. Русские физики сенсационно предложили заменить темную энергию антигравитацией. Life, 3 августа 2016. https://life.ru/p/885692.
Березин Александр. Темная материя и энергия провалились в черную дыру. ТАСС, 31 декабря 2018. https://nauka.tass.ru/sci/6816495.
Березин Александр. Сжимающаяся Вселенная столкнет нас в черную дыру. Но заметить конец света будет непросто. Naked Science, 8 августа 2021. https://naked-science.ru/article/physics/universe-phoenix.
Березин Александр. Темная материя: что на самом деле представляет собой самое загадочное вещество Вселенной. Популярная механика, 21 марта 2022. https://www.popmech.ru/science/467972-temnaya-materiya-zagadochnoe-veshchestvo-vselennoy/.
Горькавый Николай. Вселенная как феникс. За науку! 17.12.2018. https://zanauku.mipt.ru/2018/12/17/vselennaya-kak-feniks/.
Горькавый Николай. Вселенная: новая модель. За науку! 30.04.2019. https://zanauku.mipt.ru/2019/04/30/vselennaya-novaya-model/; https://zanauku.mipt.ru/2019/04/30/diskussiya/.
Сафин Руслан. До Большого взрыва. Астрофизик Николай Горькавый предлагает пересмотреть историю Вселенной. Южноуральская панорама, 18 июля 2016. https://up74.ru/articles/obshchestvo/86757/?sphrase_id147722.
Сафин Руслан. Внутри черной дыры. Астроном Николай Горькавый нашел центр Вселенной. Южноуральская панорама, 20 марта 2018. https://up74.ru/articles/obshchestvo/101456/?sphrase_id338354.
Siegel Ethan. Ask Ethan: Could The Energy Loss From Radiating Stars Explain Dark Energy? Bigthink.com, June 30, 2018. https://bigthink.com/starts-with-a-bang/ask-ethan-could-the-energy-loss-from-radiating-stars-explain-dark-energy/ (перевод: «Спросите Итана: могут ли потери на излучение звезд объяснить темную энергию?», 7 июля 2018. https://habr.com/en/post/416433/).
Масленников Кирилл. Циклическая Вселенная. Что будет после того, как Вселенная сожмется? 18 августа 2021. QWERTY. https://www.youtube.com/watch?vxWKj5yJRk74.
Горькавый Николай. Вселенная, пульсирующая в черной дыре. Наука и жизнь, декабрь 2022. С 2–14. https://www.nkj.ru/archive/articles/46846/.
Горькавый Николай. Цикличность Большого взрыва. Наука и жизнь, январь 2023. С 2–11. https://www.nkj.ru/archive/articles/47321/; https://www.nkj.ru/archive/articles/47351/ (дискуссия).
Две последние популярные статьи представляют собой самое свежее и полное научно-популярное изложение модели пульсирующей Вселенной. Обсуждение циклической космологии с переменной гравитационной массой, которое бурно велось в научно-популярных журналах, социальных сетях и в интернете (см., например, дискуссии на Хабре: https://habr.com/en/post/396601/; https://habr.com/en/post/371363/), показали, что циклическая модель оказалось непростой для восприятия даже среди физиков-профессионалов. Павел Иванов из ФИАН (Москва) ошибочно решил, что на роль темной энергии мы выдвигаем гравитационное излучение. Известный американский популяризатор Итан Зигель снисходительно заявил, что мы спутали антигравитацию и уменьшение притяжения. Марек Абрамович из Польши невнимательно прочитал статью и сделал неправильный вывод, что мы используем фиктивную координатную антигравитацию Гильберта, известную еще с 1917 года. Были случаи, когда критик вообще не читал статью и не проверял формулы, но уверенно заявлял: «Я категорически с этим не согласен». Были ничем не подкрепленные заявления о том, что наши расчеты неправильные и в них сделаны неверные приближения. Была критика тезиса о том, что гравитационные волны не являются источниками гравитационного поля, хотя эта трактовка общей теории относительности принадлежит самому А. Эйнштейну.
Наши критики пытались, но не смогли опубликовать свои малообоснованные возражения в реферируемых журналах. Бурное многообразие ошибочных реакций на положения теории, которые мы считали достаточно прозрачными, доказало необходимость книги, где физику циклической космологии можно изложить гораздо подробнее и глубже, чем это можно сделать в специализированных статьях. Мы благодарим наших читателей за интерес к обсуждаемой модели Вселенной и наших критиков за их неравнодушие.
Нобелевский лауреат Филип Андерсон в 2018 году высказался о необходимости построения космологии с переменной массой. В том же году аналогичные соображения развил другой нобелевский лауреат, Джон Мазер. Мысли этих двух выдающихся физиков являются ярким индикатором наступающих в космологии перемен и наилучшим введением к этой книге, поэтому ниже мы приводим переводы тезисов Андерсона и Мазера.
Филип Уоррен Андерсон (1923–2020) был одним из самых выдающихся и влиятельных физиков второй половины XX века. За 50-летнюю карьеру в Bell Labs, Кембриджском и Принстонском университетах он продемонстрировал превосходный вкус, глубокую интуицию и выдающиеся творческие способности, пытаясь понять, как устроена природа... Будущие историки будут считать его одним из величайших ученых мира.
«Темная энергия как гравитационное излучение» (март 2018) (из Anderson Ph. W. «Four last „conjectures“», https://arxiv.org/abs/1804.11186, 2018)
В ходе недавних наблюдений гравитационного излучения от столкновений черных дыр было подсчитано, что масса образующейся дыры на несколько солнечных масс (около трех, я полагаю) меньше суммы масс исходной пары, и, следовательно, сферическая оболочка из гравитационного излучения, проходящая мимо нас, переносит эквивалентную энергию. Если бы мы теперь измерили массу остатка, то нашли бы его легче на 3 солнечных массы, и если бы мы вычислили локальную плотность вещества этого сектора, мы должны были бы заключить, что 3p + ρ, член источника для гравитационного поля, уменьшился на эту сумму. Излучение от этого события не добавило гравитирующей плотности где-то еще во Вселенной с точки зрения воздействия на нас, потому что оно миновало нас со скоростью света и находится вне наблюдаемого нами сектора Вселенной. Оно не было рассеяно за значительную долю времени Хаббла, пока оно летело к нам, и мы должны предположить, что оно не будет рассеяно и далее или не составит гравитационного «послесвечения», которое мы могли бы наблюдать. Мы должны заключить, что, хотя и немного, но этот эффект заметно уменьшает суммарное притяжение и, следовательно, наше расширение замедляется меньше, то есть мы ускоряемся. Этот последний момент является сутью данного аргумента: излучение не сохраняет полную массу, с нашей точки зрения; масса необратимо теряется в той части Вселенной, где происходит такое событие.
Сейчас сумма таких событий может не иметь большого значения для космологических уравнений, поскольку эти события относительно редки. Но мы знаем, что значительная часть массы многих галактик приходится на центральную черную дыру, которая создавалась подобными слияниями, излучавшими прочь некоторую заметную часть исходной массы. То есть такие черные дыры должны быть легче, чем общая масса вещества, из которого они образовались.
Фактически процесс генерации гравитационного излучения происходит во Вселенной повсюду и постоянно — например, пара пульсаров, обнаруженная Тейлором и Хюлзом, непрерывно излучает свою гравитационную потенциальную энергию, как показывают наблюдения. Недавно найден объект, который был предварительно идентифицирован как черная дыра, возникшая в результате столкновения двух галактик и их сопутствующих массивных черных дыр, и я не видел оценки частоты таких событий в прошлом. Дело в том, что все это излучение создается необратимыми процессами, рассеивающими энергию, которая, согласно измерениям здесь и теперь, не дает вклад в суммарное гравитационное самопритяжение Вселенной, насколько мы можем это оценить. Наблюдаемая Вселенная становится легче с какой-то неизвестной скоростью, в зависимости от величины необратимо улетевшего излучения. По-видимому, заметное количество гравитационной потенциальной энергии необратимо излучалось в процессе образования звезд, галактик и черных дыр. Это, по-видимому, не учитывается в современной космологии и может быть частью или даже всей темной энергией, которая теперь постулируется. Я не смог убедить себя в том, участвует ли какая-либо часть спектра электромагнитного излучения в том же необратимом эффекте. Предполагается, что реликтовое излучение находится в тепловом равновесии, поэтому эти соображения к нему не применимы; но отдельные события, такие как сверхновые, — это другое дело. В любом случае это важно, если гравитационная энергия исчезает, и нам нужно знать, сколько ее излучается и образует фон, который мы только начинаем учиться измерять.
«Большие космологические вопросы» (декабрь 2018) (из статьи Gorkavyi N., Vasilkov A., Mather J. A Possible Solution for the Cosmological Constant Problem. In Exploring the Dark Side of the Universe. Eds: Vachon B. and Petroff P. PoS(EDSU2018)039, https://pos.sissa.it/335/039/pdf, 2018)
Мы знаем сегодняшнюю Вселенную: далекие галактики, убегающие от нас; космическое микроволновое фоновое излучение[1]; распространенность химических элементов и свидетельства в пользу темной материи и темной энергии. Мы имеем относительно простую теорию расширения примерно с семью параметрами, которая очень хорошо описывает наблюдения. Но некоторые загадки остались, и речь идет не только о темной материи, темной энергии и квантовой гравитации. Возможно, пора провести еще немного мысленных экспериментов.
Что, если нынешняя Вселенная перестанет расширяться, скажем, потому что темная энергия имеет уравнение состояния, которое нам неизвестно, или, может быть, она не то, что мы думаем? Что случится с объектами, которые мы видим сегодня? Как они будут себя вести, если будут собраны вместе в каком-то гигантском сжатии? Будут ли звезды раздавлены и измельчены, испарятся ли в облака элементарных частиц или они упадут в черные дыры и исчезнут из поля зрения? Будут ли черные дыры поглощать все, включая темную материю, которую мы считаем найденной? Что может остановить этот коллапс, если это вообще возможно? Будет ли коллапс иметь достаточную симметрию, чтобы Вселенная снова стала гладкой, или она разделится на отдельные части вроде черных дыр? Другими словами, сможет ли наша нынешняя Вселенная испытать отскок, а потом перестать расширяться и снова сколлапсировать? Что происходит с энтропией — она продолжает расти или, может быть, мы не знаем, как вычислить энтропию бесконечной системы?
Или какая предыдущая Вселенная может совершить такой отскок, чтобы создать нашу Вселенную? Идея отскока Вселенной очень старая, и именно она стояла за поиском космического микроволнового фонового излучения Робертом Дикке. Идея отскока является интересной альтернативой инфляционной теории. Как мы можем различить их экспериментально?
И связанный с этим вопрос: что происходит с общей скоростью расширения по мере того, как гравитационная масса меняет форму, переходя между энергией покоя, кинетической энергией, энергией излучения, черными дырами и гравитационными волнами? В частности, полна ли формулировка Эйнштейна, связывающая кривизну с тензором[2] энергии-импульса, и дает ли гравитационное излучение вклад в тензор энергии-импульса, а также и в дополнительную кривизну? Жерар 'тХоофт пишет[3]: «Я подчеркиваю, что любая модификация уравнений Эйнштейна во что-то вроде , где будет чем-то вроде „гравитационного вклада“ в тензор напряжения-энергии-импульса, явно ошибочна. Запись такого варианта выдает полное непонимание сути общей теории относительности. Энергия и импульс гравитационного поля полностью учитываются нелинейными частями оригинального уравнения».
Возможно, нам нужно разделить (по крайней мере, мысленно) члены космологической кривизны нулевой частоты от высокочастотных членов кривизны, представляющих распространяющиеся гравитационные волны. Тогда мы могли бы представить плотность энергии в виде распространяющихся волн как эквивалентный источник, который естественным образом заменил бы импульсно-энергетические члены материальных полей и черных дыр по мере их превращения. Это не было бы уходом от общей теории относительности, а только разделением нулевых или низкочастотных членов от высокочастотных членов. Если 'тХоофт полностью прав, то это должно быть эквивалентно нелинейным частям исходного уравнения.
Например, когда сливаются две черные дыры, энергия гравитационной волны распространяется наружу, а масса новой черной дыры меньше массы сливающихся партнеров, по крайней мере по всем вычислениям общей теории относительности, которые вполне соответствуют наблюдениям. Должны ли мы увидеть внезапное радиальное ускорение по мере прохождения мимо нас расширяющейся оболочки гравитационного излучения? Аналогичная идея была высказана недавно Филипом У. Андерсоном[4]...
Если бы Земля внезапно уменьшила массу, мы ожидали бы изменение гравитационного притяжения к ней. Мы открыли поперечные гравитационные волны, но как насчет монопольного члена? Об этом было много дискуссий в контексте общей теории относительности. Знаем ли мы, как применить к этой ситуации теорему Биркгофа? Аналогично, и это, вероятно, уже известно, что происходит с энтропией и информацией в черных дырах, когда они сливаются? И, кроме чистой теории, существует ли какой-либо возможный эксперимент, который можно было бы осуществить, чтобы проверить эти предсказания? Кстати, будут ли другие теории гравитации давать различающиеся прогнозы?