Пенроуз и нобелевские черные дыры 2020

Британец Роджер Пенроуз (р. 1931) получил на 90-м году жизни заслуженную Нобелевскую премию по физике с такой формулировкой: «за открытие того, что формирование черных дыр является надежным предсказанием общей теории относительности». Вторую половину премии поделили наблюдатели: немец Рейнхард Гензель и американка Андреа Гез удостоились этой почетной награды «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей галактики». Вот информация о лауреатах от «КП»: https://www.kp.ru/online/news/4037418/ и ТАСС https://nauka.tass.ru/nauka/9639141:
Безусловно, открытие сверхмассивной черной дыры в центре Млечного пути, заслуживает нобеля. Но я хочу остановиться на вкладе в науку, который сделал Пенроуз, причем, лишь в нескольких её направлениях, связанных с гравитацией и космологией. Это мой личный выбор, не претендующий на объективность. Я бегло просмотрел книжную полку – и нашел на ней, как минимум, 6 книг Пенроуза: две на русском и четыре на английском. Вот оттуда сейчас и черпанём. Пенроуз – уникальная фигура в современной науке:

1. Новый нобелевский лауреат называет теорию инфляции, теорию струн и прочие мультиверсы прямо: фантазиями, модой и т.д. ( см. «Fashion, Faith and Fantasy in the New Physics of the Universe” 2016). На вопрос «КП» он отвечает: «Нет никаких параллельных вселенных» https://www.kp.ru/daily/26061.4/2970343/ У него есть классификация научных теорий: «превосходные, полезные и пробные». В космологии к первым он относит ОТО, к вторым – концепцию Большого Взрыва – а всё остальное космологическое кипение он относит к пробным гипотезам, не получившим экспериментального подтверждения. Хотя если послушать многих космологов (но – увы! - не Нобелевских лауреатов), то порядок будет обратный: инфляция – супертеория, а ОТО уже они давно переросли.

2. Имя Пенроуза вместе с Хокингом, связывают с теоремой о сингулярности. Цитирую ТАСС: «В 1969 году вместе с астрофизиком Стивеном Хокингом Пенроуз доказал, что вещество в черной дыре сжимается до состояния сингулярности, когда масса достигает бесконечной плотности и нулевого объема». Это чрезвычайно интересное преувеличение, которое стало характерным не только для прессы, но и для многих учёных. Возьмем книгу Пенроуза «Структура пространства-времени», 1972 (перевод английского издания 1968). Вот что в ней говорится на стр.161-164 про теоремы о сингулярности: «Теорема II… применима только к пространственнокомпактной вселенной, удовлетворяющей условию (неравенству), которое может выполняться и в реальной вселенной, но которое невозможно проверить путем наблюдений». «С учетом уравнений Эйнштейна…, требование IIв является энергетическим условием…, которое (если ещё лямбда=0) очень разумно с физической точки зрения». Если перевести это на общепонятный язык, то получится следующее: если принять некие определенные физические условия, которые выглядят «разумными», особенно если космологическая постоянная равна нулю (или антигравитация отсутствует), то мы получим, что Вселенная при коллапсе должна сжаться в точку с бесконечной плотностью и кривизной. Никакие фокусы – типа промахнуться мимо центра сжатия и снова улететь на бесконечность – не помогут. Важнейшую оговорку про «определенные физические условия» народ прочно игнорирует. Я лично воспринимаю теоремы Пенроуза-Хокинга о сингулярностях следующим образом:

- Бесконечной плотности (=сингулярностей) в природе существовать не может;
- Пенроуз-Хокинг доказали, что при выполнении определенных условий, сингулярности неизбежны;
- Таким образом, эти полезные теоремы дают важный список определенных условий, которые должны быть изучены, чтобы понять – какие из них в реальном мире нарушаются, что приводит к нереалистичности математических теорем Пенроуза-Хокинга (то есть к неприменимости их к Вселенной). Вообще говоря, открытие того, что Вселенная имеет космологическую постоянную больше нуля, уже делает принятые условия достаточно сомнительными.
Тем не менее, все дружно говорят о неизбежности сингулярностей, упрощая ситуацию до бессмысленности. Аналогичный пример: долгое время утверждали, что математические КАМ-теоремы доказывают стабильность планетной системы. Но была малозамеченная оговорка – доказано для 99.9% (точно не помню) орбит - за исключением резонансных. А когда научились считать на машинах динамику всех планет, то оказалось, что именно эта ничтожная доля резонансных орбит делает систему нестабильной – и планеты заметно двигаются. Теоремы КАМ не стали неправильными (и остались шедеврами математики), но они стали во многом неприменимы к реальной системе. Это важный урок. В теоретической физике все построено на тонкостях и на внимании к деталям. Кто привык игнорировать тонкости и детали, тому надо идти в бульдозеристы или в еще какую-нибудь размашистую профессию.

3. Пенроуз одним из первых (или вообще первый, не уверен) показал, что вся энтропия Вселенной сидит в сверхмассивных черных дырах в центрах галактик (да-да – в именно тех, которые открыли другие нобелевские лауреаты - 2020). Он пишет об этом в «Новом уме короля» (2003), где также указывает, что слияние черных дыр и всей материи Вселенной в момент коллапса порождает одну мегадыру с колоссальной энтропией в 10^123 (для сравнения – вся энтропия фотонно-барионной компоненты Вселенной примерно на 40 порядков меньше). Обратите внимание: для многих учёных черные дыры были неким экзотическим продуктом звездной эволюции – типа нейтронных звёзд. Но Пенроуз придает черным дырам колоссальное значения – потому что именно в них сидит вся энтропия Вселенной. И вообще говоря, бессмысленно рассматривать любую циклическую модель вселенной, в которой не решается проблема стремительного роста энтропии вместе с ростом черных дыр. Между прочим, в модели Поплавского, в которой Вселенная пульсирует в огромной черной дыре, проблема накапливающихся внутренних дыр и их энтропии полностью игнорируется. Явно неудовлетворительно проблема черных дыр и их энтропии рассматривается и в разрекламированной экпиротической циклической модели Стейнхарда-Турока. Пенроуз говорит в своей книге «Fashion, Faith and Fantasy in the New Physics of the Universe”, что при любых сценариях: “black holes should still be around and would represent, by an absolutely vast factor, the major contribution to the universe’ entropy… It is not at all clear to me why they could be ignored in the proposed ekpyrotic crunch-to-bang transition!” «черные дыры должны по-прежнему существовать, и они будут доминировать, с колоссальным коэффициентом, в энтропии Вселенной… Мне совсем не ясно, почему они могут быть проигнорированы в предлагаемом экпиротическом переходе от сжатия к взрыву!”

4. Пенроуз является сторонником циклической космологии – и сам предложил такую модель (см его книгу “Cycles of time”, 2011), которую попытался проверить на наблюдениях вместе с моим старым знакомым Ваагном Гурзадяном. Он решает в ней проблему черных дыр – правда, гипотетическим конформным преобразованием (предположим, что очень большая Вселенная в конце своего цикла внезапно почему-то превратилась в очень маленькую Вселенную в начале своего цикла) и колоссальным периодом цикла, за который даже огромные черные дыры должны испариться.

Вообще говоря, единственная теория циклической Вселенной, которая аккуратно, без экзотических предположений и за разумное время цикла рассматривает проблему черных дыр и энтропии – это моя теория. И именно она, благодаря бешеному сопротивлению российских инфляционистов, никак не может опубликоваться на русском, невзирая на публикацию основных результатов на английском. Отчего я полагаю, что российская фундаментальная космология скорее мертва, чем жива – и явно мертвее британской науки, где ещё есть Пенроуз и MNRAS с рецензентами, у которых еще есть мозг.
Осталось только поздравить Роджера Пенроуза с заслуженной наградой!