Після десятиліть теоретичних мук фізики так і не зійшлися на визначенні, що таке чорні діри. Багато теоретиків думають, що область ергосфери описує їхнє незнання про те, що розташоване за горизонтом подій.
Але коли мова заходить про ентропію Всесвіту, фізики поводяться як малі діти, впиваючись власним невіглаством.
У квітні минулого року двоє теоретиків спробували поставити космологічну ентропію на більш міцну математичну основу.
Тед Якобсон, фізик з Мерілендського університету, відомий тим, що вивів теорію гравітації Ейнштейна з термодинаміки чорних дірок, і його аспірант Батул Баніхашемі дали чітке визначення ентропії в рамках всесвіту, що розширюється, де Сіттера.
Вони взяли точку зору спостерігача, який перебуває в центрі змодельованого космосу. Їхній метод включав додавання фіктивної поверхні між центральним спостерігачем і горизонтом, а також зменшення поверхні доти, доки вона не досягне центрального спостерігача і не зникне.
Таким чином вони відреагували на тезу Гіббонса-Гокінга про те, що ентропія дорівнює одній чверті площі горизонту. Вони дійшли висновку, що ентропія де Сіттера враховує всі можливі мікростани всередині горизонту ЧД.
Паралельно інші фізики, Турок і Бойл, обчислили ту саму ентропію, що і Якобсон і Баніхашемі для порожнього всесвіту де Сіттера.
Але в новому розрахунку, що стосується реалістичного всесвіту, заповненого матерією і випромінюванням, вони отримали набагато більшу кількість мікростанів - пропорційну об'єму, а не площі.
Зіткнувшись із цим очевидним протиріччям, учені припустили, що різні ентропії відповідають на різні запитання.
Зокрема, менша ентропія де Сіттера підраховує мікростани чистого простору-часу, обмеженого горизонтом, тоді як більша ентропія визначає кількість усіх мікростанів простору-часу, наповненого матерією та енергією, як усередині, так і за горизонтом.
"Це повний набір", - упевнений Турок.
Зрештою, розв'язання питання потребуватиме чіткішого математичного визначення ансамблю мікростанів, аналогічного тому, що Якобсон і Баніхашемі зробили для простору де Сіттера.
Баніхашемі наполягає: розрахунок ентропії Бойла і Турока є відповіддю на питання, "яке ще належить зрозуміти".
Але пропоновані рішення не відповідають на запитання: "Чому існує цей Всесвіт?". Утім, космологи кажуть, що інфляція і мультивсесвіт далекі від смерті.
Сучасна теорія інфляції, зокрема, дала змогу розв'язати не тільки питання про гладкість і площинність Всесвіту. Спостереження за небом відповідають багатьом передбаченням.
Водночас учені думають, що ентропійний аргумент Турока і Бойла пройшов гідне перше випробування, але для серйозного суперництва з інфляційною теорією знадобиться більш детальна робота з астрофізичними даними.
Як і личить величині, що вимірює незнання, загадки, пов'язані з ентропією, і раніше слугували провісниками альтернативної фізики.
Наприкінці 1800-х років точне розуміння ентропії з точки зору молекулярного підходу допомогло підтвердити існування атомів.
Сьогодні є надія, що якщо дослідники, які розраховують космологічну ентропію різними способами, зможуть точно визначити, на які питання вони відповідають, то ці цифри допоможуть їм дійти до аналогічного розуміння часу і простору, що формують Всесвіт.
"Наш розрахунок дає величезну додаткову мотивацію для людей, які намагаються побудувати мікроскопічні теорії квантової гравітації", - вважає Турок.
"Тому що перспектива полягає в тому, що ця теорія в кінцевому підсумку пояснить великомасштабну геометрію Всесвіту".
За матеріалами Quanta Magazine
