Bread upon the superfluids

Некоторые вещи можно создать только Наверху.

Вернор Виндж, Пламя над бездной

Согласно наиболее популярной из современных космологических моделей, ΛCDM, Вселенная пребывает в состоянии ускоренного расширения, когда гравитация бессильна компенсировать удаление галактических сверхскоплений друг от друга (спустя сотню миллиардов лет микроволновый реликтовый фон из-за этого сместится ниже плазменных частот межзвездной среды и станет ненаблюдаем), но еще способна удерживать от разбегания материю на меньших масштабах, от галактик до тел разумных существ. Таких, как дельфины, киты, коты и (но это не точно) люди.

Фаза ускоренного расширения началась, по космологическим понятиям, не очень давно: на красном смещении z ∼ 0.55, примерно 5.5 млрд лет назад. Иногда пытаются показать, что такие фазы повторяются более или менее периодично, перемежаемые моментами, когда доминируют инфляция и лучистое излучение; такая гипотеза может оказаться справедливой, если за инфляцию и темную энергию отвечает один и тот же агент, но, вообще говоря, отождествлять инфлатонное поле с темной энергией весьма смелая затея: энергомасштаб инфляции в юной Вселенной был на 27 порядков выше.

Сила, порождающая ускоренное расширение без явного центра (расширяется само пространство, то есть увеличивается цена деления космической строительной рулетки), называется темной энергией, но этот термин, естественно, не более информативен, нежели парный к нему и завирусившийся раньше— “темная материя”. Темная материя и темная энергия вроде бы представляют разные аспекты мироздания и доминируют в нем суммарно с огромным перевесом (еще 5% приходится на привычные нам барионную материю и лучистое излучение).

То обстоятельство, что высокоразвитая жизнь, включая разумную, вообще существует, нельзя не признать удивительным спустя считанные десятки минут после знакомства с перечнем эмпирических подкреплений антропного принципа. Еще занятнее другое: начиная с z ∼ 0.55, выполняется удивительное соотношение

Иначе говоря, плотности темной материи и темной энергии в современную эру одного порядка величины.

В астрофизике этот загадочный факт с легкой руки Стейнхардта называется проблемой космологического совпадения (CCP, Cosmological Coincidence Problem).

Естественно переформулировать ее через терминологию антропного принципа: почему именно сейчас, когда эти плотности одного порядка, живем мы?

Имеет ли какую-то особую важность тот факт, что на долю темной энергии приходится все же больше, 70% энергобаланса Вселенной, а на долю темной материи — только 25%?

Как выглядел бы космос и могла ли существовать жизнь, окажись эти соотношения иными?

Радикальную “перенормировку” этой проблемы предлагает одна из альтернатив модели ΛCDM — гипотеза сверхтекучего вакуума, воскрешающая в обновленном и усовершенствованном виде представления о светоносном эфире как выделенной системе отсчета в космологических масштабах. Казалось бы, они уже более века как опровергнуты Майкельсоном и Морли? Не спешите горячиться, охладите трахание до нанокельвинов.

Концепция сверхтекучего вакуума (вакуума Бозе-Эйнштейна) восходит еще к работам Дирака, вскользь замечавшего в 1950-х, что физический вакуум может рассматриваться как нетривиальный квантовый объект с ненаблюдаемыми фазой и групповой скоростью. Но это не мешает, отбросив флуктуации, охарактеризовать его волновой функцией конденсата Ψ(r, t), которая представляет собою трехмерный евклидов скаляр и подчиняется логарифмическому уравнению Шрёдингера:

В “фононном” линеаризованном пределе низкоимпульсных квантовых возбуждений

проявляется лоренцева симметрия, а значит, восстанавливается эйнштейновская картина реальности, известная нам как ОТО: увлечение конденсата-”эфира” невозможно зафиксировать, а скорость света кажется предельной.

Но четырехмерное пространство-время следует рассматривать лишь как аппроксимацию, индуцированный феномен, порождаемый динамикой квантового бозе-конденсата в трехмерном евклидовом пространстве (напомню, что реальный БЭК, чрезвычайно чувствительный к гравитационным эффектам, можно с успехом использовать для имитационного моделирования черных дыр и излучения Хокинга; с другой стороны, фермионный конденсат сверхтекучего гелия-3 B может рассматриваться как топологический аналог вакуума Стандартной Модели в его изолирующей фазе).

Нам, низкоэнергетическим наблюдателям, квантовая супержидкость кажется неотделимой от структуры мироздания, и мы вынужденно рисуем ее как четырехмерное псевдориманово многообразие, ленясь отбросить, по заветам Витгенштейна и Баскервиля, лестницу, по которой вскарабкались к высотам технологической цивилизации.

Вводя в эту картину самоиндуцированный гравитационный потенциал Ф с двумя фиксированными вещественными параметрами b0 и q —

южноафриканский физик днепропетровского происхождения Константин Злосчастьев пробует решить (в свободное от рунетовского троллинга время) проблемы иерархии и CCP за счет масштабирования гравитации на субньютоновский, ньютоновский, галактический, внегалактический и космологический (асимптотически деситтеров) уровни. На каждом из них преобладает определенный член индуцированного гравитационного потенциала: так, на галактическом уровне — логарифмический, а на внегалактическом — линейный.

На бесконечности неньютоновские члены не исчезают, чем и объясняется отклонение от ожидаемых из кеплеровской динамики кривых вращения галактик.

Если бы у нас имелся доступ к полной картине эволюции волновой функции сверхтекучего вакуума, то не возникало бы потребности не только в темной материи (как это объяснено выше), а и в принципе космической цензуры (который, кстати, недавно опровергнут для сильного случая в метрике Керра-Ньюмена): для наблюдателя волновой функции она остается гладкой и перенормируемой при всех неотрицательных значениях r, сиречь космологическую сингулярность при r = 0 в метриках Шварцшильда или Рейсснера-Нордстрёма он волен списать на артефакт низкоимпульсной аппроксимации сверхтекучего конденсата.

Что до ускоренного расширения per se, то его в конденсатной картине можно получить из функционала действия скалярно-тензорной гравитации (следует напомнить, что эта последняя позволяет заодно и неплохие аналогии с классической термодинамикой). Будучи лоренц-ковариантной, СТГ управляет эмергентным четырехмерным пространством-временем с точки зрения низкоимпульсного релятивистского наблюдателя, но возможности проследить за индуцированным скалярным полем (дилатоном)

ему не дает.

Космологическая постоянная (темная энергия, Λ-член в уравнениях модели ΛCDM) теперь лишается статуса фундаментальной константы, которую нужно спасать от “вакуумной катастрофы”, и становится комбинацией параметров БЭК-вакуума, включая (но не ограничиваясь) гауссову ширину пьедестала волновой функции конденсата. Либо эту ширину, либо эффективную квантовую температуру конденсата (фактически — информационную энтропию в смысле Эверетта-Хиршмана) в масштабах Вселенной можно сделать достаточно малыми по сравнению с квантовой характеристической длиной (аналогом планковской длины)

или энергией из классического эйнштейновского соотношения массоэнергетической эквивалентности,

Если темная материя и темная энергия действительно выступают разными “сторонами монеты” сверхтекучего вакуума, то CCP становится неожиданно полезной как дополнительное ограничение на свободные параметры теории — и не более того. При подключении дополнительного механизма расширения на внегалактическом уровне (в масштабах сверхскопления Девы или всей Ланиакеи) и неустранимое различие в определяемых независимыми способами значениях параметра Хаббла становится менее пугающим.

Можно ли ожидать, что во внешних отрогах галактик, где неньютоновские члены гравитационного потенциала должны доминировать, водятся Привилегированные Наблюдатели, чьему восприятию доступна вся волновая функция сверхтекучего вакуума, так что квантовая динамика скалярного конденсата отслеживается без лоренц-ковариантных заблуждений? Справедлив ли в этих областях космоса парадокс Реннера-Фраухигер?

Соблазнительно учредить для выяснения ответа на эти вопросы специальное тайное общество. Ну разве можно придумать (в отсутствие закороченных путей) более соблазнительный приз для узника эйнштейновской темницы на съемках “Форта Буаяр”, чем шанс разогнаться до скорости света — или даже выше — ценою конечной энергии?

Так не забудем же выпить в канун Нового года за тех друзей Вигнера, которых с нами еще нет.

LoadedDice