Если Вселенная фрактальна, то мы живем внутри черной дыры

Фракталы легко превращаются в искусство, не имеющее научного объяснения. Зато – какой простор для интерпретаций! Фото из книги: Х.-О. Пайеген, П.Х. Рихтер. «Красота фракталов», 1993

10 апреля 2019 года Национальным научным фондом США была впервые опубликована фотография черной дыры, полученная усилиями ученых многих стран. Под «объектив фотокамеры» попала сверхмассивная черная дыра в центре галактики Messier 87, расположенной на расстоянии 54 млн световых лет от Земли. Теперь мы знаем, как выглядят черные дыры снаружи. А вот как они выглядят изнутри, по-прежнему неизвестно.

Высказывания астрофизиков на этот счет противоречивы. С одной стороны, они утверждают, что постичь внутреннее устройство этих объектов трудно или вообще невозможно. С другой стороны, они высказывают о внутренней геометрии черных дыр вполне конкретные соображения: в центре черных дыр находится гравитационная сингулярность, в которой с пространством-временем происходят всякие чудеса, а вне ее внутри черной дыры – пустота; все попавшее внутрь черной дыры неудержимо падает в сингулярность, разрушаясь по дороге чудовищными градиентами гравитации.

Ниже приведены некоторые соображения в пользу той гипотезы, что черные дыры устроены совсем не так, как полагают астрофизики. Главная идея – окружающий нас космос (наша метагалактика) сам является гигантской черной дырой. Но только при условии, если справедлива гипотеза о фрактальности Вселенной. Я уже писал об этом в «НГ-науке» (см. номер от 13.10.04). Однако с тех пор в астрономии были сделаны открытия, резко поднявшие статус гипотезы о фрактальности Вселенной и тем изменившие космологическую картину мира.

Гипотеза об однородности Вселенной

На рубеже 1920–1930-х годов было установлено, что все наблюдаемые нами галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними (закон Хаббла). Мысленно обратив космическое расширение назад во времени, можно прийти к выводу, что наблюдаемый мир около 13,8 млрд лет назад претерпел Большой взрыв и с тех пор расширяется. Так как никакой сигнал не может распространяться быстрее света, то события, происходящие вне сферы радиусом 13,8 млрд световых лет, в принципе не могут нами наблюдаться.

Сферу радиусом 13,8 млрд световых лет, внутри которой находится весь наблюдаемый мир, называют горизонтом видимости, а весь материальный мир внутри и снаружи горизонта видимости – Вселенной.

Наблюдаемый нами мир часто называют метагалактикой. Так иногда будем делать и мы, хотя это не совсем корректно. Ведь метагалактики – это относительно компактные космические макроструктуры, отделенные друг от друга расстояниями, многократно превышающими их собственные размеры.

Между тем радиус горизонта видимости определяется не законами формирования компактных космических макроструктур, а совсем другим – временем, прошедшим после начала Большого взрыва. Размеры нашей метагалактики могут существенно превышать размеры наблюдаемого мира, да и сферической ей быть совсем не обязательно.

Как видим, космология, изучающая Вселенную в целом, начисто лишена эмпирической базы. Это ее отличает от других естественных наук. Все наши утверждения о Вселенной – это домыслы или гипотезы. Что замечательно, это не мешает космологам то и дело уверенно говорить о расширении Вселенной, Большом взрыве, возрасте Вселенной и т.д. Эта их уверенность неявно базируется на гипотезе об однородности Вселенной: для такой Вселенной часть (наблюдаемый мир) и на самом деле подобна целому (Вселенной). Если, однако, Вселенная устроена фрактально, то ее часть может существенно отличаться от целого. В этом случае мы будем иметь кардинальное изменение космологической картины мира.

Похоже, это и происходит на наших глазах. Астрономические наблюдения последних лет заставляют нас перейти к гипотезе о фрактальности Вселенной как более правдоподобной. И все-таки она неоднородная!

Гипотеза об однородности Вселенной – простейшая из возможных гипотез об ее устройстве. Ее выдвижение было закономерным и корректным (принцип экономии сущностей). С самого начала, однако, она вступила в противоречие с наблюдательными данными, говорящими о крайне неоднородном устройстве космического мира вокруг нас. Питаемые здоровым консерватизмом, свойственным всем нормальным людям, космологи принялись спасать гипотезу об однородности Вселенной, заменив ее гипотезой о МАКРОоднородности Вселенной, говорящей, что она (Вселенная) неоднородна якобы только на небольших масштабах, тогда как на расстояниях около или более 300 млн световых лет она однородна.

Интерес к проблеме однородности/неоднородности Вселенной был разогрет независимым открытием на рубеже 1970–1980-х годов эстонской и американской группами исследователей в пространственном распределении галактик ячеистых структур с расстоянием между стенками ячеек около 390 млн световых лет и толщиной стенок около 12 млн световых лет. Однако и после этого открытия космологи не отказались от гипотезы о макрооднородности Вселенной, направив свои усилия на возможно более точное установление верхнего порога масштабов, за которым неоднородное распределение галактик становится однородным. Это потребовало составления трехмерных карт распределения галактик на возможно бoльшую глубину, желательно до самого горизонта видимости и с возможно более широким обзором неба.

Перелом произошел в последние 10–15 лет, когда были открыты гигантские космические структуры, которые представляют собой скопления галактик и квазаров (светящихся ядер галактик), размеры которых вполне сравнимы с радиусом горизонта видимости (около 13,8 млрд световых лет). Укажем четыре таких объекта с их размерами:

– Великая стена Слоуна (2003), около 1,38 млрд световых лет; расстояние от Земли около 1,2 млрд световых лет;

– Громадная группа квазаров (2012), около 4 млрд световых лет; расстояние от Земли около 9 млрд световых лет;

– Великая стена Геркулес – Северная Корона (2014), более 10 млрд световых лет; расстояние от Земли около 10 млрд световых лет;

– Гигантская кольцеобразная структура (2015), около 5 млрд световых лет; расстояние от Земли около 7 млрд световых лет.

После их открытия тезис о неоднородности всего наблюдаемого мира приобретает статус подтвержденного эмпирического факта.

Важно, что космические структуры распределены в наблюдаемом мире не только неоднородно, но и фрактально. Это означает, во-первых, что они имеют четко выраженный иерархический характер (звезды – скопления звезд – галактики – скопления галактик и т.д.). И во-вторых, что плотность космических структур быстро падает с их размерами (плотность Солнца равна 1,416 г/см3, нашей Галактики – 10–24 г/см3, всего наблюдаемого мира – 2 х 10–31 г/см3), подчиняясь эмпирическому закону Карпентера: плотность сферического участка космической структуры пропорциональна его радиусу в степени (D–3). Величину D, приблизительно равную здесь 1,23, называют фрактальной размерностью.

Закон Карпентера обеспечивается особым устройством космических структур: расстояния между звездами много больше размеров звезд, расстояния между скоплениями звезд много больше размеров этих скоплений, расстояния между галактиками много больше размеров галактик и т.д.

Таким образом, тезис о фрактальности всего наблюдаемого мира также приобретает на наших глазах статус подтвержденного эмпирического факта. Экстраполируя его на Вселенную, заключаем, что гипотеза о фрактальности Вселенной стала сегодня более правдоподобной, чем гипотеза о ее макрооднородности.

Фрактальная Вселенная – это просто

Полагая Вселенную фрактальной, мы считаем ее еще и бесконечной, делая это по двум соображениям. Во-первых, это предположение – простейшее из возможных для фрактальной Вселенной. Во-вторых, как известно, Альберт Эйнштейн ввел в оборот модель замкнутой Вселенной (от которой он после открытия космического расширения отказался), чтобы избавиться от гравитационной неустойчивости бесконечной Вселенной с отличной от нуля глобальной плотностью. Бесконечная фрактальная Вселенная тем и хороша, что имеет нулевую глобальную плотность: устремляя в законе Карпентера радиус к бесконечности, получаем для плотности нулевое значение. Это снимает проблему ее (Вселенной) гравитационной неустойчивости, так как фрактальная бесконечная Вселенная с ее нулевой глобальной плотностью не может вся ни расширяться, ни сжиматься.

Фрактальная Вселенная устроена чрезвычайно просто. В бесконечном трехмерном глобально плоском (не искривленном гравитацией) пространстве, описываемом специальной теорией относительности, рассеяно бесконечное фрактально организованное множество звезд, галактик, метагалактик и т.д. Составляющие фрактальную Вселенную макросистемы конечных размеров (метагалактики и др.) могут расширяться и сжиматься, как им вздумается, однако из-за глобальной стационарности такой Вселенной все составляющие ее космические системы не могут расширяться или сжиматься одновременно.

Вывод: если Вселенная фрактальна, то она не переживала Большого взрыва, а наблюдаемое нами космическое расширение является результатом Большого взрыва только нашей метагалактики.

Здесь можно опираться на идею «отскока», высказанную космологами в отношении Вселенной. Судя по всему, в прошлом произошло сжатие нашей метагалактики «до упора», заданного известными и неизвестными нам негравитационными механизмами возникновения внутреннего давления, остановившего гравитационный коллапс и обратившего его вспять.

Полагая Вселенную фрактальной, мы считаем ее еще и бесконечной. Серые Луны имеют такой же ландшафт, как и на верхнем рисунке. Фото из книги: Х.-О. Пайеген, П.Х. Рихтер. «Красота фракталов», 1993

Взрыв тела конечных размеров – будь то сверхновая звезда или газовый баллон – имеет центр и градиенты расширения (давления, плотности, температуры). У космического расширения ничего подобного не наблюдается: все галактики разбегаются не от какого-то центра, а друг от друга безо всяких перепадов давления, так что все точки наблюдаемого мира в этом отношении равноправны.

Пока мы считали, что Большой взрыв претерпела вся бесконечная Вселенная, отсутствие у нее центра и градиентов расширения могло быть объяснено космологическим принципом, который именно это и утверждает: у бесконечной Вселенной нет выделенных точек и направлений.

Если же мы считаем, полагаясь на гипотезу о фрактальности Вселенной, что наблюдаемый Большой взрыв претерпела только наша метагалактика, то следует признать, что в ее пределах космологический принцип не работает, как не работает он в пределах любой космической системы конечных размеров. Так что отсутствие у космического расширения нашей метагалактики центра и градиентов требует какого-то другого объяснения.

Единственно возможное объяснение этого феномена состоит в том, что наша метагалактика замкнута, будучи черной дырой.

Черные дыры обычно ассоциируют со сверхсжатыми массами. Между тем черной дырой может быть тело со сколь угодно малой плотностью, лишь бы она (плотность) была больше некоторой критической плотности, обратно пропорциональной квадрату радиуса тела.

Оценки показывают, что черная дыра с радиусом наблюдаемого мира может иметь плотность, меньшую плотности воды примерно на 30 порядков (1030). Самое странное, что реальная плотность наблюдаемого мира (2х10–31 г/см3) подозрительно близка к критической, но немного меньше ее. Этот факт хорошо известен, космологи говорят о нем как о проблеме плоскостности Вселенной. Применительно к нашей метагалактике этот факт говорит другое – оценки плотности материи в пределах наблюдаемого мира не противоречат тезису о том, что наша метагалактика замкнута в черную дыру.

На мой взгляд, нет оснований полагать, что внутренняя геометрия замкнутых космических систем конечного размера (черных дыр) сколько-нибудь существенно отличается от геометрии Вселенной в предположении ее замкнутости. Между тем о геометрии замкнутой Вселенной космологами выработаны достаточно определенные представления. Ее пространство, говорят нам, будучи конечным по объему, безгранично, так что луч света, движущийся в ней в определенном направлении, описав огромный круг, возвращается в исходную точку. Из-за безграничности предстающего перед наблюдателем пространства он не только не обнаружит в замкнутой Вселенной выделенного центра, но и все ее точки окажутся равноправными.

Обычному человеку трудно представить себе замкнутое трехмерное пространство. Трудно это дается и профессиональным космологам. Как свидетельствуют, например, наши выдающиеся физики Яков Зельдович и Игорь Новиков в книге «Строение и эволюция Вселенной», «наглядно представить себе замкнутую Вселенную невозможно». Чтобы облегчить себе жизнь, космологи часто используют аналогию трехмерного замкнутого безграничного пространства с двухмерной поверхностью трехмерной сферы – в обоих случаях пространство конечно (по объему или по площади), но не имеет границ.

Чтобы представить себе внутреннюю геометрию черной дыры, прибегнем к этой аналогии и мы, приложив ее к нашей метагалактике. Мысленно поместим на поверхность расширяющейся трехмерной сферы (надуваемого воздушного шарика или расширяющейся Земли) двухмерный газ взаимодействующих точек, имитирующий трехмерный газ звезд и галактик.

Если эти взаимодействия удачно имитируют реальные, то подобно тому, что мы видим в наблюдаемом мире, точки на нашей сфере будут образовывать фрактальные структуры. Из-за симметрии задачи газ на двухмерной сферической поверхности не будет иметь выделенных точек и направлений, оставаясь изотропным в каждой точке. По мере расширения сферы плотность газа на ее поверхности уменьшается, точки разбегаются, не имея центра и градиентов расширения. Все это, только в трехмерном пространстве, мы и наблюдаем в нашей метагалактике.

Сказанное доказывает, как мне представляется, в предположении справедливости гипотезы о фрактальности Вселенной, замкнутость нашей метагалактики, являющейся, таким образом, черной дырой. Другого объяснения отсутствия у нашей метагалактики центра и градиентов расширения я не вижу.

Таким образом, если справедлива гипотеза о фрактальности Вселенной и если, как следствие, наша метагалактика является черной дырой, то высказываемые космологами соображения о внутреннем устройстве черных дыр несостоятельны: в центре черных дыр НЕ находится сингулярность, а вне центра черных дыр – НЕ пустота; находящиеся внутри черной дыры тела НЕ падают неудержимо в ее сингулярность, разрушаясь градиентами гравитации.

Судя по нашей метагалактике, внутри черных дыр все устроено иначе. Они заполнены фрактально распределенной материей, которая расширяется, если расширяется черная дыра, или сжимается – в противном случае. У содержимого черной дыры отсутствуют при этом центр и градиенты расширения или сжатия.

Возможно, так, как здесь описано, устроены только очень большие, то есть очень разреженные, черные дыры. Небольшие, то есть с большой степенью сжатия, черные дыры, быть может, устроены иначе. Не в том плане, что в их центре находится сингулярность, за пределами которой пустота. Вопрос, на мой взгляд, состоит только в том, остается ли распределение вещества внутри черных дыр при большом сжатии фрактальным или же в них распределение вещества однородно, а фрактальность возникает с расширением черных дыр.