Горизонт Вселенной как тепловая машина экспресс
Вглядываясь в ночное небо, мы упираемся взглядом в черноту, за которой ничего не видно. Это не просто далёкий забор — это край доступной нам Вселенной, космический горизонт. Свет от более далёких звёзд просто не успел до нас дойти. Удивительно, но эта невидимая граница ведёт себя почти как нагретая сковорода: у неё есть температура, и она подчиняется законам тепла.
Авторы новой работы взяли одну из модифицированных теорий гравитации — такую, где сила притяжения слегка меняется на огромных расстояниях из-за дополнительного слагаемого в уравнениях, похожего на экспоненту (быстро затухающую кривую). В этой теории горизонт тоже имеет температуру и запас тепловой неупорядоченности — энтропию. Но формула для энтропии уже не просто четверть площади горизонта, как у чёрных дыр в учебниках, а с небольшой добавкой, которая зависит от параметра расширения Вселенной. Когда этот параметр зануляют, всё возвращается к старой доброй формуле, открытой Бекенштейном и Хокингом — той самой, что связывает энтропию горизонта с площадью его поверхности.
Физики пошли дальше и проверили, не нарушается ли обобщённый второй закон термодинамики — правило, по которому общая энтропия горизонта и всего, что внутри него, не должна убывать. Для этого они вычислили, как меняется энтропия горизонта и вещества внутри него с течением времени, используя наблюдательные данные. Оказалось, что для параметров, которые лучше всего согласуются с наблюдениями далёких сверхновых и распределения галактик, закон выполняется во всём диапазоне красных смещений, от ранней Вселенной до наших дней. Но если искусственно увеличить параметр отклонения от стандартной модели, примерно до значения 0.26, то в будущем, при отрицательных красных смещениях, горизонт начнёт терять энтропию быстрее, чем её набирает вещество. Это всё равно что чашка горячего кофе, которая вдруг сама собой нагревается в прохладной комнате — для горизонта такое запрещено.
Так тепловые свойства невидимой границы помогают отсеивать неподходящие варианты гравитации. Горизонт, словно чуткий термометр, показывает, какие добавки к эйнштейновской теории ещё допустимы, а какие заставляют Вселенную «простудиться».
Если бы космический горизонт излучал в видимом диапазоне, его свет был бы в миллиарды раз слабее самого тусклого ночника — но теоретически он испускает частицы, как чёрная дыра.
В романе «Ложная слепота» Питера Уоттса космический горизонт играет роль барьера, за которым скрываются непостижимые формы разума, а сама идея горизонта как источника излучения напоминает о хокинговском испарении чёрных дыр.