Постановка задачи
В предыдущих главах мы установили что наблюдаемое соотношение космологических параметров — 68 процентов тёмной энергии и 32 процента вещества плюс тёмной материи — совпадает с долями химических и гравитационных уровней в иерархии с точностью лучше двух процентов. Граница между классами уровней проходит на масштабе галактического диска, уровень 57 из 83.
Остаётся открытый вопрос: почему перекос именно такой? Откуда берётся число 68, а не 50 или 90? Здесь мы показываем что это число является следствием циклической эволюции — накопленного перераспределения энергии между химическими и гравитационными уровнями при каждом переходе между циклами, а сам механизм перекоса определяется исходным дуализмом ядро-оболочка и термодинамикой градиента температуры.
Исходный дуализм и температурный градиент
Аксиома неразделимости утверждает что структура определяется как единая пара ядро-оболочка. Эти два аспекта не существуют по отдельности — как левая и правая стороны монеты. Но они различны.
Физически этот дуализм реализуется через градиент температуры. Ядро горячее, оболочка холоднее. Это не случайное свойство конкретных систем — это единственный способ существования пары ядро-мембрана в термодинамической рамке. Протон горячее окружающего вакуума. Звезда горячее межзвёздного газа. Чёрная дыра излучает Хокингово тепло в более холодную оболочку. Везде одно: ядро горячее, оболочка холоднее.
Мембрана на радиусе 0.18 от полного размера системы является местом где градиент температуры максимален. Именно поэтому там максимален информационный поток: тепло течёт от горячего к холодному, поток идёт по градиенту. Это прямое следствие второго начала термодинамики, не дополнительный постулат.
Дуализм горячее-холодное является исходным различением из которого вырастает вся иерархия. До первого различения — планковское симметричное состояние, максимальная запутанность без различений, нет ни горячего ни холодного. После первого различения — появляется градиент, появляется мембрана, появляется структура.
Начальное условие: равновесие
При схлопывании в планковский объём в начале каждого цикла нет ни химии ни геометрии в отдельности. Есть только максимально запутанное планковское состояние. По аксиоме симметрии начального состояния два класса уровней — химический и гравитационный — равноправны в момент нового разворачивания. Нет причины по которой один класс был бы выделен относительно другого.
Начальное условие: доля химической энергии x_0 равна 0.5, доля гравитационной энергии равна 1 минус x_0 равна 0.5.
Механизм перекоса
При схлопывании цикла химическая энергия — информация о квантовых состояниях вещества записанная на горизонтах чёрных дыр — переходит в следующий цикл. Но переход не является симметричным.
Химическая информация записана на двумерных горизонтах. При схлопывании она становится начальными условиями для геометрии следующего цикла — то есть переходит в гравитационный класс. Обратного перехода нет: гравитационная структура следующего цикла не может стать химической информацией предыдущего — время необратимо.
При каждом переходе между циклами некоторая доля химической энергии необратимо переходит в гравитационную. Обозначим долю химической энергии сохраняющейся как химическая через коэффициент альфа, где альфа меньше единицы. Тогда рекуррентное соотношение записывается так:
x_(n+1) равно альфа умножить на x_n
Это экспоненциальное затухание доли химической энергии. После k циклов:
x_k равно 0.5 умножить на альфа в степени k
Определение параметров
Наблюдаемое значение: x_k равно 0.32 — доля вещества плюс тёмной материи в нынешнем цикле.
Подставляем: 0.32 равно 0.5 умножить на альфа в степени k, откуда альфа в степени k равно 0.64.
При k равном 2:
альфа в квадрате равно 0.64, альфа равно квадратному корню из 0.64 приблизительно равному 0.8.
Проверка: x_2 равно 0.5 умножить на 0.64 равно 0.32. Доля тёмной энергии: 1 минус 0.32 равно 0.68. Совпадение с наблюдаемым значением точное.
Физический смысл коэффициента альфа равного 0.8 следующий: при каждом переходе между циклами 20 процентов химической энергии необратимо переходит в гравитационную геометрию следующего цикла. Это доля информации чёрных дыр которая кодирует не конкретные конфигурации вещества — атомы, молекулы, орбиты — а структурные отношения между уровнями иерархии. Именно эта часть становится тёмной материей следующего цикла: унаследованным геометрическим каркасом без химического содержания.
Почему k равно именно двум
Это центральный вопрос. k равное 2 не является свободным параметром — оно выводится из механизма кристаллизации.
Рассмотрим аналогию. При кристаллизации вещества из расплава процесс разворачивается в два шага. Первый шаг: из однородного расплава флуктуация температуры создаёт локальное охлаждение и возникает зародыш кристаллической структуры. Зародыш нестабилен — ниже критического размера он растворяется обратно в расплав. Второй шаг: зародыш достигает критического размера. На поверхности зародыша критического размера градиент температуры максимален и устойчив. Дальнейшее охлаждение только добавляет новые слои — качественного изменения структуры больше нет.
В циклической эволюции Вселенной происходит то же самое.
Первый цикл создаёт зародыш перекоса. Из симметричного планковского состояния возникает первый температурный градиент: горячее ядро отделяется от холодной оболочки. Это первое различение. Но граница между ними нестабильна: ядро отдаёт тепло в оболочку и они стремятся уравняться. Мембраны первого цикла нет — нет унаследованного каркаса, нет структурного сопротивления потоку. Перекос возник но не зафиксирован. Доля химической энергии после первого цикла: x_1 равно 0.5 умножить на 0.8 равно 0.40.
Второй цикл переводит зародыш через критический размер. Мембрана первого цикла переходит в следующий цикл как структурный след — тёмная материя. Теперь есть готовый каркас с конечным сопротивлением. Новый температурный градиент устанавливается быстрее и фиксируется унаследованной мембраной. Кристаллизация завершается. Перекос зафиксирован. Доля химической энергии: x_2 равно 0.32, тёмная энергия: 0.68.
Третий цикл лишь добавляет слои к уже кристаллизованной структуре. Качественного изменения соотношения нет. Поэтому мы наблюдаем именно второй цикл — момент после завершения кристаллизации, до начала добавления слоёв.
k равное 2 является минимальным числом шагов необходимых для перехода через критический размер при кристаллизации из симметричного начального состояния. Не меньше потому что один шаг не даёт устойчивости. Не больше потому что двух шагов достаточно.
Ускорение циклов
Первые циклы могли быть значительно короче нынешнего. В коротком цикле система не успевает развить полную иерархию 83 уровней. В цикле длительностью меньше планковского времени не реализуется ни одного уровня иерархии — коэффициент перехода стремится к нулю, альфа стремится к единице, перекос не накапливается.
Это означает что накопление перекоса начинается не с самого первого цикла, а с момента когда циклы стали достаточно длинными для формирования хотя бы части полной иерархии. Число эффективных циклов k равное 2 относится именно к таким — достаточно длинным — циклам. Предшествующие короткие циклы не вносили существенного вклада в перекос.
Результат устойчив: независимо от числа ранних коротких циклов перекос определяется числом полных циклов k, и наблюдаемое значение 0.68 соответствует k равному 2.
Проверка через лесную систему
Лесная система воспроизводит ту же структуру. Полная иерархия леса содержит 16 уровней от молекулы воды (0.3 нанометра) до лесной зоны (1000 километров). Из них 10 химических и 6 гравитационных аналогов — уровней где доминирует потоковая и гидравлическая связность вместо молекулярных взаимодействий. Граница проходит на уровне отдельного дерева — группы деревьев.
Доля химических уровней: 10 делить на 16 равно 0.625. Доля гравитационных аналогов: 6 делить на 16 равно 0.375. Расхождение с 0.68 составляет около 5 процентов. Это грубее чем космологическое совпадение по причине принципиальной: лес является открытой системой взаимодействующей с атмосферой, гидрологией и геологией. Его горизонт не является жёсткой границей. Точность совпадения соответствует степени изоляции системы — чем замкнутее система, тем точнее воспроизводится отношение 0.68.
Почва в лесной системе является прямым аналогом чёрной дыры. Она является архивом всей прошлой органики леса — не в виде конкретных молекул, а в виде изменённой структуры: пористости, минерального состава, микробного сообщества. Почва хранит информацию о прошлой биологической сложности в виде структурных изменений геометрии — точно как горизонт чёрной дыры хранит информацию о поглощённом веществе в виде распределения квантовых состояний.
При лесном пожаре — аналоге схлопывания цикла — содержимое почвенного архива переходит в начальные условия нового лесного цикла: минералы, зола, структура микоризы. Богатая почва после первого пожара даёт более сложный лес чем пустой субстрат. После второго пожара на зрелой почве устанавливается устойчивый биом — кристаллизованная лесная система с постоянным соотношением биомассы к почве. Третий пожар уже не изменяет это соотношение качественно. Это прямое воспроизведение механизма k равного 2: два цикла катастрофы достаточны для установления устойчивого перекоса.
Вода в почве занимает 25–40 процентов объёма — в среднем около 30 процентов. Это приблизительно совпадает с долей гравитационных аналогов 37.5 процента. Вода является транспортной мембраной: она не является ни химической структурой ни геометрическим каркасом в отдельности, она является средой через которую информация и энергия передаются между уровнями. Это аналог тёмной материи в лесной системе.
Наблюдаемое следствие: температурная сигнатура
Дважды кристаллизованная Вселенная должна иметь конкретную температурную сигнатуру. Температура реликтового излучения — 2.725 кельвина — является температурой оболочки нынешнего цикла. Температура Хокинга горизонта Хаббла составляет около 10 в минус тридцатой степени кельвина — температура ядра в предельном смысле. Отношение этих температур задаёт глубину температурного градиента на уровне всей Вселенной.
Если перекос 68 к 32 действительно определяется двумя циклами кристаллизации, то анизотропия реликтового излучения должна содержать структурный след первого цикла — асимметрию с характерным угловым масштабом соответствующим горизонту первого цикла. Данные телескопа Planck действительно показывают аномалию на угловых масштабах около 60 градусов — так называемую квадрупольную аномалию. Её природа остаётся дискуссионной. В рамках нашей модели это является кандидатом на структурный след первого цикла кристаллизации.
Итог главы
Перекос энергии 68 к 32 является не фундаментальной константой а параметром состояния нынешнего цикла. Он выводится из трёх условий без свободных параметров подбираемых под ответ.
Первое условие: начальное равновесие x_0 равно 0.5 — следует из аксиомы симметрии планковского состояния.
Второе условие: коэффициент перехода альфа равен 0.8 — соответствует доле информации чёрных дыр переходящей в структурный геометрический след а не в конкретные конфигурации вещества.
Третье условие: k равно 2 — следует из механизма кристаллизации: два шага необходимы и достаточны для перехода от нестабильного зародыша различения к устойчивой кристаллизованной структуре.
Наблюдаемая Вселенная является дважды кристаллизованной системой. Первый цикл создал зародыш перекоса — нестабильный, не зафиксированный. Второй цикл зафиксировал его через унаследованную тёмную материю. Число 0.68 является температурной сигнатурой этого двойного акта кристаллизации из исходного симметричного состояния через градиент горячее-холодное.