Призрачно всё в этом мире бушующем
Есть только миг за него и держись
Есть только миг между прошлым и будущим
Именно он называется жизнь...
А. Зацепину и Л. Дербеневу как нельзя лучше удалось передать всю суть нашего бытия в этих четырех строках популярной в свое время песни, которая впервые прозвучала в кинофильме «Земля Санникова» (песню исполнил Олег Анофриев), который вышел на экраны в 1973 году.
Если же абстрагироваться от патетики, то можно сказать, что весь наш существующий ныне мир называется Вселенная, которая включает в себя время, космос и всё его содержимое: галактики, звёзды, планеты, их луны, все прочие тела, всю материю, всю энергию.
Несмотря на такую глобальность, Вселенная имеет свою дату рождения, и дату своей смерти. Конечно же, между этими двумя событиями пройдет колоссально большой временной промежуток, который человеку трудно себе представить, но, законы природы неумолимы, - когда-то придет время, когда нынешняя Вселенная прекратит свое существование.
Когда погибнет Вселенная ученые сказать точно не могут. О дате ее рождения также идут споры. Согласно официально принятой научной гипотезе Вселенная образовалась 13,799 ± 0,021 миллиарда лет назад в результате так называемого Большого взрыва, когда из одной точки нулевого размера с бесконечной плотностью и температурой образовался наш мир. Представить этот процесс рядовому обывателю вряд ли возможно, но «умные головы» утверждают, что это было именно так - была пустота, затем случился большой «бах» из которого стали образовываться планеты, звезды и другие составляющие нынешней Вселенной.
Процесс звездообразования продолжается и в наши дни. Первые звезды были образованы спустя 550 млн. лет после Большого взрыва. Постепенно звезд и планет становилось все больше и больше, они начали собираться в галактики и созвездия.
Наша Солнечная система начала свое формирование примерно 4,6 млрд. лет назад. Сначала было сформировано газопылевое облако, после этого какая-то часть облака сжалась в шар, из которого позже сформировалось Солнце. Параллельно по аналогичному сценарию формировались планеты Солнечной системы, включая Землю.
По меркам человеческой жизни наша планета просуществует еще очень долго. Ученые уверены, что человеческая цивилизация исчезнет гораздо раньше гибели Земли. В лучшем случае наши потомки переселятся на другие планеты, в худшем - мы исчезнем навсегда. Причин тому великое множество, начиная от глобального природного катаклизма, например, падение крупного астероида, и заканчивая социальными потрясениями, например, мировым военным конфликтом с применением оружия массового поражения.
Если же абстрагироваться от «грешных людишек», то можно сказать, что Солнце в данный момент находится примерно на середине своего жизненного пути. Светить ему еще 7-8 млрд. лет, после чего запасы водорода в его недрах подойдут к концу, и термоядерная реакция превращения водорода в гелий начнет затухать. В результате этих естественных природных процессов солнечное ядро начнет сжиматься, а внешняя оболочка, наоборот, расширяться. Солнце увеличится настолько, что поглотит Меркурий, и, может быть, Венеру. В этот период Земля превратится в безжизненный скальный кусок породы, вся вода выкипит и испарится в космос, а мощный солнечный ветер сорвет магнитную оболочку планеты.
Однако, до этого момента наша Солнечная система может и не дожить. С большой долей вероятности, уже через 2,4 млрд. лет наша галактика Млечный Путь столкнется с соседней галактикой Андромеды (в данный момент галактики движутся навстречу друг другу).
А что же будет с нашей Вселенной в целом?
На этот счет у ученых существует несколько различных гипотез с различными сценариями. Озвучивать их все не будем, остановимся вкратце на самом популярном из них, носящим название «Тепловая смерть».
Суть «Тепловой смерти» заключается в том, что через 100 триллионов лет во Вселенной полностью закончатся процессы формирования звезд. Когда погаснет последняя звезда, космос изредка будут озарять вспышки слияний двух белых карликов. Через 1015 лет планеты либо упадут на остатки своих бывших звёзд, либо уйдут к другим телам. Похожим образом через 1019—1020 лет объекты покинут галактики. Небольшая часть объектов упадёт в сверхмассивную чёрную дыру.
Дальнейший сценарий гибели Вселенной будет зависеть от того, стабилен протон или нет.
Однако, как признаются сами ученые, дальнейший ход событий во Вселенной может быть совершенно другим, поскольку все существующие на данный момент научные гипотезы зиждутся на определенном научном знании о темной материи. Некоторые ученые не исключают возможности существования других форм темной материи в первые моменты после Большого взрыва. Если это действительно так, то Вселенная может эволюционировать совершенно по другому сценарию.
Однако, как бы там ни было в действительности, по меркам человека жизнь и гибель Вселенной очень глобальное явление, рассматривать которое с масштаба продолжительности жизни одного человека, не имеет абсолютно никакого смысла.
Какой будет Вселенная через 10 100 лет? При ее неограниченном расширении все протоны распадутся,
галактики превратятся в черные дыры, а сами черные дыры «испарятся». Если Вселенная в будущем коллапсирует, то процессы ее расширения и сжатия могут циклически повторяться…
В последние годы успехи в изучении взаимодействий элементарных частиц при высоких энергиях способствовали значительному прогрессу в космологии. Попытки описать все основные силы природы как различные проявления одной фундаментальной силы частично оказались успешными в так называемых объединенных теориях взаимодействия элементарных частиц.
Такие теории позволяют хотя бы приближенно описать основные физические процессы в температурном интервале, начиная от крайне низких температур, близких к абсолютному нулю, до температур порядка 10 32 К. Они дают возможность составить общее представление о свойствах материи при плотностях, представляющих космологический интерес - от значений меньше 10 -300 г/см 3 до величин, превышающих 10 100 г/см 3 . Экстремальные условия, свойственные границам указанных интервалов, могут преобладать либо на очень ранних, либо на самых поздних стадиях эволюции Вселенной.
Сравнительно недавно несколько физиков и космологов, в том числе и авторы настоящей статьи, попробовали экстраполировать процесс развития Вселенной в далекое будущее, вплоть до того времени, когда ее возраст достигнет 10 100 лет.
Теория Большого взрыва
В основе метода экстраполяции лежит модель Большого взрыва. Согласно этой модели, началом расширения Вселенной послужил взрыв исключительно плотного компактного образования, произошедший
10-20 млрд. лет назад. В настоящее время считается общепризнанным, что эволюцию Вселенной определили первые моменты с начала ее расширения.
Использование терминологии, связанной со взрывом, объясняется тем, что материя и энергия в наблюдаемой Вселенной представляются как бы разлетающимися в пространстве. Правда, термин «Большой взрыв» не совсем удачный, поскольку ассоциируется с наблюдением взрыва как бы со стороны. Наблюдать же «со стороны» взрывное расширение Вселенной, включающей в себя все сущее, в прин-
ципе невозможно.
Само пространство тоже расширяется в том смысле, что все галактики удаляются друг от друга со скоростями, пропорциональными расстоянию между ними. Наблюдателю, находящемуся в нашей Галактике, другие галактики представляются «разбегающимися» от него. Чем дальше галактика, тем с большей скоростью она удаляется от нас. С увеличением расстояния на 1 млн. световых лет эта скорость возрастает на 17 км/с. Математической основой модели Большого взрыва являются уравнения общей теории относительности Эйнштейна.
Примерно через три минуты после начала расширения Вселенной ядерные реакции привели к синтезу гелия, а также других легких элементов, хотя и в гораздо меньших количествах. Однако Вселенная охладилась слишком быстро, для того чтобы успели образоваться углерод и другие более тяжелые элементы. Поэтому значительная часть водорода сохранилась и послужила ядерным горючим для звезд.
Наблюдаемый избыток вещества по сравнению с антивеществом, возможно, обусловлен реакциями, протекавшими всего через 10 ~ 38 с. после начала расширения. Именно на основе этого предположения большинство объединенных теорий взаимодействия элементарных частиц предсказывают возможность
распада любой ядерной материи.
Из-за недостаточности наших представлений о самых ранних стадиях расширения Вселенной пока нельзя ответить на важнейший вопрос космологии: будет ли Вселенная постоянно расширяться или силы гравитации остановят ее расширение и увлекут пространство и время вновь к состоянию изначального
«огненного шара» ?
Поскольку с помощью экспериментов и наблюдений пока не удается решить вопрос о замкнутости Вселенной, при прогнозировании ее далекого будущего приходится принимать во внимание обе возможности - и ее замкнутость, и открытость.
Открытая Вселенная
Сначала предположим, что критическая плотность не достигается и Вселенная открыта. Что произойдет с ее крупномасштабной структурой (т.е. каково будущее геометрических свойств Вселенной) и локальными образованиями (от протонов до галактик) ?
Согласно современным представлениям, эволюция локальных образований открытой Вселенной должна пройти шесть основных этапов.
- Первый
из них займет 10 14 лет после Большого взрыва. За это время у всех звезд выгорит их «горючее». Основным ядерным горючим на протяжении почти всей жизни звезды является водород, который в ее недрах превращается в гелий. После того как большая часть водородного горючего исчерпана, размеры
звезды быстро увеличиваются в несколько раз, и она становится красным гигантом. На этой стадии гелий превращается в углерод и другие более тяжелые элементы.
Термоядерные реакции в этих процессах «работают» в таком направлении: водород превращается в гелий, гелий в углерод, а углерод в более тяжелые элементы. Эта последовательность превращений обычно
завершается образованием железа. Ядра железа имеют самую низкую полную энергию на единицу массы по
сравнению с указанными элементами, так что при достижении «железного предела» энергия ядерного горючего Вселенной полностью исчерпывается.
- Второй этап эволюции Вселенной состоит в потере всеми звездами своих планет. Если к звезде, вокруг которой обращается планета (или планеты), приблизится другая звезда на расстояние, не превышающее радиус планетной орбиты, то последняя будет сильно изменена гравитационным полем приблизившейся звезды и планета может улететь в межзвездное пространство. Средний промежуток времени, в течение которого возможна подобная встреча, зависит от концентрации звезд в данной области пространства, радиуса планетных орбит и от скорости сближения звезд.
Концентрацию звезд в пространстве можно оценить по объему, в котором содержится по крайней мере одна звезда. Звезда с обращающейся вокруг нее планетой «заметает» в пространстве цилиндр, размер которого зависит от размера орбиты планеты и от скорости звезды.
Средний интервал времени между звездными сближениями равен времени, необходимому для того, чтобы объем этого цилиндра стал равен объему, содержащему по крайней мере одну звезду. Концентрация звезд в типичной галактике равна примерно одной звезде на 35 кубических световых лет пространства.
По оценке Ф. Дайсона (Институт высших исследований в Принстоне, США), средний радиус орбиты планеты примерно равен 100 млн. км, а скорость движения звезды в пространстве составляет 50 км/с. Объем цилиндра, «заметаемого» движущейся планетной системой, окажется по прошествии 10 15 лет равным 35 кубическим световым годам, поэтому встреча с другой звездой в течение этого промежутка времени вполне возможна.
На основании этого можно предположить, что примерно через 100 подобных сближений звезда лишится всех своих планет; следовательно, за время, равное 100 * 10 15 лет, т.е. за 10 17 лет, все звезды потеряют свои планеты.
- Третий
этап эволюции Вселенной - результат еще больших сближений звезд. Когда две звезды проходят близко друг от друга, гравитационное взаимодействие между ними способно передать кинетическую энергию от одной звезды к другой. При достаточно большом сближении одна из звезд может приобрести настолько высокую скорость, что «вылетит» из галактики. В силу закона сохранения
энергии кинетическая энергия второй звезды при этом соответственно уменьшится. В итоге эта звезда приблизится к ядру галактики.
Этот этап может быть назван этапом испарения галактик. Взаимодействие звезд воспроизводит в гигантском
масштабе взаимодействие молекул, испаряющихся с поверхности жидкости. Сходный по характеру обмен энергией, возможно, приведет к тому, что не только звезды, но и значительная часть межзвездного газа также покинет галактики.
После того как примерно 90 % массы галактик испарится, гравитационное поле станет «собирать» оставшиеся звезды и вещество в ядро с возрастающей плотностью. Галактики, которые мы наблюдаем в настоящее время, по-видимому, имеют в центре сверхмассивную черную дыру - область пространства, которую не могут покинуть ни вещество, ни излучение (не принимая во внимание особый случай, связанный с законами квантовой механики).
Даже если никакой черной дыры в центре галактики не существует, плотность ее ядра, вероятно, возрастет настолько, что гравитационные силы преодолеют сопротивление, оказываемое давлением газа, и ядро катастрофически быстро сожмется (коллапсирует). В результате образуется сверхмассивная черная дыра.
Расчеты, аналогичные проведенным нами для случая потери планет звездами, показывают, что испарение звезд из галактик, сопровождающееся коллапсом последних, произойдет к тому времени, когда возраст Вселенной достигнет 10 18 лет.
- Четвертый и пятый этапы эволюции открытой Вселенной - это космологические явления в поздних ее стадиях, предсказываемые большинством объединенных теорий взаимодействия элементарных частиц. Правда, эти явления не играют существенной роли, пока возраст Вселенной после эпохи коллапса галактик не увеличится по меньшей мере еще в 100 раз.
Если протон подвержен распаду, то процесс этот окажет существенное влияние на те звезды, которые не будут поглощены черными дырами в центре галактик. Это звезды, испарившиеся из галактик. Распад протонов и нейтронов будет поддерживать температуру звездного вещества, гораздо более высокую по сравнению с межзвездной средой.
Если предположить, что время жизни протона составляет 10 30 лет, то скорость распада в звезде размером с
Солнце должна быть порядка 10 27 протонов в год. Распад каждого протона порождает ливень энергетических электронов, позитронов, нейтрино и фотонов. Все эти дочерние частицы, за исключением нейтрино, поглощаются звездой, и поглощенная энергия поддерживает высокую температуру звездного вещества.
Точное значение температуры звезды в эпоху протонного распада можно определить следующим образом. Предположим, что интенсивность излучения звезды равна количеству тепловой энергии, выделяемой в единицу времени при распаде протонов. В этом равновесном состоянии температура зависит от массы звезды, площади поверхности, с которой излучается тепло, энергии покоя и времени жизни протона.
Вычисления показывают, что равновесная температура составляет 100 К для самых массивных «мертвых» звезд (которые, как это ни парадоксально, имеют наименьшие размеры) и примерно 3 К для больших по
размеру и менее массивных звезд.
Звезды охладятся до равновесной температуры к тому времени, когда возраст Вселенной составит 10 20 лет,
после этого их температура будет оставаться примерно постоянной до тех пор, пока большая часть протонов не распадется. Возраст Вселенной к этому времени достигнет 10 30 лет.
Интенсивность излучения звезд будет относительно невысокой, но отнюдь не ниже интенсивности фонового излучения, связанного с Большим взрывом. Температура, соответствующая фоновому излучению, зависит от свойств открытой расширяющейся Вселенной. Если плотность Вселенной меньше критической, то к тому времени, когда ее возраст достигнет 10 30 , эта температура уменьшится до 10 -20 К.
С другой стороны, если плотность в точности равна критической, то Вселенная будет расширяться медленнее и температура, соответствующая фоновому излучению, уменьшится до 10 -13 К. Таким образом, она будет на 13 - 20 порядков ниже температуры «мертвых» звезд.
- Шестой и последний этап в эволюции открытой Вселенной - это распад черных дыр. Как следует из эйнштейновской теории гравитации, ничто - ни вещество, ни излучение - не может выйти из черной дыры. Существует граница, называемая «горизонтом событий», на которой скорость, необходимая для ухода от черной дыры, оказывается равной скорости света.
Поэтому никакая частица, находящаяся за горизонтом событий, не может приобрести скорость, достаточную для пересечения этой границы. Однако в 1974 г. С. Хокинс из Кембриджского университета (Англия) показал, что в силу законов квантовой механики черная дыра может отдать всю энергию, связанную с ее массой, в результате чего она исчезнет.
Хокинс показал, что интенсивность излучения черной дыры обратно пропорциональна квадрату ее массы.
Сначала эта интенсивность невелика, но по мере уменьшения массы черной дыры она возрастает. Отсюда следует, что все черные дыры должны в конце концов исчезнуть, иначе говоря «испаряться».
К тому времени, когда возраст Вселенной достигнет 10 100 лет, все сверхмассивные черные дыры - результат коллапса галактик - испарятся. Эти процессы испарения, в особенности их последние стадии, будут сопровождаться все более нарастающей эмиссией фотонов. Таким образом, в возрасте 10 100 лет Вселенная будет состоять из крайне разреженного газа электронов и позитронов, нейтрино и фотонов малой энергии, испущенных задолго до испарения черных дыр, а также многочисленных расширяющихся сфер, состоящих из фотонов высокой энергии, родившихся в процессе испарения черных дыр.
Замкнутая Вселенная
Все высказанные выше предположения относятся к открытой Вселенной. Попробуем заглянуть в будущее Вселенной, предположив, что существует достаточное количество несветящейся материи, для того чтобы силы гравитации остановили расширение Вселенной и привели к ее сжатию.
Чем ближе средняя плотность к критическому зна-чению, тем дольше фаза расширения замкнутой Вселенной. Однако мы не знаем таких причин, в силу которых средняя плотность была бы достаточно близкой к критической, для того чтобы Вселенная расширялась в течение времени, достаточного для распада большей части протонов.
Поэтому в фазе максимального расширения замкнутая Вселенная, как и при расширении открытой Вселенной, вероятно, будет состоять из «мертвых» звезд, сверхмассивных черных дыр - остатков галактик, а также нейтрино и фотонов малой энергии.
Основные события в фазе расширения замкнутой Вселенной происходят в той же последовательности, как и события при расширении открытой Вселенной. (Коллапс открытой Вселенной, разумеется, невозможен.) С изучением коллапса связаны работы нескольких исследователей, включая М. Риса из Кембриджского университета (Англия).
По мере увеличения энергии фотонов при сжатии Вселенной они нагревают «мертвые» звезды, что приводит к их быстрому «сгоранию», взрыву или испарению. В процессе возрастания ее плотности черные
дыры поглощают вещество и при столкновении друг с другом сливаются.
Можно рассчитать, что во Вселенной, в которой на каждую галактику приходится по одной сверхмассивной
черной дыре, «мертвые» звезды поглощаются черными дырами вскоре после того, как из них начинает испаряться вещество. Все черные дыры в конце концов сливаются в одну гигантскую черную дыру (коллапс Вселенной).
Что же ждет нашу Вселенную?
Что касается будущего Вселенной, для человека наиболее важным, по-видимому, является вопрос о будущем жизни и разума. Сможет ли разум постоянно поддерживать условия, благоприятные для жизни?
Несколько космологов, в том числе Дайсон и С. Фраучи из Калифорнийского технологического института, предпринимают в настоящее время попытки анализа путей энергообеспечения жизни в далеком будущем, а также проблем связи при освоении цивилизацией все более удаленных областей космического пространства.
Дайсон полагает, что материальными носителями жизни и сознания совсем не обязательно должны быть
только клетки с их ДНК. Существенной особенностью сознания является определенная сложность структуры, которая в принципе может быть реализована в любом «подходящем материале». Тем самым он полагает, что идея о мыслящем компьютере или о мыслящем облаке не может быть отброшена из общих соображений, как философски неприемлемая.
С учетом этих предположений, изменения космической среды, вызванные гибелью или остыванием звезд и их испарением из галактик, не обязательно будут разрушительными для систем, которые можно считать «живыми» и «разумными».
Например, энергию в принципе, можно «добывать» из гравитационного поля сверхмассивной черной дыры. Однако распад протонов и нейтронов возможно приведет к фундаментальным изменениям, ибо кажется маловероятным, что разум может быть основан на системе из электронов и позитронов. Кроме того,
если Вселенная замкнута, то условия, необходимые для жизни, могут существовать только в определенные периоды в течение каждого цикла.
В открытой Вселенной «границы жизни» иные. С испарением черных дыр наступает космический энергетический кризис, поскольку по мере расширения Вселенной оставшиеся частицы вещества и фотоны теряют свою энергию. Любая постоянная скорость потребления энергии произвольными формами жизни в конце концов окажется недостаточной.
С другой стороны, Дайсон полагает, что увеличивающиеся периоды «гибернации», во время которых энергия не потребляется, могут сопровождаться периодами ее потребления. Таким образом, для очень долгого существования цивилизаций в открытой Вселенной потенциальная возможность имеется.
О Вселенной мы знаем пока очень мало. На самом деле, почти ничего. Но поскольку люди задумываются о том, что происходит после их смерти, смерть целой Вселенной интересует нас не меньше. За последние годы научное сообщество выдвинуло множество теорий - вы удивитесь, узнав, насколько сильно они отличаются друг от друга. Правды, само собой, не может знать никто.
1. Большое сжатие
Самая знаменитая теория о рождении Вселенной - это теория Большого взрыва. Она гласит, что вся материя изначально существовала как сингулярность - бесконечно плотная точка посреди великого ничто. А потом по непонятным причинам произошёл взрыв. Материя вырвалась наружу с невероятной скоростью и постепенно стала известной нам Вселенной.
Как вы могли догадаться, Большое сжатие - это Большой взрыв «наоборот». Вселенная постепенно расширяется под воздействием собственной гравитации, но этому должен быть предел - некая конечная точка, граница. Когда Вселенная достигнет этой границы, то прекратит расширяться и начнёт сжиматься. Тогда вся материя (планеты, звёзды, галактики, чёрные дыры -всё) снова сожмётся в одну бесконечно плотную точку.
Правда, последние данные этой теории противоречивы - учёные недавно обнаружили, что Вселенная расширяется всё быстрее.
2. Тепловая смерть Вселенной
В общем и целом Тепловая смерть - противоположность Большому сжатию. Согласно теории, гравитация способствует тому, что Вселенная продолжит расширяться в геометрической прогрессии. Галактики будут отдаляться от друга всё дальше и дальше, подобно несчастным любовникам, и всеобъемлющая чёрная пропасть между ними будет расти.
Вселенная следует тем же правилам, что и любая термодинамическая система: тепло равномерно распределяется по всему, что в ней есть. Всё вещество Вселенной равномерно распределено среди холодного, скучного и тёмного «тумана».
В конце концов все звёзды, одна за другой, вспыхнут и погаснут, а энергии для появления новых звёзд уже не будет - вселенная погаснет. Материя всё ещё останется на месте, но в форме частиц, чьё движение будет полностью хаотичным. Эти частицы будут сталкиваться друг с другом, но без обмена энергией. А люди? Люди тоже станут всего-навсего частицами посреди бескрайней пустоты.
3. Тепловая смерть плюс чёрные дыры
Согласно популярной теории, вся материя во Вселенной движется вокруг чёрных дыр: в центре почти всех известных нам галактик есть сверхмассивные чёрные дыры. Это может означать, что звёзды и даже целые галактики в итоге будут уничтожены, как только попадут в горизонт событий.
Когда-нибудь эти чёрные дыры поглотят большую часть материи, и мы останемся один на один с тёмной Вселенной. Время от времени здесь будут появляться вспышки света - это будет означать, что какой-то объект оказался достаточно близко к чёрной дыре, чтобы выделить энергию. Затем снова станет темно.
Потом более массивные чёрные дыры поглотят менее массивные и станут таким образом ещё больше. Но это ещё не конец Вселенной: чёрные дыры со временем испаряются (теряют свою массу), так как излучают то, что в современной науке получило название излучение Хокинга. И когда умрёт последняя чёрная дыра, во Вселенной останутся только равномерно распределённые частицы с излучением Хокинга.
4. Конец времени
Если и есть в этом мире хоть что-то вечное, то это, безусловно, время. Независимо от того, будет ли существовать Вселенная, время-то уж точно никуда не исчезнет - без него просто не было бы никакой возможности отличить предыдущий момент от последующего. Но что если время просто застынет? Что если того, что мы понимаем под моментами, вообще не будет? Всё застынет в одном и том же бесконечном мгновении - навсегда.
Предположим, мы живём в бесконечной Вселенной с бесконечным временем. Это значит, что всё, что может случиться, обязательно произойдёт со стопроцентной вероятностью. Такой же парадокс возникает, если вы живёте вечно. Представьте, что время вашей жизни неограниченно, поэтому всё, что только может произойти с вами, тоже обязательно произойдёт, причём бесконечное количество раз. Таким образом, если вы живёте вечно, то шанс ненадолго выбыть из строя составляет 100%, и вы потратите вечность в темноте космоса. На основании этого учёные сделали предположение: время, в конце концов, остановится.
Если бы вы могли жить вечно, чтобы испытать всё это (через миллиарды лет после гибели Земли), вы бы даже никогда и не поняли, что-то пошло не так. Время просто остановится, и, по мнению учёных, всё застынет в одном мгновении, как на фотографии - навсегда. Будет просто одно и то же мгновение. Вы бы никогда не умерли, никогда бы не состарились. Это было бы своего рода псевдобессмертие. Но вы бы никогда об этом не узнали.
5. Большой отскок
Большой отскок похож на Большое сжатие, но куда более оптимистичное. Сценарий тот же: под воздействием гравитации расширение Вселенной замедляется, и в итоге вся материя собирается в одной точке. Согласно этой теории, силы быстрого сжатия будет достаточно, чтобы случился новый Большой взрыв - и тогда появится новая, юная Вселенная. Согласно этой модели, ничто не погибнет - материя просто «перераспределится».
Но физикам и физике такое объяснение не нравится. Поэтому некоторые учёные утверждают, что, возможно, Вселенная не пройдёт весь путь обратно к сингулярности. Вместо этого она приблизится к этому состоянию максимально близко, а потом «отскочит» с помощью силы, подобной той, какая возникает, когда мяч отскакивает от пола.
Большой отскок очень похож на Большой взрыв - теоретически появится новая Вселенная. Таким образом, наша с вами Вселенная может быть не первой, а, скажем, 400 по счёту. Но нет никакого способа это доказать - как и опровергнуть.
6. Большой разрыв
Независимо от того, как именно погибнет Вселенная, учёные не стесняются для названия новой теории использовать слово «Большой». Это, кстати, ещё слабо сказано. Согласно теории Большого разрыва, невидимая сила под названием тёмная энергия заставит Вселенную расширяться быстрее. В итоге она так разгонится, что просто разорвётся на части.
Большинство теорий говорят, что Вселенная погибнет ещё очень нескоро. Но теория Большого разрыва сулит ей относительно скорую смерть - по предварительным оценкам это случится через 16 млрд лет.
Планеты и, возможно, жизнь ещё будут существовать. И этот вселенский катаклизм может разом всё погубить: разорвать всё на части или скормить космическим львам, живущим между вселенными. О том, что произойдёт, можно только догадываться. Но такой конец будет куда страшнее, чем медленная тепловая смерть.
7. Метастабильность вакуума
Теория основана на идее, что Вселенная постоянно находится в нестабильном состоянии - квантовая физика вообще говорит, что она балансирует на грани устойчивости. Некоторые учёные полагают, что через миллиарды лет Вселенная шагнёт за эту грань.
Когда это произойдёт, появится своего рода «пузырь». Думайте о нём, как об альтернативной Вселенной (хотя фактически это будет та же самая Вселенная с другими свойствами). Пузырь начнёт расширяться во всех направлениях со скоростью света и уничтожать всё, с чем соприкоснётся. И в итоге уничтожит всё.
Но не волнуйтесь: Вселенная при этом всё ещё будет существовать. Только законы физики в ней будут совершенно другими, но там тоже вполне может возникнуть жизнь. Только там не будет ничего, что мы, люди, будем в состоянии понять.
8. Временной барьер
Если мы попробуем рассчитать, какова вероятность существования мультивселенной, в которой есть бесконечное число вселенных, но немного (или совершенно) разных, то столкнёмся с той же проблемой, что и в теории о Конце времени: всё, что может случиться, обязательно случится.
Чтобы обойти эту проблему, учёные берут отдельный участок Вселенной и вычисляют вероятность его существования. Расчёты кажутся логичными, но делят Вселенную на отдельные куски - как торт. И у каждого куска есть граница, как у областей на политической карте мира. Только надо представить, что каждую страну разделяет устремляющая в небо стена.
Эта модель может существовать только в том случае, если границы - настоящие, физические, за пределы которых ничто не может выйти. Согласно расчётам, в ближайшие 3,7 млрд лет мы пересечём этот временной барьер, и для нас вселенная закончится.
Это в общих чертах - понимания физики, чтобы описать теорию более детально, у нас не хватает. У физиков, правда, тоже. Но перспектива кажется жутковатой.
9. Конца Вселенной не будет! (…мы же живём в мультивселенной, да?)
В мультивселенной бесконечные вселенные могут возникать в пределах всего существующего или за его пределами. Вселенные могут начинаться с Большого взрыва. Наша может закончиться Большим сжатием или Большим разрывом, или вообще Большим пинком (такую теорию ещё не придумали, так что если у вас есть знакомые физики, можете подкинуть им идею).
Но это не имеет значения: в мультивселенной наша Вселенная - не уникальный случай, она просто одна из многих. И хотя она может погибнуть, с мультивселенной при этом ничего особенного не случится. А значит, конца не будет.
Несмотря на то, что даже само время в других вселенных может быть совершенно другим и вести себя по-другому, новые вселенные в мультивселенной появляются всё время (извините за каламбур). Согласно физике, новых вселенных всегда будет больше, чем старых, так что в теории число вселенных постоянно растёт.
10. Вечная Вселенная
То, что Вселенная всегда была и всегда будет - одна из первых разработанных людьми концепций о её природе. Но есть и нечто посерьёзнее.
Можно предположить, что Большой взрыв был началом времени. Но возможно и то, что время существовало до него, а сингулярность и взрыв могли появиться из-за столкновения двух бран - листообразных структур пространства, формирующихся на более высоком уровне существования. Согласно этой модели, Вселенная циклична и всегда будет расширяться и сжиматься.
Теоретически мы может узнать это наверняка в ближайшие 20 лет. У учёных есть спутник «Планк» специально для наблюдений за Вселенной. Конечно, это нелегко, но учёные всё же могут понять, с чего началась наша Вселенная и чем она закончится. Теоретически, опять же.
Гипотеза о том, что рано или поздно Вселенная перестанет «разбегаться», и галактики вновь полетят навстречу друг другу, кажется, нашла свое подтверждение. В таком случае, у нас осталось не слишком много времени.
Существует точка зрения, в соответствии с которой, с самого момента Большого Взрыва Вселенная неуклонно расширяется, и процесс этот будет продолжаться вечно. В соответствии с вычислениями сторонников этой гипотезы, уже через 150 миллиардов лет Мленый путь уйдет настолько далеко от других звездных скоплений, что станет практически изолированным островом в океане вечной темноты. Конечно, землянам по этому поводу беспокоиться не стоит (все равно так долго человечество в его нынешнем виде не протянет), но смутное чувство обиды все-таки тревожило души ученых.
Тем не менее, результаты двух исследований, проведенных учеными из Стэнфордского университета, похоже, опровергают гипотезу вечно расширяющейся Вселенной. По мнению участников исследования, очень скоро центробежные процессы сменятся центростремительными, и через каких-то 10-20 миллиардов лет потомки наших потомков станут свидетелями Большого Сжатия, то есть Большого разрыва наоборот, когда весь мир начнет сжиматься в «горошину» размером меньше протона.
Косвенным основанием для этой гипотезы стали рассуждения Эйнштейна, предложившего существование в Космосе некой «невидимой энергии», противостоящей гравитационным силам космических тел и поддерживающей, таким образом, статичность Вселенной.
После того, как в 20-х годах прошлого века астроном Хаббл открыл так называемое «красное смещение» и доказал, что Вселенная расширяется, Эйнштейн исключил «космологическую константу» из своих уравнений. Однако история, возможно подтвердила его интуитивную догадку.
В 1998 году две независимые группы исследователей, занимавшиеся изучением сверхновых звезд, с удивлением обнаружили, что скорость «убегания» сверхновых гораздо выше расчетной. Мало того, что галактики действительно разбегаются, так и их ускорение постоянно растет.
Для того, чтобы объяснить этот феномен, астрономам пришлось вернуться к эйнштейновской «невидимой энергии», которую назвали «темной энергией».
Эксперименты, связанные с исследованием сверхновых, показали, что «темная энергия» - не такая уж и редкая штука: предположительно, наша Вселенная лишь на 30% состоит из обычной материи, а оставшаяся часть приходится на долю «темной энергии».
Распространенная точка зрения предполагала, что общая плотность «темной энергии» должна быть больше нуля. Вполне логичный взгляд на вещи, не правда ли? Тем не менее, бытовой здравый смысл не вполне применим к миру квантовой физики, и в последнее время ученые пришли к убеждению, что со временем «темная энергия» может изменить свой знак с положительного на отрицательный.
То есть, Если сейчас «положительная темная энергия» стимулирует расширение Вселенной, то «негативная темная энергия» начнет играть на одном поле с гравитационными силами, таким образом, спровоцирует стремительное возврашение галактик в точку, откуда и начался Большой Взрыв. Самое интересное состоит в том, что процесс сжатия должен начаться практически «вот-вот», поскольку человечество, если верить выкладкам Андрея Линде, (в прошлом выпускник МГУ, ныне – профессор физики в Стэнфорде) и его жены Ренаты Каллош, ставших авторами гипотезы, возникло не в начале, а как раз в середине жизненного цикла Вселенной.
Впрочем, расстраиваться не из-за чего: у нас в запасе еще как минимум десять миллиардов лет, чтобы тщательно обдумать планы на будущее и подобрать себе домик понадежнее. Тем более, если верить господину Линде, наша Вселенная – лишь один из многих пузырьков, и «наша часть Вселенной может погибнуть, но в целом Вселенная бессмертна – она просто изменяет свои свойства».
Однако Роберт Кодвелл, сотрудник Дартмурского колледжа в Нью-Хемпшире думает иначе.
Основываясь на последних научных данных и собственных выкладках, он выдвигает новую теорию. Согласно ей, нашу Вселенную ждет яркое будущее. Чрезвычайно яркое.
Теория Кодвелла называется Теория Большого Разрыва.
Главная мысль очень проста: «Темная энергия» со временем будет становиться все сильнее и, в конце концов, разорвет все, что есть в мире «обычной» материи цельного.
Кодвелл и его коллеги по Калифорнийскому технологическому институту в Пасадене даже высчитали, как будет происходить этот всеобщий «конец света».
Результаты их удивили: получалось, что в результате, приблизительно через 22 миллиарда лет с настоящего момента, «темная энергия» разорвет даже атомные ядра – а это, как известно, сопровождается мощнейшим выбросом энергии – «обычной» энергии. Давайте на секунду представим себе, что каждый атом во Вселенной разорвался…
Перед этим, конечно, произойдет много чего другого: например, нашей Галактике («Млечному Пути») предстоит почить в бозе за 60 миллионов лет до «конца всео». За три месяца до апокалипсиса потеряет целостность Солнечная Система. За полчаса до Большого разрыва взорвется Земля.
Распад атомных ядер произойдет за 10-19 секунд до Взрыва…
«Когда призрачная энергия станет достаточно сильна, гравитационная нестабильность перестанет действовать, и Вселенная станет однородной. В итоге отдельные частицы окажутся изолированными друг от друга…» - пишет Кодвелл.
«Если кто-то из гуманоидов выживет, - говорит другой сторонник идеи Большого Разрыва, британский астроном Мартин Риз, - они смогут видеть все, кроме последней миллисекунды. Именно в этот момент космическое отталкивание превысит эластичность наших тел и разорвет нас на части. Это выглядит маловероятно, но доказать, что это не так, просто невозможно».
В связи с будущей судьбой Вселенной астрономы возлагают большие надежды на зонд SNAP. Этот зонд произведет детальные замеры тысяч сверхновых с тем, чтобы выяснить, с какой именно скоростью они разлетаются прочь, и, если повезет, узнать, как себя ведет «темная энергия».
Как пишет New Scientist, большинство физиков едва ли поддерживают теорию Кодвелла. Слишком много новых теоретических вопросов она поднимает – многовато «головной боли».
Например, теория гравитации Эйнштейна не предрекает существование своего рода прорех в пространстве-времени. Обычно они возникают и исчезают настолько быстро, что обнаружить их оказывается невозможным.
Однако, в будущем сила «темной», или «призрачной», энергии окажется достаточно велика, чтоб поддерживать их в течение длительного времени, а это может означать возможность путешествий во времени и всех тех теорий, которые физики считают крайне неудобными.
В отличие от большинства фантастов.