Встает вопрос: нет ли каких-нибудь лазеек из этой ловушки? Сможем ли мы избежать общей космической участи? Найдем ли, как герой фильма «Интерстеллар», спасение в гиперпространстве?
Чтобы понять, как Вселенная может умереть, нужно проанализировать предсказания далекого будущего, которые дает теория гравитации Эйнштейна, а затем и поразительные откровения, добытые в последние десятилетия.
Согласно этим уравнениям, есть три возможных варианта конечной судьбы Вселенной.
Большое сжатие, Большое замерзание или Большой разрыв
Первый вариант — Большое сжатие. Согласно этому сценарию, расширение Вселенной постепенно замедлится, затем остановится и начнется обратный процесс. Галактики со временем перестанут разбегаться и начнут сближаться. Далекие звезды будут подходить все ближе и ближе, температура резко повысится. Со временем все звезды сольются в первозданную перегретую массу. В некоторых сценариях предусматривается даже Большой отскок и новый Большой взрыв, после которого все начнется сначала.
Второй вариант — Большое замерзание, тепловая смерть Вселенной. Расширение Вселенной будет беспрепятственно продолжаться. Второй закон термодинамики гласит, что полная энтропия системы всегда возрастает, так что со временем Вселенная остынет, так как вещество и тепло рассеются. Звезды перестанут сиять, ночное небо станет совершенно черным, а температура упадет почти до абсолютного нуля, когда даже молекулы практически прекратят всякое движение.
Несколько десятков лет астрономы пытаются понять, который из этих сценариев определяет судьбу Вселенной. Делается это путем вычисления средней плотности. Если Вселенная обладает достаточной плотностью, тогда ей хватит вещества и тяготения, чтобы притянуть далекие галактики и обратить расширение вспять. Тогда реалистичным становится сценарий Большого сжатия. Если же во Вселенной недостает массы, тяготения не хватит, чтобы обратить расширение вспять, то Вселенной грозит Большое замерзание, тепловая смерть. Критическая плотность, разделяющая два этих сценария, составляет примерно 6 атомов водорода на кубический метр.
Однако в 2011 г. Нобелевскую премию по физике получили Сол Перлмуттер, Адам Рисс и Брайан Шмидт за открытие, которое перевернуло бытовавшие десятки лет представления. Ученые обнаружили, что расширение Вселенной не только не замедляется, а, напротив, ускоряется. Нашей Вселенной 13,8 млрд лет, но около 5 млрд лет назад она начала ускоряться экспоненциально, и сегодня Вселенная разбегается во всех направлениях. Журнал Scientific American писал: «Астрофизическое сообщество с изумлением узнало, что Вселенная пошла вразнос». Астрономы пришли к этому поразительному выводу, анализируя взрывы сверхновых в отдаленных галактиках; они хотели определить, с какой скоростью расширялась Вселенная миллиарды лет назад. (Взрывы одного из типов сверхновых, а именно типа Ia, обладают фиксированной светимостью, и мы можем точно измерить расстояние до них по их блеску. Если у кого-то имеется фонарь известной светимости, легко определить, как далеко этот человек находится, но, если вы не знаете, насколько яркий у него фонарь, оценить расстояние трудно. «Фонарь» известной светимости называют стандартной свечой или объектом стандартной светимости. Сверхновая типа Ia — именно такой объект, так что расстояние до нее определить несложно.) Ученые обнаружили, что эти сверхновые движутся от нас прочь, в точности как ожидалось. Удивительно было другое: обнаружилось, что более близкие сверхновые убегают от нас стремительнее, чем должны были бы, и это свидетельствует о том, что расширение ускоряется.
Таким образом, вдобавок к Большому замерзанию и Большому сжатию начал вырисовываться третий возможный сценарий — Большой разрыв. Он напоминает Большое замерзание в гипертрофированном виде и представляет собой сильно сжатый во времени жизненный цикл Вселенной.
Согласно сценарию Большого разрыва, далекие галактики со временем начнут отдаляться от нас так быстро, что превысят скорость света, — и исчезнут из виду. (Это не противоречит специальной теории относительности, ведь само пространство расширяется со сверхсветовой скоростью. Материальные объекты не могут двигаться быстрее света, но пустое пространство может растягиваться и расширяться с любой скоростью.) Ночное небо станет черным, поскольку свет далеких галактик будет отдаляться так быстро, что не сможет до нас дойти.
Со временем это экспоненциальное расширение настолько усилится, что разорвет не только Галактику, но и Солнечную систему. Мало того, даже атомы, из которых строятся наши тела, будут разорваны. Вещества в том виде, каким мы его знаем, на финальных стадиях Большого разрыва уже не будет.
Журнал Scientific American пишет: «Галактики будут разрушены, как и связи в Солнечной системе, а со временем все планеты рассеются в пространстве, когда стремительное расширение пространства разорвет на части даже их атомы. В конечном итоге наша Вселенная закончит свое существование взрывом. Это будет сингулярность бесконечной в буквальном смысле энергии».
Великий британский философ и математик Бертран Рассел когда-то написал:
Вся преданность, все вдохновение, весь полуденный блеск человеческого гения обречены на исчезновение в масштабной смерти Солнечной системы, и весь храм достижений человека будет неизбежно погребен под обломками разрушенной Вселенной… Только внутри ограды этих истин, только на прочном основании непреходящего отчаяния может отныне строиться надежное обиталище души.
Рассел писал о «руинах Вселенной» и «непреходящем отчаянии» в ответ на предсказания физиков о неизбежной гибели Земли. Но он не предвидел появления космической программы. Он не предвидел, что технический прогресс, возможно, позволит нам избежать участи нашей планеты.
Но если гибель Солнца нам, возможно, помогут пережить космические корабли, то как пережить гибель самой Вселенной?
Огонь или лед?
Древние предвидели в каком-то смысле многие из этих жутких сценариев.
Кажется, в каждой религии имеются мифы, в которых рассказывается о рождении и смерти Вселенной.
В скандинавской мифологии Сумерки богов называются Рагнарёк — день расплаты, когда мир покроют снега и льды, а небеса замерзнут. Мир станет свидетелем окончательной битвы между ледяными великанами и богами Асгарда. В христианской мифологии есть Армагеддон, когда силы добра и зла сойдутся в последней битве. Предвещая Страшный суд, явятся четыре всадника Апокалипсиса. В индуистской мифологии окончательный конец отсутствует, вместо него имеется нескончаемая цепочка повторений, каждый цикл которой продолжается около 8 млрд лет.
После нескольких тысяч лет предположений и гаданий наука начинает понимать, как наш мир будет развиваться дальше и как он со временем умрет.
Будущее Земли поглотит огонь. Через 5 млрд лет или около того на нашей планете наступит последний погожий день, а затем Солнце исчерпает запасы водородного топлива, расширится и превратится в красный гигант. Небеса вспыхнут. Океаны закипят, а горы расплавятся. Земля будет поглощена Солнцем и станет, как прогоревший уголек, обращаться вокруг светила внутри его яростной атмосферы. Можно вспомнить Библию, где говорится: пепел к пеплу, прах к праху. Физики говорят, из космической пыли мы возникли, в космическую пыль и вернемся.
