Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики - Кэти Мак

Слегка успокаивает тот факт, что к тому моменту мы уже получим некоторый опыт переживания подобных событий: согласно этому сценарию, первые признаки предстоящего коллапса появятся спустя довольно много времени после нашего столкновения с Андромедой. Даже по самым пессимистичным оценкам, до начала процесса Большого сжатия может пройти много миллиардов лет, – наша Вселенная существует уже на протяжении 13,8 миллиарда лет, и с точки зрения вероятности будущего коллапса она едва ли достигла среднего возраста.

Как мы уже говорили, столкновение Млечного Пути с галактикой Андромеды вряд ли напрямую затронет Солнечную систему. Однако вселенский коллапс – это совсем другая история. Поначалу он может выглядеть похожим образом: галактики сталкиваются и сливаются, загораются новые звезды, возникают черные дыры, некоторые звездные системы вылетают в далекий космос. Однако со временем будет появляться все больше зловещих признаков того, что вокруг творится нечто совсем иное.

По мере учащения случаев сближения и слияния галактики станут взрываться синим светом новых звезд, а гигантские струи частиц и радиации – пронзать межгалактические облака газа. Наряду с этими новыми звездами могут возникнуть новые планеты, и на некоторых из них, возможно, успеет развиться жизнь, которая, тем не менее, скорее всего, будет уничтожена одним из взрывов сверхновой, все чаще происходящих в этой хаотической, коллапсирующей Вселенной. Гравитационные взаимодействия между галактиками и находящимися в их центрах сверхмассивными черными дырами будут становиться все более яростными, из-за чего звезды начнут выбрасываться из них и в итоге попадать под действие гравитации других галактик. Но даже на этом этапе столкновения отдельных звезд по-прежнему будут случаться относительно редко, и так продолжится вплоть до самого конца игры. Гибель звезд произойдет по-другому, гарантируя уничтожение любой жизни, которая на тот момент все еще будет существовать на планетах.

Вот как это случится.

Расширение Вселенной в том виде, в каком оно происходит сегодня, растягивает не только световые волны от далеких галактик. Оно также растягивает и разбавляет послесвечение самого Большого взрыва. Одним из самых убедительных доказательств теории Большого взрыва, о котором говорилось в предыдущей главе, является тот факт, что мы можем увидеть его, просто заглянув достаточно далеко. При этом мы видим идущее со всех сторон тусклое свечение, оставшееся с младенчества Вселенной. Глядя на это свечение, мы, по сути, смотрим непосредственно на те части Вселенной, которые находятся так далеко, что, с нашей точки зрения, они по-прежнему охвачены огнем, то есть находятся на ранней стадии существования Вселенной, когда каждая часть космоса была заполнена горячей, плотной и непрозрачной плазмой, как внутри звезды. Свет от этого давно потухшего пламени шел к нам из достаточно отдаленных мест все это время и достиг нас только сейчас.

Причина, по которой мы воспринимаем реликтовое излучение как рассеянное низкоэнергетическое свечение, заключается в том, что из-за расширения Вселенной отдельные фотоны растянулись до такой степени, что превратились в слабые помехи. А тот факт, что они проявляются в виде микроволн, обусловлен чрезмерным красным смещением. Расширение Вселенной способно на многое, в том числе на превращение адского пекла в слабый микроволновый фон, проявляющийся в виде небольших помех на экране старомодного аналогового телевизора.

Если процесс расширения Вселенной повернется вспять, то же самое произойдет и с распространением радиации. Внезапно космический микроволновый фон, это безобидное низкоэнергетическое свечение, приобретет синее смещение, и его энергия и интенсивность начнут быстро возрастать, приближаясь к весьма некомфортным значениям.

Но и это еще не приведет к гибели звезд.

Помимо концентрирования послесвечения охваченного огнем пространства существует нечто, способное породить гораздо более высокоэнергетическое излучение. На протяжении всего существования Вселенной гравитация превращала первичную и довольно однородную смесь газа и плазмы в звезды и черные дыры[33]. Эти звезды сияли в течение миллиардов лет, наполняя пустоту своим излучением, которое рассеивалось, но никуда не исчезало. Черные дыры тоже делают свой вклад, испуская рентгеновские лучи, когда падающее в них вещество нагревается и порождает высокоэнергетические струи частиц. Излучение, испускаемое звездами и черными дырами, даже горячее, чем то, которое было характерно для заключительных этапов Большого взрыва, и в процессе сжатия Вселенной вся эта энергия тоже будет сгущаться. Таким образом, коллапс Вселенной представляет собой не стадию симметричного процесса, включающего этап расширения и охлаждения, за которым следуют сжатие и нагрев, а нечто гораздо худшее. Если вас когда-либо спросят, где вы хотите оказаться – в произвольной точке пространства сразу после Большого взрыва или непосредственно перед Большим сжатием, выбирайте первое[34]. Совокупное излучение от звезд и струй высокоэнергетических частиц, сгущающееся и смещающееся в сторону еще более высоких энергий, станет настолько интенсивным, что начнет поджигать поверхности звезд задолго до того, как они столкнутся друг с другом. Ядерные взрывы будут раздирать звезды на части, заполняя пространство горячей плазмой.

К этому времени дела будут уже по-настоящему плохи. Ни одна планета, просуществовавшая до тех пор, не сможет пережить взрыв самих звезд. С этого момента интенсивность излучения во Вселенной начнет приближаться к уровню, сопоставимому с тем, который характерен для центральных областей активных ядер галактик, где находятся сверхмассивные черные дыры, выбрасывающие струи высокоэнергетических частиц и гамма-излучения с такой силой, что их длина достигает тысяч световых лет. Что происходит с материей в такой среде после того, как она распадается на составляющие ее частицы, неизвестно. Коллапсирующая Вселенная на последних стадиях сжатия достигнет значений плотности и температуры, которые значительно превышают те, что мы можем воспроизвести в лаборатории или описать с помощью известных нам теорий частиц. На данном этапе главный вопрос будет заключаться не в том, выживет ли что-нибудь, поскольку к этому моменту очевидным ответом будет однозначное «нет», а в том, сможет ли коллапсирующая Вселенная породить новую?

Идея циклической Вселенной, в которой бесконечно чередуются этапы расширения и сжатия, обладает определенной привлекательностью. (И мы рассмотрим ее более подробно в главе 7.) Вместо того чтобы начинаться с нуля и заканчиваться катастрофой, циклическая Вселенная в принципе может существовать сколь угодно долго, обеспечивая бесконечную переработку материи и не допуская никаких потерь.

Разумеется, в реальности, как обычно, все значительно сложнее. Исходя из теории гравитации Эйнштейна, общей теории относительности, любая Вселенная, содержащая достаточное количество вещества, имеет заданную траекторию. Она начинается с сингулярности (бесконечно плотного состояния пространства-времени) и заканчивается сингулярностью. Однако общая теория относительности не предусматривает механизма перехода от конечной сингулярности к начальной. И есть основания полагать, что ни одна из наших физических теорий не позволяет описать условия, для которых была бы характерна такая плотность. Мы довольно хорошо понимаем, как гравитация работает в больших масштабах и для относительно слабых гравитационных полей, однако мы не знаем, как она ведет себя в чрезвычайно малых масштабах. И показатели напряженности поля, с которыми нам предстоит иметь дело, когда вся наблюдаемая Вселенная сожмется в субатомную точку, абсолютно невычисляемы. Мы можем предположить, что в данной конкретной ситуации как-то проявит себя квантовая механика, но, честно говоря, мы не знаем, как именно.