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

Если отвлечься от пугающей идеи о возникновении мыслящих мозгов из пустоты, редкие случайные флуктуации способны привнести некоторый порядок в нигилистический хаос тепловой смерти. Однако даже в этом наиболее оптимистичном сценарии Вселенная, в которой доминирует космологическая постоянная, обрекает на гибель всех живущих в ней существ, поскольку в будущем абсолютно все упорядоченные структуры не ждет ничего, кроме тьмы, одиночества и распада. До открытия темной энергии физики, в частности Фримен Дайсон, выдвигали предположения о том, что машина, которая производит вычисления с постоянно убывающей скоростью, может существовать сколь угодно долго[46]. Но даже эта идеальная машина будет подвержена энтропийной эрозии «благодаря» второму закону термодинамики и в итоге распадется и преобразуется в теплоту по мере приближения к горизонту де Ситтера. Время, необходимое для достижения максимальной энтропии, то есть истинной и вневременной тепловой смерти, зависит от оценочных значений периода распада протона, которые все еще не определены. Тем не менее до исчезновения всех мыслящих структур пройдет, вероятно, 101000 лет или около того.

Но могло быть и хуже.

Когда речь идет о темной энергии, действие стабильной, предсказуемой космологической постоянной представляет собой как будто лучший сценарий. Однако не исключаются и другие возможности, одна из которых связана с фантомной темной энергией, приводящей к чему-то более драматичному, более стремительному и, в некотором смысле, гораздо более конечному: к Большому разрыву.

Для космического феномена, который играет, вероятно, самую важную роль во Вселенной, темная энергия на удивление трудно поддается изучению. Насколько мы можем судить, она абсолютно равномерно распределена по Вселенной, будучи вплетенной в ткань самого пространства. И все, что она делает, – это растягивает пространство так незначительно, что ее эффект становится заметным лишь на огромных расстояниях между далекими галактиками. Физикам, занимающимся темной материей, намного проще. Несмотря на то что она так же невидима, как и темная энергия, ее присутствие очень заметно: она сгущается практически вокруг каждой галактики или скопления галактик, которые мы когда-либо наблюдали, внося определяющий вклад в гравитационное поле, изгибая свет и с самого начала изменяя ход космической истории. Темная энергия, с другой стороны, просто расширяет пространство.

Разумеется, мы не полностью лишены возможности изучать темную энергию. По сути, мы можем делать это посредством исследования истории расширения Вселенной и процесса роста галактик и их скоплений. В обоих случаях мы смотрим вдаль и в прошлое, прослеживая эволюцию космоса с течением времени. При этом мы стараемся выявить небольшие эффекты, опираясь лишь на слабые сигналы и статистику.

Однако, несмотря на сложность такого рода исследований, их стоит проводить, поскольку темная энергия одновременно является доминирующим компонентом космоса и верным признаком существования новой физики, выходящей за рамки нашего нынешнего понимания.

Кроме того, чем бы темная энергия ни оказалась в итоге, она способна разрушить Вселенную гораздо раньше, чем можно было бы предположить. Зачем ждать медленного наступления тепловой смерти, если темная энергия способна устроить внезапный и драматический апокалипсис под весьма подходящим названием «Большой разрыв»? Мало того, что это разрушение оказалось бы неминуемым, оно могло бы разорвать саму ткань реальности, заставив мыслящих обитателей космоса беспомощно наблюдать за тем, как Вселенная вокруг них рвется в клочья.

Эта пугающая идея не так уж невероятна. На самом деле лучшие из имеющихся у нас данных космологических наблюдений не только не исключают такой возможности, но и в каком-то смысле свидетельствуют в ее пользу. Так что стоит потратить некоторое время на изучение того, что именно это означает для нас.

Темная энергия, как правило, считается космологической постоянной, которая растягивает пространство и ускоряет процесс космического расширения, наделяя Вселенную некоторой склонностью к разбуханию. Это описание довольно хорошо работает в больших масштабах. Однако внутри галактик, солнечных систем или в непосредственной близости от организованной материи космологическая постоянная обычно никак не проявляется. Ее правильнее было бы рассматривать как некую изолирующую силу. Если две галактики уже достаточно удалены друг от друга, расстояние между ними продолжает увеличиваться, поэтому со временем отдельные галактики, их скопления или группы оказываются все более одинокими. Кроме того, действие космологической постоянной слегка замедляет процесс их формирования. Но чего она не может сделать, так это разорвать уже организованную структуру. Таким образом, то, что соединила гравитация, космологическая константа разъединить не в силах.

Причина этого небольшого милосердия космологической постоянной (которая, тем не менее, в итоге приведет к разрушению всей Вселенной) заключена в слове «постоянная». Если темная энергия на самом деле является космологической постоянной, ее определяющее свойство состоит в том, что плотность темной энергии в любой части пространства остается одинаковой даже при расширении пространства. Постоянна не скорость расширения, а только плотность самой космологической постоянной в любом заданном объеме пространства. В некотором роде это имеет смысл, если каждой точке пространства автоматически присваивается определенное количество темной энергии, однако это по-прежнему остается очень странным, поскольку означает, что с увеличением пространства количество темной энергии тоже увеличивается, обеспечивая постоянную плотность. Это также означает, что если вы нарисуете сферу заданного размера в любом месте Вселенной и измерите количество темной энергии внутри нее, а затем сделаете то же самое в будущем, вы получите один и тот же результат, вне зависимости от того, насколько за это время расширилась Вселенная. Если в вашей первоначальной сфере содержится скопление галактик и некоторое количество темной энергии, то через миллиард лет количество темной энергии в этой области будет таким же, поэтому, если ее и раньше было недостаточно для того, чтобы разрушить скопление галактик, ей не удастся сделать это и в будущем. Соотношение между веществом и темной энергией в данной сфере существенно не изменится даже по мере опустошения остального космоса.