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

Это удручает. Вероятность того, что мы существуем в ложном вакууме, никогда не была особенно обнадеживающей. Распад вакуума представляет собой окончательную экологическую катастрофу; в новом вакууме будут действовать другие физические константы; после распада вакуума невозможной станет не только жизнь, какой мы ее знаем, но и привычная нам химия. Тем не менее всегда можно было утешиться мыслью о том, что со временем в новом вакууме может возникнуть если и не жизнь, какой мы ее знаем, то, по крайней мере, некие структуры, способные радоваться своему существованию. Теперь и эта возможность исключена[69].

Распад вакуума – это относительно новая идея, которая опирается на множество экстремальных видов физики, так что за следующие несколько лет наш взгляд на нее, скорее всего, резко изменится. Возможно, благодаря более подробным и строгим вычислениям мы получим другие результаты. Все эти вопросы очень сложны, и до достижения консенсуса нам еще далеко.

Если мы признаем, что наш вакуум действительно является метастабильным, этот вывод может оказаться несовместимым с теорией космической инфляции. По нашим оценкам, квантовых флуктуаций на стадии инфляции и высокой температуры после нее должно было оказаться достаточно, чтобы спровоцировать распад вакуума в первые моменты существования космоса, что свело бы на нет наши шансы на существование. Очевидно, такого не произошло. Это говорит о том, что либо мы не понимаем устройство ранней Вселенной, либо распад вакуума в прошлом был невозможен.

Как бы вы ни относились к теориям о ранней Вселенной, серьезное рассмотрение возможности распада вакуума зависит от того, насколько вы доверяете Стандартной модели физики элементарных частиц, которая, как мы знаем, не является исчерпывающей. Темная материя, темная энергия и несовместимость квантовой механики и общей теории относительности указывают на то, что во Вселенной есть еще что-то, чего мы не знаем. То, что придет на смену Стандартной модели, вполне может избавить нас от необходимости переживать по поводу квантового пузыря смерти.

А может быть и так, что дальнейшие разработки в области фундаментальной физики расскажут нам о совершенно новых вариантах гибели Вселенной. Возможность существования дополнительных пространственных измерений, которые не дают покоя физикам, надеющимся создать миниатюрные черные дыры с помощью ускорителей частиц, обогащает Вселенную новыми неизведанными областями. Подобно исследователю, достигшему края карты, мы протягиваем руку, не зная, что нам предстоит найти. Дополнительные пространственные измерения могут помочь нам разрешить некоторые проблемы в теориях гравитации, однако на полях постоянно расширяющейся космической карты мы наверняка обнаружим предупреждение: «здесь водятся монстры».

14 сентября 2015 года, в 9 часов 50 минут и 45 секунд утра по Гринвичу вы на миг стали чуточку выше.

Гребень гравитационной волны, которая вас омыла, путешествовал по космосу, искривляя само пространство, на протяжении 1,3 миллиарда лет, – с момента слияния двух черных дыр, масса каждой из которых в 30 раз превышала массу Солнца. Хотя вы, скорее всего, ничего не заметили. В конце концов, ваш рост увеличился менее чем на миллионную ширины протона, однако от внимания физиков из лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) это не укрылось. Первое обнаружение гравитационных волн стало кульминацией многолетних поисков, потребовавших разработки новых технологий и создания самого чувствительного оборудования в истории экспериментальной физики. Выявление этой ряби на ткани пространства-времени послужило окончательным подтверждением общей теории относительности Эйнштейна.

Еще более важно, что это открытие ознаменовало начало новой эры астрономических наблюдений. Оно позволило взглянуть на Вселенную совершенно по-другому. Теперь вместо сбора света или высокоэнергетических частиц, испущенных удаленными объектами, мы могли почувствовать вибрацию самого пространства и впервые получить представление об отдаленных космических катастрофах, способных сотрясти самые основы реальности.

С момента этого первого открытия гравитационно-волновая астрономия продолжала поставлять нам сведения о катастрофических слияниях черных дыр и нейтронных звезд, а также позволяла нам с беспрецедентной точностью изучать работу гравитации. Однако гравитационные волны способны подсказать ответы и на более фундаментальные вопросы. Они могут не только дать нам новое представление о форме и происхождении нашей Вселенной, но и намекнуть на то, что может находиться за ее пределами, – на то, что может в итоге ее уничтожить.

Мы давно знаем, что с гравитацией что-то не так. Она работает слишком хорошо.

До сих пор общая теория относительности Эйнштейна с блеском выдерживала все испытания. На протяжении десятилетий физики пытались отыскать какое-нибудь отклонение, из-за которого простые[70] уравнения теории Эйнштейна могут перестать работать. В каких-нибудь экстремальных условиях, например на краю черной дыры или в центре нейтронной звезды, эти уравнения должны дать сбой. До сих пор мы ничего не находили, но мы уверены, что ищем не напрасно.

Для этого у нас есть веские основания. По сравнению с другими силами гравитация кажется весьма странной. Она выглядит совершенно иначе с математической точки зрения, и она слишком слабая. Разумеется, когда речь идет о массе, достаточной для формирования галактики или черной дыры, гравитация кажется довольно сильной. Но в повседневной жизни она представляет собой самую слабую из всех сил, с которыми вы имеете дело. Каждый раз, когда вы поднимаете кофейную чашку, вы преодолеваете гравитационное притяжение целой планеты. Для того чтобы гравитация начала хотя бы конкурировать с ядерными силами, удерживающими атомы вместе, необходимо сжать массу Солнца до размера города.

Но сравнение сил – это еще не все. Идея о том, что все фундаментальные взаимодействия могут представлять собой различные аспекты одного и того же явления на чрезвычайно высоких уровнях энергии, как правило, считается ключом к истинному пониманию, как работает физика. Мы надеемся разработать некую всеобъемлющую «теорию всего», которая объединяет гравитацию с остальными силами, действующими на элементарные частицы, и объясняет, ну, в общем… все.