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

Если эта новая циклическая модель действительно описывает нашу Вселенную, то в отдаленном будущем мы заметим, как дальние галактики останавливаются и начинают медленно приближаться к нам. Сначала это будет похоже на раннюю стадию Большого сжатия, сопровождающуюся ростом температуры фонового излучения. Однако мы будем уничтожены еще до того, как заподозрим неладное, когда энергия скалярного поля внезапно преобразуется в излучение, породив Большой взрыв, знаменующий начало очередного цикла Вселенной.

Интересно, что эта новая версия экпиротической модели имеет одно сходство с предыдущей, допуская, что гравитационные волны могут представлять собой своеобразный сигнал, передающийся от одной Вселенной другой. Старая версия допускала прохождение гравитационных волн через балк. В новой версии гравитационные волны могут сохраняться при переходе с одного цикла на другой, поскольку перед отскоком космическое пространство сжимается не слишком сильно. Эти сигналы были бы чрезвычайно трудноуловимыми, но если бы они существовали, то могли бы кое-что рассказать нам о предыдущей Вселенной.

Так что следите за пространством.

* * *

Разумеется, экпиротические сценарии не являются единственными моделями отскакивающей Вселенной.

Роджер Пенроуз, пионер современной космологии, коренным образом изменивший наш взгляд на гравитацию, предложил собственную модель циклической Вселенной, в которой Большой взрыв происходит после тепловой смерти предыдущей Вселенной. Эта модель предполагает объединение далекого будущего пространства-времени одной Вселенной с сингулярностью в начале другой. На протяжении многих десятилетий Пенроуз был одним из самых выдающихся космологов, указывающих на серьезность проблемы энтропии в стандартных сценариях ранней Вселенной. И он не считает, что ее можно разрешить с помощью теории инфляции. Недавно он сказал мне: «Когда я впервые услышал об этом, я подумал, что эта теория не проживет и недели».

Альтернативная модель Пенроуза под названием «Конформная циклическая космология» предполагает, что вблизи сингулярности энтропия работает иначе. Если его гипотеза верна, то это означает, что для границы между циклами характерна очень низкая энтропия, и процесс возникновения новой Вселенной не включает стадию инфляции. Модель Пенроуза также предполагает интригующую возможность, что какой-то отпечаток событий, произошедших на предыдущих циклах, может сохраниться в виде наблюдаемых особенностей космического микроволнового фонового излучения. Пенроуз и его сотрудники заявили, что доказательства существования таких отпечатков уже сейчас можно обнаружить в данных, правда, их заявление было воспринято скептически. Будут ли эти особенности реликтового излучения рассматриваться в качестве доказательства существования Вселенной до Большого взрыва, пока не ясно.

Между тем один из разработчиков экпиротического сценария Нил Турок сформулировал совершенно новую модель Вселенной, в которой Большой взрыв является всего лишь переходной точкой. В основе этой гипотезы, разработанной Лэтамом Бойлом, Туроком и их бывшим учеником Кираном Финном, лежат аргументы симметрии из физики элементарных частиц, переведенные на космический уровень. Согласно данной гипотезе, наша Вселенная и обращенная во времени версия космоса встречаются в момент Большого взрыва, словно два конуса, соприкасающиеся вершинами. В недавней статье ученые описали это как «возникающую из ничего пару Вселенная – Антивселенная». Вполне вероятно, что конусообразная сингулярность может предусматривать собственное решение проблемы энтропии, хотя данная модель и ее детали на момент написания этой книги все еще находились на стадии разработки. Тем не менее она дает некоторые конкретные предсказания о природе темной материи, а значит, может быть проверена в ходе предстоящих экспериментов.

Итак, что же дальше? Был ли Большой взрыв уникальным событием или некой катастрофической переходной точкой? Будет ли наше существование резко прервано другой Вселенной, обрушившейся на нас, словно мухобойка из другого измерения? Позволят ли данные из области космологии или физики элементарных частиц, наконец, узнать истинную природу пространства-времени? Насколько мы близки к пониманию далекого будущего нашего космоса и какая дополнительная информация нам нужна для окончательного ответа на этот вопрос?

Чем все закончится?

Как это обычно бывает в науке, изучение космоса предполагает постоянную, непрекращающуюся работу. Однако за последние несколько десятилетий в этой области был достигнут значительный прогресс, и новые идеи возникают все чаще. В ближайшем будущем у нас появятся новые инструменты, которые позволят получить беспрецедентное представление об истории происхождения нашего космоса и предоставят новые сведения о Большом взрыве, темной материи, темной энергии и нашей возможной судьбе. В последней главе данной книги мы поговорим о том, что именно нам могут показать эти новые инструменты, а также о результатах работы на передовом крае науки, которые уже намекают, что наша Вселенная гораздо более странная, чем мы могли себе представить.

В 1969 году Мартин Рис еще не стал королевским астрономом, лордом Рисом, бароном Ладлоу. Он был постдоком-космологом в Кембриджском университете, размышлял о конце всего и опубликовал шестистраничную статью под названием «The Collapse of the Universe: An Eschatological Study» (Коллапс Вселенной: эсхатологическое исследование), которую он же впоследствии назвал «довольно забавной». Во введении Рис заявил, что хотя данные наблюдений пока не однозначны, они указывают, что «Вселенной суждено коллапсировать. Все структурные особенности космической сцены будут уничтожены в процессе этого разрушительного сжатия». Думаю, что самым забавным в своей работе Рису показалось то, что, согласно его вычислениям, в ходе грядущего коллапса звезды могут быть уничтожены фоновым излучением извне. А кого может не позабавить мысль о возгорании звезд?

Несмотря на аргументы, приведенные Рисом в пользу теории Большого сжатия, данные оставались неоднозначными на протяжении нескольких десятилетий, поэтому было неясно, является ли Вселенная замкнутой (обреченной на сжатие) или открытой (вечно расширяющейся). В 1979 году Фримен Дайсон из института перспективных исследований в Принстоне решил исследовать другую сторону вопроса, заявив: «Я не буду подробно обсуждать модель замкнутой Вселенной, поскольку сама мысль о существовании в коробке вызывает у меня приступ клаустрофобии». Модель открытой Вселенной представлялась ему более привлекательной и просторной альтернативой. В своей статье «Time Without End: Physics and Biology in an Open Universe» (Время без конца: физика и биология в открытой Вселенной) он представил количественные предсказания и проанализировал значимость идеи открытой Вселенной для человечества, разработав метод, с помощью которого будущие жители космоса, регулируя свою деятельность и периодически впадая в спячку, могли бы бесконечно продолжать свое существование в вечно расширяющемся космосе[79]. Несмотря на то что большая часть статьи была посвящена расчетам и обсуждению теоретических вопросов, во введении он довольно резко раскритиковал сообщество физиков за пренебрежение темой конца Вселенной. «Изучение далекого будущего сегодня кажется столь же сомнительным занятием, каким тридцать лет назад казалось исследование далекого прошлого», – писал он, подразумевая нехватку серьезных работ по данной теме[80]. Затем последовал его космологический призыв к оружию: «Если анализ отдаленного будущего поднимет вопросы, связанные с конечным смыслом и целью жизни, давайте исследуем их смело и без смущения».