Смерть с небес - Филип Плейт

Все, что останется, — крайне низкоэнергетические протоны, несколько субатомных частиц, которые не распадаются (электроны, позитроны, нейтрино)… и черные дыры.

Черные дыры переживут Эпоху распада по одной простой причине: они состоят не из материи.

В главе 5 подробно рассказывается о черных дырах, но, в принципе, черная дыра — это объект настолько плотный, что для него скорость освобождения больше или равна скорости света. Как только черная дыра образовалась, из нее уже не исходит никакой информации, и, по сути, она отрезана от Вселенной. Любое вещество, из которого она когда-то состояла, или любое вещество, проваливающееся в нее, исчезает. Так как протонов нет, нечему распадаться. Соответственно, черные дыры продолжают существовать.

К концу Эпохи распада все, что остается, — это черные дыры и невероятно разреженный суп из излучения и субатомных частиц. После 1040 лет мы вступаем в эпоху черных дыр.

Существуют черные дыры как с массой всего в три раза больше массы Солнца, так и огромные монстры — сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, которые в нашу современную эпоху имеют массу от миллиона до миллиарда солнечных масс.

Во время испарения галактик в Эпоху распада происходит удивительная вещь. На окраинах галактики черные дыры будут самыми массивными из всех еще существующих объектов. Сегодня обычные звезды могут иметь массу, значительно превосходящую три солнечных массы — самые тяжелые имеют массу примерно 130 солнечных масс или чуточку больше, — но к тому времени они уже давно взорвутся. В Эпоху распада единственными остающимися объектами являются нейтронные звезды (максимальная масса: 2,8 солнечных масс), белые карлики (максимальная масса: 1,4 солнечных масс) и гораздо менее массивные коричневые карлики. Так как самые массивные объекты обычно смещаются в центр, а более легкие улетают в процессе испарения, после завершения этого процесса Галактика будет состоять: из 1) единственной центральной сверхмассивной черной дыры, поглотившей многие из меньших черных дыр звездной массы, которые в нее провалились; 2) большого количества (возможно, миллионов) черных дыр звездной массы, которые сместились к центру Галактики, но (еще) не были поглощены; и 3) горстки объектов с меньшей массой на больших расстояниях, многие из которых физически полностью покинули Галактику.

В процессе испарения Галактики центральная черная дыра, возможно, поглотит от 1 % до 10 % всей массы Галактики. Соответственно, к концу Эпохи распада масса черной дыры в ядре Галактики, которая начиналась с сотни миллиардов звезд, составит 1–2 млрд солнечных масс.

Однако не все галактики живут в одиночестве. Как указывалось, космический горизонт будет сжиматься, но только до того предела, где гравитация начинает компенсировать сжатие. Некоторые галактики существуют группами, такими как Местная группа, но гораздо больших размеров. Скопление Девы — это ближайшее звездное скопление, и в нем, возможно, 2000 гравитационно связанных галактик. В процессе, подобном испарению отдельной галактики, со временем скопление Девы также испарится. Когда это произойдет, скопление будет состоять из единственной галактики с массой примерно в 10 трлн раз больше массы Солнца. В конце концов та моногалактика Девы испарится и черная дыра в ее ядре будет иметь массу в 100 млрд масс Солнца, или даже больше.

Однако от того, что наш горизонт будет так близко, мы не сможем наблюдать ту черную дыру. Нам останется черная дыра с массой в 1 млрд солнечных масс в центре нашей собственной Галактики. И вы бы подумали, что это все. Черная дыра остается черной дырой.

Ну… практически всегда.

Как мы обсуждали в главе 5, черные дыры также могут испаряться. Этот процесс называется излучением Хокинга, по имени физика Стивена Хокинга, который впервые сформулировал постулат. Хотя это по-прежнему только теория — у нас нет под рукой черных дыр, на которых мы могли бы ее проверить, — но физика этого процесса хорошо изучена. Основной принцип заключается в том, что вследствие причудливых квантовых эффектов черные дыры могут излучать свою массу в виде субатомных частиц. В целом, это ужасно медленный процесс, и чем более массивна черная дыра, тем медленнее он протекает.

Повторюсь, нам нужно быть осторожными, когда мы говорим «медленный». Когда у нас есть 10 000 трлн лет, «медленное» может все равно произойти. При наличии достаточного времени черная дыра полностью испарится за счет излучения Хокинга.

Самая маленькая черная дыра звездной массы может иметь примерно три массы Солнца. Ей требуется много времени на то, чтобы, испуская частицы одну за другой, потихоньку израсходовать шесть октиллионов тонн вещества: примерно 1066 лет. Сегодня для нас это кажется вечностью. Но даже это — всего лишь мгновение ока по сравнению с тем, сколько времени требуется на испарение сверхмассивных черных дыр. Черная дыра в 1 млрд масс Солнца, которая когда-то была галактикой Млечный Путь (и Андромедой, и несколькими другими из Местной группы), полностью испарится за колоссальные 1092 лет.

И это все. Никакие аналогии больше не приходят в голову. Сдаюсь. Я надеялся придумать что-то вроде — если бы продолжительность жизни Вселенной до сегодняшнего дня была бы одним взмахом крыла колибри, тогда 1092 лет были бы наподобие, ну, наподобие чего-то, на что требуется очень много времени. Но даже сравнение единственного взмаха крыла колибри с теперешним возрастом Вселенной совершенно не в состоянии дать представление о соотношении сегодняшнего возраста Вселенной и 1092 лет. Это просто слишком большой временной интервал, он обращает наше ощущение реальности в пыль. Самая близкая аналогия, которую я смог придумать, — это сравнить массу протона с массой всей Вселенной, но эта аналогия никуда не годится. Аналогии должны облегчать понимание, но кто сможет представить массу протона и массу всего космоса, а потом осознать их пропорцию?

Хуже того, эта аналогия на самом деле не дотягивает до реальности. Отношение 1092 лет к настоящему возрасту Вселенной составляет примерно 1082, а отношение массы Вселенной к массе протона — 1079. Аналогия не дотягивает в 1000 раз.

Поэтому я сдаюсь. Теперь вы сами придумывайте аналогии.

Но, возможно, с нами все равно покончено. Самый массивный объект во Вселенной испарился в ходе самого медленного процесса во Вселенной. После его окончания мало что остается. Вся наблюдаемая Вселенная будет всего 1 или 2 млн световых лет в поперечнике и состоять из бессчетных электронов, позитронов, нейтрино, горстки экзотических частиц и крайне низкоэнергетических протонов. Это будет невероятно глубокий вакуум, гораздо глубже, чем что-либо существующее сегодня.

И это все. Все, что осталось. Как только исчезают черные дыры, с ними уходит и все знакомое нам в нашей Вселенной.

Вселенная будет мертва.

Теперь перед нами простираются бесконечные пучины времени. В этот момент наша математика перестает работать. Вселенная представляет собой такой разреженный суп, что для сближения любых двух частиц понадобятся бессчетные годы. А если они сблизятся, что произойдет? Если обе эти частицы — электроны, они оттолкнутся друг от друга и разлетятся в разных направлениях. Если одна — электрон, а другая — позитрон, они притянут друг друга, столкнутся и — хоп! Они превратятся в пару разлетающихся гамма-лучей.