Глава 19. Смерть окружающего мира

Итак, вскоре после катаклизма Большого взрыва вещество было рассеяно во Вселенной почти равномерно. Причина, по которой из однородной среды образовались массивные тела (звезды, планеты, галактики и т. д.) кроется в силе гравитации. Там, где плотность была чуть выше средней, сильнее было и притяжение, значит, более плотные образования становились еще плотнее. Изначально однородная масса со временем разделилась на отдельные «облака», из которых сформировались галактики. Прошли еще сотни миллионов лет, и под действием гравитационных сил начался процесс гравитационной конденсации первичной газово-пылевой среды в небесные тела – звезды и планеты.

Ну, а какая же судьба может ожидать нашу Вселенную в отдаленном будущем?

Первый из таких процессов сейчас ни у кого не вызывает сомнений – звезды в будущем погаснут. Солнце закончит свою активную эволюцию через несколько миллиардов лет и превратится в белый карлик размером с Землю, который начнет постепенно остывать. Звезды менее массивные, чем Солнце, живут дольше, но и они рано или поздно превращаются в остывшие карлики.

А теперь о судьбе галактик. Звездные системы – галактики – состоят из сотен миллиардов звезд. В центрах галактик, вероятно, находятся сверхмассивные черные дыры, о чем свидетельствуют бурные процессы в галактических ядрах, наблюдаемые астрофизиками. Для будущего галактик существенны очень редкие в наше время события, когда какая-либо звезда в результате гравитационного взаимодействия с другими звездами приобретает большую скорость, покидает галактику и превращается в межгалактического странника. Звезды начнут постепенно покидать галактику, а ее центральная часть – понемногу сжиматься, превращаясь в очень компактное звездное скопление. В таком скоплении звезды будут сталкиваться друг с другом, превращаясь в газ, и этот газ в основном станет падать в центральную сверхмассивную дыру, увеличивая ее массу. Звезды, пролетая слишком близко от этой дыры, также будут разрушаться.

Конечный этап – это сверхмассивная черная дыра, поглотившая остатки звезд центральной части галактики, и рассеивание около 90 процентов всех звезд внешних частей в пространстве. Процесс разрушения галактик закончится примерно через 10¹⁹ лет, все звезды к этому времени давно погаснут и потеряют право именоваться звездами.

Для дальнейших процессов определяющей является предсказываемая современной физикой нестабильность ядерного вещества. Имеется в виду, что протон хотя и очень долго живущая, но все же нестабильная частица. Теория «великого объединения», которая предсказывает бурные процессы в эпоху с 10^-34 секунды по 10^~32 секунды после начала расширения Вселенной, предсказывает и необходимость распада протона (а также и нейтрона в составе сложных ядер, который в этих условиях также считался стабильным). Среднее время его жизни оценивается примерно в 10³² лет. Конечный продукт распада протона – один позитрон, излучение в виде фотона, нейтрино и, возможно, одна или несколько электронно-позитронных пар. Хотя распад протона еще не наблюдался непосредственно, мало кто из физиков сомневается в неизбежности такого процесса.

Итак, примерно через 10³² лет ядерное вещество полностью распадется. Из мира исчезнут даже погасшие звезды. Но распад ядерного вещества уже задолго до этого срока начнет играть важную роль в эволюции Вселенной. Позитроны, возникающие при распаде нуклонов (общее название протонов и нейтронов), аннигилируют с электронами, превращаясь в фотоны, которые вместе с фотонами, прямо возникающими при распаде нуклона, нагревают вещество. Только нейтрино свободно покидают звезду и уносят около 30 процентов всей энергии распада.

Спустя 10³² лет все ядерное вещество полностью распадется, звезды и планеты превратятся в фотоны и нейтрино.

Несколько иная судьба у рассеянного в пространстве газа, который останется после разрушения галактик (по массе он может составить около одного процента всего вещества Вселенной). Ядерное вещество этого газа тоже, разумеется, распадется через 10³² лет. Однако в этом случае позитроны, возникающие при распаде, уже не будут аннигилировать с электронами – из-за крайней разреженности газа вероятность встречи этих частиц чрезвычайно мала, и в результате образуется разреженная электронно-позитронная плазма.

К этому времени, то есть через 10³² лет, во Вселенной останутся еще черные дыры, возникшие из массивных звезд после их угасания, и сверхмассивные черные дыры, образовавшиеся в центрах галактик (об их судьбе мы скажем немного позже).

Что же будет происходить во Вселенной после распада ядерного вещества?

С расширением Вселенной плотность массы излучения быстро будет падать, так как уменьшается и плотность числа частиц, и энергия каждого кванта (а значит, и его масса). Средняя плотность обычной материи в виде электронно-позитронной плазмы и черных дыр убывает только из-за уменьшения их концентрации при расширении Вселенной.

Значит, плотность этих видов материи убывает медленнее, чем плотность излучения. Поэтому ко времени 10³³ лет плотность материи уже будет определяться главным образом массой, заключенной в черных дырах. Ее будет гораздо больше, чем в электронно-позитронной плазме. Если масса покоя нейтрино не ноль, как мы это разбирали выше, то значительная доля массы останется также в нейтрино. На смену эре излучения придет эра черных дыр!

Но и черные дыры не вечны. В поле тяготения вблизи черной дыры происходит, как мы знаем, рождение частиц; причем у черных дыр с массой порядка звездной и больше возникают кванты излучения. Такой процесс ведет к уменьшению массы черной дыры, она постепенно превращается в фотоны, нейтрино, гравитоны. Но процесс этот чрезвычайно медленный. Скажем, черная дыра с массой в 10 масс Солнца испарится за 10⁶⁹ лет, а сверхмассивная черная дыра, масса которой еще в миллиард раз больше, – за 10⁹⁶ лет. Но все же постепенно все черные дыры превратятся в излучение, и оно вновь станет доминирующим по массе во Вселенной, снова наступит эра излучения. Однако это излучение несравненно более холодное, чем излучение в эпоху распада вещества.

Вследствие расширения Вселенной плотность излучения, как уже говорилось, падает быстрее плотности электронно-позитронной плазмы, и через 10¹⁰⁰ лет станет доминирующей именно эта плазма и, кроме нее, во Вселенной не останется практически ничего.

Означает ли это, что в будущем замрут все процессы, не будет происходить активных движений физических форм материи, невозможно будет существование каких-либо сложных систем, а тем более разума в какой бы то ни было форме?

Нет, такой вывод был бы неверен. Конечно, с нашей сегодняшней точки зрения все процессы в будущем будут чрезвычайно замедленны, но ведь и пространственные масштабы тогда будут иными. Напомним, что в самом начале расширения Вселенной, когда температура составляла примерно 10²⁷ Кельвинов, происходили процессы рождения вещества, текли бурные реакции, продолжительность которых исчислялась 10^~34 секунды, а пространственные масштабы были порядка 10^-24 сантиметра. С точки зрения подобных масштабов и сверхбыстрых процессов сегодняшние события во Вселенной, в том числе и наша жизнь, это нечто невероятно медленное и чрезвычайно растянутое в пространстве. По мнению известного американского физика Фримена Дайсона, в любом отдаленном будущем возможны будут сложные формы движения материи и даже разумная жизнь, правда, в непривычных формах, и «пульс жизни будет биться все медленнее, но никогда не остановится».

Наша пытливая мысль залетела в невообразимо далекое будущее. В таких длительных полетах всегда можно столкнуться с чем-то непредусмотренным. Пока у нас речь шла о процессах, которые вытекают из надежно установленных физических законов, однако в будущем возникнут физические условия, недоступные нам в эксперименте (сверхнизкие температуры, малые плотности и т. д.), и вполне возможно проявление сил, возникновение процессов, совершенно нам пока неизвестных. А эти силы и процессы могут в корне изменить ситуацию.

В современном вакууме (в том, что в просторечии называется пустотой), тоже, возможно, заключена некоторая плотность энергии. Но… она очень мала и соответствует плотности массы не более чем 10^~28 г/см³, а может быть, даже существенно меньше. Обнаружить такую плотность даже в астрономических наблюдениях крайне трудно. Теория полагает возможным, что плотность массы вакуума в далеком будущем скачком перейдет в реальные частицы и античастицы, давая начало новым физическим процессам. Родившееся при этом вещество будет, конечно, разреженным, но все же несравненно более плотным, чем оставшееся к тому времени рассеянное вследствие расширения Вселенной «наше» вещество.

Подобный фазовый переход вакуума может быть чрезвычайно существенным для судеб Вселенной. Так, в принципе этот переход может остановить расширение Вселенной и сменить его сжатием. Вновь возникший при этом «истинный вакуум» будет обладать гравитационными свойствами притяжения, а не отталкивания, как ложный вакуум. Ясно, что если расширение Вселенной сменится сжатием, то при этом вся нарисованная нами картина будущего Вселенной совершенно изменится.

Как видите, в любом возможном сценарии эволюции Вселенной ее будущее представляется захватывающе интересным и многообразным.

Правда, во всех вариантах в отдаленном будущем Вселенная будет совсем не похожа на окружающую нас сегодня. Либо это состояние очень разреженное и холодное, либо очень плотное и горячее.

Если мы будем достаточно благоразумны, чтобы сберечь жизнь на Земле в нашу эпоху социальных потрясений, то трудно вообразить, какого научного могущества мы достигнем через сто, тысячу, миллион, а тем более миллиарды лет. Человек (опять же в широком смысле слова) научится использовать для своего блага все законы эволюции Вселенной, сумеет управлять ими. Конечно, при осуществлении подобных задач в масштабах Вселенной совершенно по-новому обернутся проблемы охраны природы и другие. Но несомненно то, что будущее общество найдет способы их решить.

Быстро продвигаются астрономы вглубь Вселенной. Не так давно пределом казался возраст в 8 млрд лет назад, теперь же ученые вплотную приблизились к десятимиллиардному рубежу. Похоже, наша машина времени стремительно приближается к остановке «Рождение галактик». Прибыв туда, мы, вероятно, разгадаем тайну невидимой материи. Но и это не станет конечным пунктом. Пора будет вплотную взяться за решение двух главных проблем: как родилась Вселенная и каково ее будущее. Можно сколько угодно спорить, строить гипотезы и писать уравнения, но астрономы знают, что лишь новые наблюдения дадут окончательные ответы на эти вопросы.

Существуют сценарии циклически пульсирующего мироздания, многократно рождающегося из сингулярности, претерпевающего расширение и сжатие и вновь гибнущего в коллапсе – этакий вселенский маятник, качающийся из стороны в сторону, с постепенно затухающими колебаниями. От колебания к колебанию вакуум многократно переходит на все более низкие энергетические уровни, что и служит причиной катаклизмов. Эта модель хороша тем, что может объяснить то, чего не могут другие модели, например, что было до Большого взрыва. Но в конце концов у Вселенной, как у пружинных часов, просто «кончится завод» – плотность вакуумной энергии достигнет истинного минимума, и вот тогда Вселенная коллапсирует окончательно и бесповоротно.

Качается большой маятник Вселенной. От точки сингулярности к некоему пределу, за которым расширение Вселенной сменится ее сжатием. И снова вещество начнет сжиматься в некую точку, как было уже однажды. И пусть это время далеко от нас, человечество не может не задуматься о том, что его ждет. И размышления лучших умов привели к обозначению престранной картины. Оказывается, не надо дожидаться «конца света», чтобы увидеть Вселенную, сжимающуюся в точечный невообразимо плотный сгусток полей и частиц. Такие вселенные, вполне возможно, существуют уже сегодня. Они – рядом с нами, возможно, и внутри нас…

В заключение, восторгаясь красотой и внутренней эволюционной целесообразностью окружающего мира, давайте помнить о его хрупкости и беззащитности во враждебной космической среде. Ведь все, что мы видим, возникло в результате стечения практически бесконечного количества фактов, и вполне возможно, что природа уже никогда не сможет повторить свой уникальный эксперимент.