Далекое будущее Вселенной Эсхатология в космической перспективе
Шрифт:
Этот комплекс возможностей и неизбежностей предоставляет как философам, так и богословам неисчерпаемое богатство потенциально важных вопросов для размышления:
• Каков ответ на конечность будущего земных (или даже любых) форм жизни?
• Что, если жизнь в каком-либо определенном смысле слова способна существовать вечно?
• Как относиться к печально знаменитым парадоксам бесконечного повторения, неразрывно связанным с понятием бесконечности [17, 31]?
• Можно ли согласовать картину жестко структурированного пространства–времени в будущем со свободой воли?
Проблема меняется, если наша вселенная начнет сжиматься в далеком будущем, устремляясь в конце концов к «большому краху», который наступит через конечное время. Наблюдения могут сообщить нам лишь о том, может ли эта судьба постичь видимую часть нашей вселенной [2]. Мы находимся в дразнящей близости к точке, отделяющей бесконечное расширение в будущем от коллапса, и малые флуктуации местного
3.3. Взлеты и падения пульсирующих вселенных
Если наша расширяющаяся вселенная, со знакомыми нам звездами и галактиками, не возникла вдруг спонтанно и из ниоткуда — каково же ее происхождение? Одно из мнений, имеющее длинную родословную, гласит, что она вовсе не имела начала. Она существовала всегда. Неизменно обаятельные мифы повествуют о циклической истории вселенной, которая периодически сгорает в великом пламени и затем, как феникс, возрождается из пепла [16, 6]. Современные космологические модели расширяющейся вселенной вторят этому сценарию. Говоря о закрытых вселенных, имеющих историю расширения, расширяющихся до максимума и затем снова сжимающихся до нуля, нельзя исключить, что этот эпизод космической истории будет повторяться и дальше. Предположим, что вселенная расширяется и сжимается снова, и снова, и снова — и так до бесконечности. Если это возможно, нет никаких причин думать, что мы находимся в первом цикле. Можно вообразить себе неисчислимое множество пульсаций в прошлом и подобное же количество — в будущем. Однако мы игнорируем тот факт, что в начале и в конце каждого цикла возникает сингулярность. Возможно, что отталкивающая гравитация остановит вселенную поблизости от точки бесконечной плотности, или же в момент сингулярности произойдет что-то еще более экзотическое… но все это — голословные предположения.
Впрочем, нельзя сказать, что такие предположения не ограничены ничем, кроме нашей фантазии. Возьмем за основу, что эволюцией от цикла к циклу управляет один из центральных принципов, управляющих жизнью всей природы — второй закон термодинамики, сообщающий нам, что полная энтропия (или беспорядок) закрытой системы никогда не может убывать [14] . Упорядоченные формы вещества будут превращаться в беспорядочное излучение, а энтропия излучения будет постоянно возрастать. В результате будет повышаться общее давление, оказываемое веществом и излучением на вселенную, и размер вселенной будет увеличиваться в каждой последующей максимальной точке расширения [15] . По мере развития циклов они становятся все больше и больше! Парадоксальным образом вселенная все приближается и приближается к критическому состоянию уплощенности, которое мы воспринимаем как следствие непомерного расширения. Если же оглянуться в прошлое, то мы увидим циклы, в которых вселенная была все меньше и меньше: предположение о ее начале во времени здесь оказывается излишним, хотя понятно, что жизнь могла возникнуть лишь после того, как циклы стали достаточно большими и достаточно длительными для формирования атомов и биологических элементов.
14
Предположение здесь состоит в том, что в моменты, когда вселенная «поворачивает» в своем развитии, ничто не противоречит второму закону термодинамики.
15
Об этом впервые заговорил Р. К. Толмэн [33, 34]. Новый детальный анализ был сделан недавно Бэрроу и Дабровски [4].
Довольно долго эта последовательность событий принималась за свидетельство того, что в прошлом вселенная не переживала бесконечного ряда пульсаций, поскольку возрастание энтропии в конце концов должно было сделать невозможным существование звезд и жизни (см., например, [20]), а число фотонов, которое мы измеряем в среднем по вселенной на каждый протон (около миллиарда), дает оценку производства энтропии в прошлом. Однако теперь мы знаем, что эта величина не обязательно должна возрастать от цикла к циклу. С ее помощью нельзя измерить возрастание энтропии. В момент обращения развития вселенной все смешивается, а в дальнейшем число протонов, сравниваемое с числом фотонов, устанавливается достаточно ранними процессами. Одной из проблем такого рода может оказаться проблема черных дыр. Если уж крупные черные дыры, вроде тех, что мы наблюдаем в центре многих галактик, включая Млечный Путь, формируются, они будут иметь тенденцию накапливаться во вселенной от цикла к циклу, становясь все массивнее, пока наконец не поглотят всю вселенную, конечно, при условии, что они не разрушаются при каждом обращении или не превращаются в отдельные «вселенные»,
Любопытный постскриптум к истории циклических вселенных открыт недавно Мариушем Дабровски и мною [4]. Мы показали, что если космологическая константа Эйнштейна существует, то при любом, сколь угодно малом положительном значении ее эффект отталкивающей гравитации в конце концов прекратит пульсацию циклической вселенной. Осцилляции будут становиться все больше и больше, пока наконец вселенная не станет так велика, что космологическая константа возобладает над притяжением материи. Когда это случится, вселенная впадет в фазу ускоряющегося расширения, из которой она уже никогда не сможет выйти, если только в отдаленном будущем каким-то таинственным образом не исчезнет вакуумная энергия, создающая давление космологической константы. Таким образом, при наличии положительной космологической константы пульсирующая вселенная может в конце концов избежать судьбы бесконечных осцилляции. Если в прошлом и существовало бесконечное число осцилляции, то в настоящем мы можем ожидать, что находимся в последнем бесконечно расширяющемся цикле, если только это тот самый цикл, в котором может существовать и развиваться жизнь.
Еще один путь, которым вселенная может избежать какого-либо начала, — пережить экзотическую последовательность эволюционных шагов, созданных историей вечного расширения [27]. Не видно причин, по которым последовательность расширений, исходящая из уже расширяющихся доменов, вообще должна была иметь какое-то общее начало. Для каждого отдельного домена возможно иметь историю, начинающуюся с определенного квантового события расширения, но весь процесс в целом может просто протекать стационарно — ныне и присно и во веки веков.
3.4. Рынок прогнозов
Всякий астроном, вступающий на рынок прогнозов, должен столкнуться со следующими вопросами:
• Будет ли «конец» или асимптота — в любом смысле?
• Идет ли речь только о «нашем» конце, о конце жизни вообще, о конце материи, пространства, времени или всей вселенной?
• Будет ли конец внезапным или постепенным?
• Возможны ли длительные циклы поведения вселенной или же естественного или искусственного отбора вселенных в какой-либо форме?
• Будет ли в вечно расширяющейся вселенной что-то постоянно меняться, или мы движемся к стазу?
• Каково влияние на вселенную существования космологической константы, или энергии космического вакуума?
Постепенный конец может стать результатом множества мелких и медленных перемен в природе вселенной, происходящих на протяжении эонов космического времени. Природные константы, текущие значения которых во многих случаях кажутся идеально «настроенными» на существование жизни, основанной на атомах, могут меняться, очень медленно, но все же меняться [37]. Возможно, рано или поздно они выйдут за пределы того узкого окна, что позволяет существовать стабильным атомам и звездам. Если существуют иные измерения пространства, то любые изменения в размерах этих неведомых нам измерений могут повлечь за собой перемены такого же масштаба в значениях тех «констант», которыми мы привыкли определять физическую природу в нашем трехмерном пространстве.
Мы уже начали понимать, сколь важные физические параметры, вроде баланса вещества и антивещества в космосе или количества основных природных сил, могут возникать из процесса нарушения симметрии, приводящего к весьма разным результатам в различных частях вселенной. Вселенная расширяется и стареет, и однажды это приведет к тому, что различные ее регионы, обладающие очень разными фундаментальными физическими характеристиками, столкнутся с драматическими результатами на границе.
Мы обнаружили свидетельства существования множества черных дыр, возникших в результате коллапса недолговечных массивных звезд, а также гигантских черных дыр в центрах галактик, где они растут, поглощая звезды и газ вокруг себя. Рано или поздно очень большая доля материи во вселенной может оказаться внутри черных дыр, однако не останется там навечно. Хокинг [22] показал, что черные дыры будут медленно «испаряться» — терять свою массу благодаря порождению квантовых частиц, возвращая в пространство релятивистские частицы и излучение в термальном спектре. Что происходит на последней, взрывной стадии этого процесса испарения — пока для нас загадка. На первый взгляд кажется, что в пространстве и времени останется единственная дыра, как после большого схлопывания. Если это так, значит, со временем вселенная окажется испещренной такими дырами в пространстве–времени — местами, где могут нарушаться законы природы. Из них может исходить все что угодно: фотоны, частицы, звезды, даже целые вселенные.