Брайан Грин – До конца времен. Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной (страница 66)

Хотя нынешние наблюдения допускают постепенное усиление темной энергии, многие физики, включая и меня, считают такой вариант маловероятным. При изучении соответствующих уравнений у меня возникает впечатление, что да, математика работает, хотя и едва-едва, но нет, уравнения не выглядят естественными или убедительными. Такая оценка основывается на опыте многих десятилетий, а не на математических доказательствах, поэтому она, конечно, может оказаться ошибочной. Тем не менее она обеспечивает более чем достаточную мотивацию для оптимизма и позволяет считать, что Большой разрыв не сделает все последующие этажи Эмпайр-стейт-билдинг ненужными. Так что продолжим наше движение вдоль линии времени.

Нам не придется далеко взбираться, прежде чем мы встретим на своем пути следующее поворотное событие.

Если сила отталкивающей гравитации не растет, но остается постоянной, мы все можем вздохнуть с облегчением; в этом случае угроза быть разорванным на кусочки расширяющимся пространством не будет нас беспокоить. Но поскольку отталкивающая гравитация и дальше будет заставлять далекие галактики разбегаться все быстрее и быстрее, она все же вызовет глубокие долговременные последствия: примерно через 1 трлн лет скорость убегания отдаленных галактик достигнет скорости света, а затем и превзойдет ее — нарушив, на первый взгляд, самое знаменитое правило эйнштейновской Вселенной. При более внимательном рассмотрении выяснится, однако, что на самом деле правило это устоит: утверждение Эйнштейна о том, что ничто не в состоянии превысить скорость света, относится исключительно к скорости объектов, движущихся сквозь пространство. Галактики же почти не движутся сквозь пространство. У них нет ракетных двигателей. Как частицы белой краски на куске черной эластичной ткани разъезжаются, когда эту ткань растягивают, так и галактики по большей части неподвижны в ткани пространства и разбегаются потому, что пространство разбухает. Чем дальше отстоят галактики одна от другой, тем больше между ними способного разбухать пространства и, соответственно, тем быстрее эти галактики будут расходиться. Закон Эйнштейна не накладывает никаких ограничений на скорость такого расхождения.

Несмотря на это, предел в виде скорости света остается чрезвычайно важным. Свет, испускаемый каждой галактикой, движется сквозь пространство, в отличие от нее самой. И как каякер не сможет подняться вверх по реке, если скорость, до которой он сумеет разогнать веслом свою лодочку, окажется меньше скорости течения, так и свет, излученный галактикой, убегающей от нас со сверхсветовой скоростью, проиграет гонку с пространством и никак не сможет добраться до нас. Пересекая пространство со скоростью света, свет не сможет преодолеть расстояние до Земли, если оно будет увеличиваться со сверхсветовой скоростью. В результате если будущие астрономы захотят посмотреть на что-нибудь кроме ближайших звезд и направят свои телескопы в самые глубокие части ночного неба, то увидеть там они смогут лишь бархатную черную тьму. Далекие галактики к этому моменту уже выскользнут за пределы того, что астрономы называют нашим космологическим горизонтом. Выглядеть это будет так, будто далекие галактики упали с какой-то скалы на краю пространства.

Я говорю здесь именно о далеких галактиках, потому что те, что располагаются относительно близко, — скопление из примерно 30 галактик, известное как Местная группа, — и дальше останутся нашими космическими компаньонами. В самом деле к 11-му этажу Местная группа, в которой доминируют галактики Млечный Путь и туманность Андромеды, скорее всего, сольется воедино, образовав союз, который астрономы заранее окрестили Милкомедой (я, правда, высказался бы скорее за вариант Андромилки). Все звезды Милкомеды окажутся достаточно близко друг к другу, чтобы их взаимное гравитационное притяжение могло противостоять расширению пространства и удерживать это звездное собрание в целости. Но утрата контакта с более далекими галактиками будет для нас серьезной потерей. Именно тщательное наблюдение за далекими галактиками позволило Эдвину Хабблу понять, что пространство расширяется; это открытие затем подтвердили и уточнили следующие 100 лет наблюдений. Лишившись доступа к далеким галактикам, мы потеряем главный диагностический инструмент, позволяющий отслеживать расширение Вселенной. Наблюдения, которые привели нас к пониманию Большого взрыва и космической эволюции, перестанут быть доступными.

Астроном Ави Лёб предположил, что высокоскоростные звезды, которые будут непрерывно убегать из конгломерата Милкомеды в глубокий космос, смогут послужить в каком-то смысле заменой далеким галактикам — так кидают в воду с плота попкорн, чтобы проследить ход воды ниже по течению. Но и Лёб признает, что неустанное все ускоряющееся расширение чрезвычайно плохо скажется на способности будущих астрономов осуществлять точные космологические измерения 16. В качестве наглядной иллюстрации скажем, что к 12-му этажу — примерно через 1 трлн лет после Большого взрыва — чрезвычайно важное реликтовое излучение, направлявшее наши космологические исследования в главе 3, окажется настолько растянутым и разреженным расширением пространства (так сильно изменится под действием красного смещения), что его, скорее всего, уже невозможно будет обнаружить.

Как вы думаете: если представить, что собранные нами данные, из которых явствует, что Вселенная расширяется, каким-то образом удалось сохранить и передать в руки астрономов, которые будут жить через 1 трлн лет после нас, поверят ли они? Их новейшее оборудование, прошедшее путь развития длиной в триллион лет, покажет им Вселенную, которая на максимальных расстояниях черна, вечна и неизменна. Можете себе представить, как они отмахнутся от странных результатов, дошедших до них из древней примитивной эпохи — нашей эпохи, и примут вместо этого ошибочное заключение, что Вселенная в целом статична.

Даже в мире, где происходит неумолимый рост энтропии, мы привыкли к тому, что измерения раз за разом улучшаются, массивы данных постоянно растут, научные представления развиваются. Вследствие ускоренного расширения пространства может оказаться, что важная информация уносится прочь так быстро, что становится недоступной. Глубокие истины, возможно, будут молча манить наших потомков из-за горизонта.

Первые звезды начали формироваться на 8-м этаже, примерно через 100 млн лет после Большого взрыва, и будут формироваться до тех пор, пока остается свободное сырье для их образования. Как долго это будет продолжаться? Список ингредиентов невелик: все, что вам для этого требуется, — достаточно большое облако газообразного водорода. Как мы уже видели, после этого за дело берется гравитация, которая медленно сжимает облако, разогревая его сердцевину и запуская ядерную реакцию. Если вам известно количество газа в галактике и скорость, с которой формирование звезд истощает газовые резервы, вы вполне можете оценить продолжительность времени, в течение которого будет происходить звездообразование. Есть кое-какие тонкости, которые делают подсчет более сложным (скорость звездообразования в галактике может изменяться со временем; звезды, прогорая, возвращают часть своих газообразных составляющих в галактику, восполняя резервы), но после уточненных расчетов исследователи заключили, что к 14-му этажу — примерно через 100 трлн лет — звездообразование в огромном большинстве галактик подойдет к концу.

Продолжая подъем с 14-го этажа, мы заметим еще кое-что. Звезды начнут меркнуть. Чем массивнее звезда, тем сильнее ее вес давит на ядро и тем выше поднимается температура в ее центре. В свою очередь, более высокая температура подстегивает и ускоряет ядерный синтез, способствуя, таким образом, более быстрому выгоранию ядерных резервов звезды. Если Солнце будет ярко гореть около 10 млрд лет, то гораздо более тяжелые звезды исчерпают свое ядерное топливо намного раньше. Самые легкие звезды, имеющие массу примерно в десять раз меньше солнечной, горят слабее и, соответственно, живут намного дольше. Астрономы называют разные категории таких звезд малой массы обобщающим термином красные карлики, и, судя по наблюдениям, к их числу относится большинство звезд во Вселенной. Низкие температуры и медленное, спокойное горение водорода (благодаря вихревым потокам внутри красных карликов почти весь запасенный в них водород в итоге сгорает в ядре) позволяют им светить по многу триллионов лет, в тысячи раз больше срока жизни нашего Солнца. Но к 14-му этажу даже припозднившиеся красные карлики будут уже дышать на ладан.

Таким образом, поднимаясь с 14-го этажа, мы видим галактики, напоминающие выгоревшие города антиутопического будущего. Блистательное когда-то ночное небо, полное сияющих звезд, окажется теперь населено обуглившимися огарками. И все же, поскольку гравитационное притяжение звезды зависит только от ее массы, а не от того, светится она ярко или «дымится», как прогоревший уголек, те звезды, которые прежде удерживали планеты, будут удерживать их и дальше.

До следующего этажа.

При взгляде в ясное ночное небо создается впечатление, что наша Галактика плотно набита звездами. На самом деле это не так. Хотя нам кажется, что звезды располагаются на окружающей нас сфере вплотную друг к другу, на самом деле расстояния от Земли до них различаются очень сильно — хотя наши слабые, близко посаженные глаза этого практически не видят — и звезды тоже очень далеки одна от другой. Если бы можно было сжать Солнце до размера крупинки сахара и положить эту крупинку на верхушку Эмпайр-стейт-билдинг, то вам пришлось бы доехать почти до Гринвича в штате Коннектикут, чтобы увидеть Проксиму Центавра — нашу ближайшую звездную соседку. И вам не придется спешить, чтобы непременно застать Проксиму возле Гринвича, когда вы наконец туда доберетесь. В этом масштабе типичные скорости звезд составляют меньше одного миллиметра в час. Как при игре в салки, участники которой находятся далеко друг от друга, звезды очень редко сталкиваются между собой или хотя бы сближаются.