Долі Всесвіту
«Всесвіт | дихання вічності» називалася «тема номера» в № 1 за 2000 рік. Продовжуємо розповідь про вивчення нашого великого світу.
Теорія, як на зло, виглядала дуже переконливо. Тепло само собою переходить від нагрітих тіл до менш нагрітих, так що їх температура вирівнюється - отже, через деякий час у Всесвіті повинна наступити «теплова смерть», бо всі процеси у Всесвіті відбуваються зрештою через різницю температур. Наприклад, все, що відбувається на Землі, включаючи процеси життя, має джерелом енергії Сонце, а якби Сонце і Земля були однаковою температурою, то жодного потоку енергії між ними не було б ніколи.
Але з часу відкриття Хаббла минуло понад сімдесят років, про теплову смерть, нібито загрозливу Всесвіту, все вже й думати забули, проте турботи про майбутнє нашого величезного космічного будинку, як і раніше, не залишають вчених і змушують їх час від часу повертатися до відповідних роздумів і розрахунків. Адже життя йде, відкриваються все нові факти та закономірності, уточнюються колишні уявлення, і на кожному новому етапі доводиться переглядати старі прогнози: те, що здавалося вірним та надійним учора, сьогодні вже таким не бачиться. Як там говорила поетеса? "Вчора ще в ногах лежав" Ось саме. Вчора.
Автори нового аналізу доль Всесвіту, американські університетські фізики Краус і Штаркман, починають свій виклад немов у серіалі — з короткого переказу попередніх подій. У разі ці події такі. На початку, коли Всесвіт тільки народився, він повністю складався з випромінювання, породженого Великим Вибухом. У міру розширення вона остигала, поки нарешті не досягла температур, за яких могли вже стійко існувати частинки речовини. Цей перехід легко збагнути.Якби ми налили трохи води в закупорену колбу і поставили її на вогонь, вся вода згодом перетворилася б на пару і не могла б існувати в іншому вигляді: якби якісь молекули навіть склалися випадково в краплю рідкої води, то їх власне рух — жахливо швидкий за такої температури — відразу розірвав би цю краплю назад на окремі молекули пари. Однак потім, у міру остигання колби, швидкість руху молекул стала б набагато меншою, і серед них з'явилися б такі повільні, які могли б скластися у стійкі краплі. Зрозуміло, це лише груба аналогія, у Всесвіті справа відбувалася багато складніше, але загалом — з тим самим результатом: випромінювання стало остигати (те, що від нього залишилося, було нещодавно виявлено у вигляді так званого реліктового, або залишкового, радіаційного фону Всесвіту ); з'явилася речовина; виникли величезні, космічні розміри хмари газу; у них утворилися численні центри згущення – майбутні зірки; згодом на місці цих хмар утворилися перші галактики, а потім і скупчення галактик, і ось так зрештою склався той Всесвіт, яким ми його сьогодні бачимо.
Весь цей час Всесвіт продовжував розширюватися і остигати. Але якщо вірні спостереження останніх років, швидкість цього розширення не тільки не зменшується, а й не залишається постійною - вона явно почала зростати (не вчора, не позавчора, звичайно, але з якогось часу в минулому), а це означає, що в дія вступили якісь досі невідомі сили, що прискорюють розліт галактик. Нещодавно (див. № 10 за 2000 рік) я розповідав про гіпотезу Андреаса Альбрехта, згідно з якою ці сили відбивають вплив на наш Всесвіт процесів, що йдуть в інших його просторових вимірах, недоступних нашому сприйняттю. Існують і інші гіпотези на цейрахунок, але всі вони зводяться до того, що в нашому Всесвіті виявилося якесь приховане енергетичне поле, яке проявляється у вигляді сили, що прискорює розширення Всесвіту (за аналогією з невидимою «темною речовиною» цю енергію також іноді називають «темною»). Поле це слабке: поки галактики були близько один до одного, гравітаційне тяжіння між ними набагато перевершувало це слабке відштовхування, але зараз, коли відстані стали досить великими і гравітація, відповідно, зменшилася, вона вже не в змозі компенсувати «розширювальне поле», і воно поступово починає брати гору.
На відміну від подій на Землі, які ми звикли оцінювати з точки зору того, чи «добре це для євреїв», події в космосі доречніше все-таки оцінювати з точки зору того, чи це добре для людства в цілому. Раніше про розширення Всесвіту у цьому плані якось не замислювалися. Так замислимося нарешті. Щільність речовини і енергії в Всесвіті, що прискорено розширюється, буде прискорено зменшуватися: при кожному подвоєнні лінійних розмірів щільність речовини падатиме у вісім разів (бо щільність обернено пропорційна об'єму, а об'єм зростає як куб, тобто третій ступінь, лінійних розмірів: два в кубі це вісім ). Енергія ж, тобто випромінювання, буде зріджуватися ще швидше, бо крім того що та ж енергія випромінювання буде припадати на все більший обсяг, саме це випромінювання, в силу «розтягування» Всесвіту, буде «розтягуватися» теж: його хвилі будуть ставати довшими, а частота (яка, за законом Планка, визначає енергію хвилі), навпаки, менше; в цілому, при кожному подвоєнні лінійних розмірів щільність енергії зменшуватиметься у 16 разів. Тим часом, якщо хтось хоче завойовувати Всесвіт, як у переможному серіалі Star Wars, або навіть просто вижити в ньому, якпрості люди, не герої, йому належить забезпечити себе відповідними матеріальними резервами, - а де ж їх взяти, коли вони прямо з-під руки випаровуються на всі боки і до того ж з дедалі більшою швидкістю, буквально на очах?
Перекладемо все це на більш строгу мову науки. Швидкість розширення Всесвіту визначається швидкістю відносного видалення галактик один від одного; ця швидкість, як показав Хаббл, пропорційна відстані між ними по досягненні певної відстані ця швидкість перевершить швидкість світла. Закону Ейнштейна (про неможливість перевершити швидкість світла) це не суперечить, оскільки закон Ейнштейна говорить про швидкість руху матеріальних тіл або інформації в просторі, тим часом як у разі розльоту галактики йдеться про їхнє віддалення один від одного за рахунок розширення самого простору (адже Всесвіт розширюється не "у просторі", а разом "з простором"). Так що галактики розлітатимуться і далі, навіть перевершивши швидкість світла, а от світло від них вже ніколи не буде доходити до інших галактик. Це означає, що з часом на нашому небі зникнуть усі галактики, окрім тих найближчих, що входять до нашого місцевого скупчення. Підраховано, що це станеться вже через 2000 мільярдів років. Але далі справа піде ще гірше: через старіння Всесвіту і все швидше розпилення її речовини утворення нових зірок відбуватиметься дедалі повільніше, поки — через 100 тисяч мільярдів років — не згаснуть останні зірки навіть у нашому місцевому скупченні. Сумне видовище. Як сказав поет, «якщо зірки запалюють, отже, це комусь потрібно»; але кому може знадобитися, щоб вони гасли? Проте природа захотіла саме так, хоч ми й не розуміємо, чому.
Зрозуміло, у міру подальшого розширення розпадутьсяне тільки скупчення галактик, галактики та окремі зірки (включаючи білі, червоні та коричневі карлики, а також нейтронні пульсари), а й самі атоми, а під кінець — і елементарні частинки, які їх складають. У нескінченній межі Всесвіт стане, як ми й сказали вище, нескінченним крижаним Ніщо. Навіть релігія не додумалася до такого кінця світу.
Повинен, однак, заспокоїти — є якийсь шанс, що наші далекі нащадки ще побачать небо в алмазах. По-перше, наука йде вперед семимильними кроками і завтра може відкрити щось таке, через що доведеться переписувати всі сьогоднішні сценарії. А по-друге, навіть якщо сценарій «крижаної смерті Всесвіту» не зійде з порядку денного, його реалізація настільки далека — що не кажи, але загроза чогось через сто тисяч мільярдів років може викликати лише тонку посмішку на обличчі людини, яка живе від зарплати до зарплати! — що людство (в особі своїх Краусов та Штаркманів) цілком може дозволити собі таку гру уяви, анітрохи не беручи участь у ній емоційно.
Інша справа, коли тобі повідомляють, як це зробив мічиганський професор Фред Адамс на нещодавній конференції Американської асоціації розвитку науки, що через якісь 7 мільярдів років наше Сонце має спалахнути, як наднова зірка, перед тим як стиснутися до стану білого карлика, і при цьому безжально поглинути і спалити (або спочатку спалити, а потім поглинути) і нашу Землю, і всі інші планети. Ось тут мимоволі захвилюєшся. І вже зовсім вибиває просту людину з колії, коли на тій же конференції інший професор, метеоролог Джеймс Кастінг, раптом заявляє, що набагато раніше цього, вже через якийсь мільярд років, навіть через півмільярда, Сонце стане таким гарячим, що всі наші океани випаруються до останньої краплі і Землястане безводною пустелею. Ось це вже будь-кого схвилює. Це ж зовсім інша річ. Усього півмільярда років, це майже завтра, а в нас ще справи не дороблені і корова не доєна, і боже ж ти наш зеленоокий, за що?!