Далекое будущее Вселенной Эсхатология в космической перспективе - Эллис Джордж (читать книги без .TXT) 📗
Мы не знаем, каждое ли превращение железной звезды в нейтронную звезду будет вызывать взрыв сверхновой. Во всяком случае, его результатом будет становиться мощный выброс энергии в форме нейтрино и другой, более скромный выброс энергии в форме рентгеновских лучей и видимого света. Таким образом, вплоть до самого конца срока, описанного в (47), вселенная будет освещаться фейерверками.
И. Превращение обычной материи в черные дыры
Долгий срок жизни (47) железных звезд верен лишь в том случае, если в ходе этого срока они не превратятся в черные дыры. Для коллапса любого сгустка материи в черную дыру верны те же формулы, что и для коллапса в нейтронную звезду. Единственная разница в том, что предел интегрирования в интеграле действия (31) теперь равен не радиусу нейтронной звезды, а радиусу черной дыры. Основная часть интеграла, происходящая из больших значений х, в обоих случаях одинакова. Таким образом, время коллапса материи в черную дыру задается формулой (46). Однако имеется важное изменение в значении N. Если возможны маленькие черные дыры, то превратиться в черную дыру может небольшая часть звезды. Сформировавшись, она в короткий срок поглотит остальную звезду. Срок коллапса звезды задается формулой:
T = exp(120N B 4/3)T 0, (48)
где N B— число электронов в куске железа, массой равном минимальной массе М вчерной дыры. Срок (48) таков же для любого сгустка материи массой больше М в. Сгустки материи, обладающие массой меньшей, чем М в, абсолютно стабильны. Подробную дискуссию о превращении материи в черные дыры см. у Harrison, Thorne, Wakano, and Wheeler (1965).
Числовое значение срока (48) зависит от значения М в. Все, что мы знаем точно — это:
0≤М В≤М С, (49)
где
М с= (hc/G)3/2m p -2= 4∙10 33g (50)
— это масса Чандрасекара. Черные дыры должны существовать для любой массы, большей М с, поскольку звезды с массой, большей М с, не имеют стабильного финального состояния и неминуемо должны коллапсировать.
Приведем четыре гипотезы, касающиеся М в.
М в= 0. Существуют черные дыры произвольно малой массы, и формула (48) бессмысленна. В этом случае вся материя нестабильна и должна коллапсировать в достаточно короткий срок, как предположил Зельдович (Zeldovich, 1977).
М вравна массе Планка:
М в= M PL= (hc/G) 1/2= 210–5g. (51)
Такое значение М впредполагает теория излучения черных дыр, предложенная Хокингом (Hawking, 1975), согласно которой каждая черная дыра теряет массу, пока не достигнет массы порядка M PL, после чего исчезает во взрыве радиации. В этом случае формула (48) дает
М вравна квантовой массе:
M B=M Q= (hc/Gm p) = 3∙10 14g, (53)
как предполагают Harrison, Thorne, Takano и Wheeler (1965). Здесь M Q— масса самой маленькой черной дыры, для которой имеет смысл классическое определение. Только для масс больше M Qфизически оправдана формула преодоления барьера (31). Если мы принимаем (53), то
М вравна массе Чандрасекара (50). В этом случае срок коллапса звезды в черную дыру будет того же порядка, что и срок коллапса в нейтронную звезду (47).
Долгосрочное будущее вселенной во многом зависит от того, какая из этих альтернатив верна. Если верно (iv), звезды могут превратиться в черные дыры, а затем рассеяться чистой радиацией, но массы планетарного размера будут существовать вечно. Если верно (iii), планеты также исчезнут в срок (54), но останутся стабильными материальные объекты массой до нескольких миллионов тонн. Если верно (ii), объекты размером с человека исчезнут в срок (52), но пылинки диаметром менее 100 μ будут существовать вечно. Если верно (i), исчезнут все материальные объекты без исключений, останется лишь радиация.
Если бы мне предложили выбрать самую вероятную альтернативу, я бы выбрал (ii). (iii) и (iv) кажутся мне маловероятными, поскольку противоречат теории Хокинга об излучении черных дыр. (i) представляется невероятной, поскольку трудно понять, почему протон, способный распасться, не может распасться быстро. Однако сейчас мы так мало знаем, что не можем исключать ни одной из этих четырех возможностей.
Результаты этой лекции суммированы в таблице 1. Этот список, в котором перечислены временные сроки физических процессов, не претендует на полноту. Несомненно, в те же и даже более продолжительные сроки могут происходить и многие другие физические процессы, не упомянутые мною. Основное заключение, которое я хотел вывести из своего анализа, следующее: насколько бы мы не заглянули в будущее, мы видим там какие‑то события. В открытой космологии история не имеет конца.
Лекция III. Биология
Обращаясь к истории жизни в прошлом, мы видим, что на возникновение и развитие нового вида уходит около 10 блет, нового рода — около 10 7лет, нового класса — около 10 8лет, нового типа — около 10 9лет; и, наконец, менее 10 юлет потребовалось на возникновение и развитие жизни в целом, от первых одноклеточных существ до homo sapiens. Если в будущем жизнь продолжит развиваться с той же скоростью, невозможно поставить пределы тому многообразию физических форм, которого она может достигнуть. Какие перемены, достойные встать рядом с переменами прошлого, принесут нам следующие 10 10лет? Вполне возможно, что за этот период жизнь сбросит с себя оболочку из плоти и крови и воплотится в межзвездном темном облаке (Hoyle, 1957) или в разумном компьютере (Čapek, 1923).
Перечислим основные вопросы, касающиеся природы жизни и сознания:
Что является основой сознания — материя или структура?
Возможны ли разумные темные облака (или компьютеры)?
Применимы ли в биологии законы масштабирования?
Мы не знаем, как ответить на эти вопросы. Но это не значит, что они не имеют ответов вообще. Вполне возможно, что прогресс в экспериментальной биологии позволит нам достаточно скоро найти ответы.
Позвольте мне подробнее остановиться на значении вопроса (i). Мое сознание каким‑то образом связано с набором органических молекул у меня в голове. Вопрос в том, зависит ли существование моего сознания от этого конкретного набора молекул или только от их структуры. Иными словами, если создать копию моего мозга с той же структурой, но из другого материала, будет ли она думать, как я?
Если ответ на первый вопрос — «материя», значит, жизнь и сознание никогда не смогут оторваться от плоти и крови. В этом случае на вопросы (ii) и (iii) ответы отрицательные. Жизнь может существовать только в теплой среде, при наличии жидкой воды и достаточного количества свободной энергии, необходимой для поддержки постоянного уровня обмена веществ. В таком случае, поскольку запасы энергии в галактике конечны, конечно и существование жизни. По мере расширения и остывания вселенной запасы свободной энергии, требуемой жизнью для обмена веществ, неизбежно истощатся.
