Далекое будущее Вселенной Эсхатология в космической перспективе - Эллис Джордж (читать книги без .TXT) 📗
Все возможные внезапные и драматические концы — нас или вселенной вокруг нас — следует рассматривать, исходя из того, что признают возможным современные теории в области физики высоких и низких энергий. Состояние вакуума, в котором находится вселенная сейчас, признается низшим из возможных энергетических состояний — плодом последовательных нарушений симметрии, которые в прошлом опускали энергию вселенной все ниже и ниже. Но что, если нас ждут новые нарушения симметрии? Что, если нам угрожает следующее понижение с высокой вероятностью того, что вся вселенная внезапно изменится? Новый вакуум может иметь совсем иные характеристики, чем тот, что нам известен. Например, все частицы в нем могут быть лишены массы. Мы можем просто исчезнуть в мгновение ока [16]. Если расширение вселенной предоставило нам место на «мелком шельфе» потенциального ландшафта, — кто гарантирует, что внезапный толчок не столкнет нас с обрыва навстречу новому, более глубокому энергетическому минимуму? Высокоэнергетические события во вселенной вполне могут сыграть роль такого толчка.
Если столкновения звезд или черных дыр порождают космическое излучение достаточно высокой энергии, то это излучение способно спровоцировать переход целой области пространства в новый вакуум [23, 35]. Конечно, это изображение вакуумного ландшафта спекулятивно. Мы недостаточно знаем этот ландшафт в целом, чтобы с уверенностью говорить о том, находимся ли мы уже на нижнем уровне или существуют иные вакуумы, в которые случайно либо целенаправленно может провалиться состояние материи нашего мира. Когда воображаешь себе эту радикальную возможность необъявленной перемены в базовых характеристиках сил природы, возникает искушение изобразить ее в виде логического завершения идеи прерывистого равновесия, предложенной Нильсом Элдриджем и Стивеном Джеем Гулдом [15]. Они предположили, что ход биологической эволюции, идущей на земле путем естественного отбора, представляет собой не ровный поступательный процесс, а серию медленных изменений, перемежаемых внезапными скачками. Его можно представить себе, как движение предмета, влекомого некоей сторонней силой, вверх–вниз по крутым горкам. Паттерн изменений в этих условиях выглядит так: медленный подъем в гору, затем, по достижении вершины — быстрый прыжок на склон следующей горы и снова медленный равномерный подъем [1].
Тесная связь нашей формы биохимической жизни с весьма специфическими совпадениями значений и свойств различных сил природы означает, что любое изменение состояния вакуума, скорее всего, обернется для нас катастрофой. Мы окажемся в новом мире, где могут существовать иные формы жизни, но нет никаких оснований полагать, что они окажутся лишь малым эволюционным отклонением от наших биохимических форм.
Если вселенная двигается в этом направлении, то, возможно, в один из будущих эонов ее ждет потрясение. Что касается загадки, почему сила лямбда должна вступить в игру так скоро, то кажется маловероятным, чтобы эпоха, в которую «падение»
может произойти, была близка ко времени существования человечества во вселенной, — разве что она как‑то связана с лямбдой или присутствие жизни способно как‑то ускорить это великое падение. Одним словом, пессимисты, не отчаивайтесь: все может быть еще хуже, чем вы думаете.
В физике элементарных частиц мы привыкли к догме, что всякая нарушенная симметрия при наличии достаточно высокой энергии в конце концов восстанавливается. Однако мы не считаем, что асимметрии рано или поздно нарушаются при низком уровне энергий и температур. Возможно, это убеждение неверно. Если всякая симметрия нарушается при достаточно низких температурах, то вполне возможно, что в отдаленном будущем, когда вселенная существенно остынет, U(l) симметрия электромагнетизма нарушится, придав всем фотонам положительную массу. Результаты могут быть столь же драматичны. Столь же внезапным может быть конец, если мы натолкнемся на локальную сингулярность пространства–времени или будем застигнуты подступающей гравитационной ударной волной.
Но самое замечательное, что может произойти в вечно расширяющейся вселенной с бесконечным будущим, — это способность образовать квантовый тоннель обратно в «ничто». Сейчас многие квантовые космологи пытаются объяснить вселенную как в некотором смысле выскочившую из «ничего». В большинстве современных сценариев этого события вероятность появления чего‑то из ничего гораздо больше, чем вероятность появления ничего из чего‑нибудь. Однако при бесконечном времени ожидания любой процесс, вероятность которого конечна, рано или поздно произойдет.
3.5. Будущее вакуума
Вакуумная энергия вселенной, проявляющаяся в общей теории относительности Эйнштейна как космологическая константа, может «отменить» момент возникновения вселенной, оказывать влияние на начальные моменты ее жизни и управлять ее расширением в настоящее время. Но самый значительный ее эффект еще впереди: это — власть над будущим вселенной. Энергия вакуума, проявляющаяся как космологическая константа Эйнштейна, останется константой и тогда, когда все прочие вклады в плотность вещества во вселенной: звезды, планеты, излучение, черные дыры будут рассеяны благодаря расширению. Если (как следует из наших наблюдений) энергия космического вакуума сравнительно недавно дала начало ускоряющемуся процессу расширения вселенной и это расширение будет продолжаться вечно, значит, в будущем ее власть возрастет до непреодолимой силы. Вселенная будет расширяться все быстрее и быстрее — вечно. Все быстрее будет падать температура, а звезды будут истощать свои запасы ядерного топлива и взрываться, оставляя после себя лишь плотные мертвые тела из тесно упакованных холодных атомов или концентрированных нейтронов либо крупные черные дыры. Даже гигантские галактики и скопления галактик постигнет та же судьба: по мере того как движение составляющих их звезд будет постепенно замедляться благодаря утечке гравитационных волн и излучения, они начнут спирально закручиваться внутрь себя. Огромные черные дыры в их центре будут поглощать все звезды, всю материю вокруг себя и становиться все больше. Наконец все эти черные дыры испарятся благодаря процессу, открытому Хокингом.
Удивительнее всего в космической энергии вакуума то, что в конце концов она побеждает все иные формы материи и энергии в борьбе за определение формы пространства и скорости расширения вселенной. Неважно, какова была структура вселенной в былые дни, прежде чем пришла к власти энергия вакуума; как все дороги древности вели в Рим, так и все вечно расширяющиеся вселенные стремятся к одной вполне определенной ускоряющейся вселенной, так называемой вселенной де Ситтера по имени Виллема де Ситтера, знаменитого голландского астронома, нашедшего в 1917 году это решение уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Эта вселенная отличается тем, что она — самая симметричная из всех возможных.
Это свойство ускоряющейся вселенной — потерю памяти о том, как она начиналась, иногда называют «характеристикой космической безволосости». Этот забавный термин подчеркивает тот факт, что все ускоряющиеся вселенные становятся одинаковыми: они не сохраняют индивидуальных отличительных черт (метафорически говоря, причесок). Это неотвратимое соскальзывание в одно–единственное будущее состояние сигнализирует о том, что при ускорении вселенной происходит потеря информации. Расширение идет так быстро, что информационное содержание сигналов, посылаемых через вселенную, также максимально быстро деградирует. Все сглаживается; различия в скорости расширения в разных направлениях при достаточно высокой скорости исчезают; распределение материи в космосе не создает новых участков сгущения; местное гравитационное притяжение проигрывает последнюю битву с непреодолимым отталкиванием, обусловленным силой лямбда.
Такое действие ускоряющегося космологического расширения имеет важные последствия для любых рассуждений о жизни в отдаленном будущем. Если жизнь требует для своего существования накопления и обработки информации, то мы должны спросить себя, всегда ли вселенная будет предоставлять условия для этого. Дайсон [13], а также Бэрроу и Типлер ([6], глава 10) показали, что при отсутствии энергии вакуума, когда расширение не ускоряется, имеются широкие возможности для сохранения этой самой основной формы жизни. Информация может храниться в состоянии элементарных частиц, которые приспособлены для этого гораздо лучше, чем наши нынешние компьютеры. Для неограниченного продолжения обработки информации живым системам необходимо создавать и поддерживать отклонения от абсолютной однородности температуры и энергии во вселенной [17]. При отсутствии ускоряющей энергии вакуума это всегда возможно, хотя, вероятно, и требует, чтобы жизнь использовала разницу гравитационных энергий, поддерживающую разность скоростей расширения вселенной на разных направлениях. Плотность энергии, поддерживающая эти различия, падает намного медленнее, чем у любой обычной формы материи. Небольшие отклонения в скорости расширения вселенной на различных направлениях могут привести к тому, что излучение будет охлаждаться с немного разной скоростью в разных направлениях. Этот температурный градиент можно будет использовать для совершения работы или для обработки информации. Конечно, это не означает, что жизнь в какой бы то ни было форме будетсуществовать вечно [11], не говоря уж о том, что она должнасуществовать вечно; речь идет лишь о логической и физической возможности, основанной на известных нам законах физики и предполагающей отсутствие энергии вакуума, пронизывающей вселенную.
