Читать интересную книгу Пять возрастов Вселенной - Фред Адамс

Образование зародыша новой вселенной может произойти и в сингулярности уже существующей черной дыры. Как и в других случаях, рассмотренных выше, вновь созданная вселенная быстро утрачивает причинную связь с материнской. Поскольку все это происходит в пределах горизонта событий исходной черной дыры, может создаться впечатление, что новая вселенная вообще никак не связана с нашей Вселенной и вряд ли нам интересна. Но, как ни странно, образование новой вселенной все же имеет один характеристический признак, который можно измерить в нашей Вселенной, за пределами горизонта событий черной дыры. Образование зародыша новой вселенной частично подавляет излучение Хокинга, испускаемое черной дырой. Это падение мощности излучения черной дыры можно измерить. Как только новая вселенная утрачивает причинную связь с черной дырой, восстанавливается обычный уровень испарения Хокинга. И вновь: квантовые эффекты позволяют передать через горизонт событий информацию определенного типа, даже несмотря на то, что в классической физике подобная нелегальная передача строго запрещена.

Аналогично тому как фазовые переходы космоса, в принципе, могут быть запущены какими-нибудь внешними воздействиями, образование новой вселенной тоже может быть вызвано извне. Технология, необходимая для подобного запланированного родительства, в настоящее время отсутствует, но физики уже всерьез обсуждают теоретическую возможность создания новой вселенной в лабораторных условиях. В будущем создание новых вселенных, возможно, станет делом обычным и ничем не примечательным. Но как только мы принимаем такую возможность, в голове сразу возникает важный философский вопрос: «А наша Вселенная тоже является результатом спланированного и направленного действия каких-то других существ?».

Концепции намеренного запуска космологического фазового перехода или создания новой вселенной в лабораторных условиях — хорошие примеры того, как мы, или другие сознающие существа, могут оказать прямое влияние на эволюцию Вселенной в целом. Эти трюки, связанные с космической инженерией, все еще лежат далеко за пределами возможностей нашей современной технологии, и все же нельзя сказать, что они вообще выходят за рамки возможного. За последние несколько сотен лет люди на Земле сумели, к счастью или к несчастью, в какой-то степени взять под контроль всю планету. В настоящее время мы можем напрямую влиять на окружающую среду, популяции и виды представителей растительного и животного мира и даже на климат мира, в котором живем. Всего несколько столетий назад о подобном контроле люди и помыслить не могли, а ведь этот промежуток времени — просто мгновение по сравнению с громадными зонами, которым еще предстоит прийти. В будущем разумная жизнь не только возможно, но, может быть, даже вероятно сыграет важную роль в установлении долгосрочного курса эволюции как нашей собственной, так и других вселенных.

Заключение

Путеводитель в невозможное, невероятное и чудесное.

На заброшенном чердаке, неподалеку от Британского музея:

Корнелий схватил чистый лист бумаги, пропустил его через ролик и начал печатать. Отправной точкой его сказания был сам Большой взрыв, когда космос отправился в свой вечно расширяющийся путь в будущее. После краткой вспышки инфляции Вселенная была низвергнута в ряд фазовых переходов и образовала избыток вещества над антивеществом. На протяжении этой первичной эпохи Вселенная вообще не содержала никаких космических структур.

По истечении миллиона лет и многих стопок бумаги Корнелий достиг эпохи звезд — времени, когда звезды активно рождаются, проживают свои жизненные циклы и вырабатывают энергию посредством ядерных реакций. Эта яркая глава закрывается, когда в галактиках заканчивается водородный газ, прекращается образование звезд и медленно угасают самые долго живущие красные карлики.

Печатая без остановки, Корнелий вводит свою историю в эпоху распада, с ее коричневыми карликами, белыми карликами, нейтронными звездами и черными дырами. Посреди этой замерзшей пустыни темная материя медленно собирается внутри мертвых звезд и аннигилирует в излучение, которое питает космос. Распад протона выходит на сцену в конце этой главы, когда медленно утекает масса-энергия вырожденных остатков звезд, а жизнь, основанная на углероде, полностью вымирает.

Когда усталый автор продолжает свой труд, единственными героями его повествования остаются черные дыры. Но и черные дыры не могут жить вечно. Испуская слабый как никогда свет, эти темные объекты испаряются в ходе медленного квантово-механического процесса. В отсутствие другого источника энергии Вселенная вынуждена довольствоваться этим скудным количеством света. После испарения самых крупных черных дыр переходные сумерки эпохи черных дыр сдаются под натиском еще более глубокой черноты.

В начале заключительной главы у Корнелия заканчивается бумага, но не время. Во Вселенной больше нет звездных объектов, а только бесполезные продукты, оставшиеся от предыдущих космических катастроф. В эту холодную, темную и очень далекую эпоху вечной тьмы космическая деятельность заметно замедляется. Чрезвычайно низкие уровни энергии согласуются с огромными промежутками времени. После своей огненной юности и полного энергии среднего возраста теперешняя Вселенная медленно вползает в темноту.

По мере старения Вселенной ее характер постоянно меняется. На каждом этапе своей будущей эволюции Вселенная поддерживает удивительное разнообразие сложных физических процессов и другое интересное поведение. Наша биография Вселенной, от ее рождения во взрыве до долгого и постепенного скольжения в вечную тьму, основана на современном понимании законов физики и чудес астрофизики. Благодаря обширности и обстоятельности современной науки, это повествование представляет самое вероятное видение будущего, которое мы можем составить.

Безумно большие числа

Когда мы обсуждаем обширный диапазон экзотического поведения Вселенной, возможного в будущем, читатель может подумать, что произойти может вообще все, что угодно. Но это не так. Несмотря на изобилие физических возможностей, на самом деле произойдет лишь крошечная доля теоретически возможных событий.

Прежде всего, на любое разрешенное поведение строгие ограничения накладывают законы физики. Должен соблюдаться закон сохранения общей энергии. Не должен нарушаться закон сохранения электрического заряда. Основной направляющей концепцией является второй закон термодинамики, который формально гласит, что общая энтропия физической системы должна возрастать. Грубо говоря, этот закон предполагает, что системы должны эволюционировать в состояния увеличения беспорядка. На практике второй закон термодинамики заставляет тепло переходить от горячих объектов к холодным, а не наоборот.

Но даже в рамках процессов, разрешенных законами физики, многие события, которые могли бы произойти в принципе, на деле никогда не происходят. Одна общая причина состоит в том, что они просто требуют слишком долгого времени, и первыми происходят другие процессы, которые их опережают. Хорошим примером этой тенденции служит процесс холодного синтеза. Как мы уже отмечали в связи с ядерными реакциями в недрах звезд, самым стабильным из всех возможных ядер является ядро железа. Множество более мелких ядер типа водорода или гелия отдали бы свою энергию, если бы могли объединиться в ядро железа. На другом конце периодической таблицы более крупные ядра типа урана тоже отдали бы свою энергию, если бы их можно было разделить на части, а из этих частей составить ядро железа. Железо представляет собой самое низкоэнергетическое состояние, доступное ядрам. Ядра стремятся к пребыванию в форме железа, но энергетические барьеры препятствуют тому, чтобы это преобразование могло легко произойти при большинстве условий. Чтобы преодолеть эти энергетические барьеры, как правило, нужны либо высокие температуры, либо продолжительные промежутки времени.

Рассмотрим большой кусок твердого вещества типа камня или, быть может, планеты. Структура этого твердого тела не изменяется благодаря обычным электромагнитным силам, вроде тех, что участвуют в химической связи. Вместо сохранения своего исходного ядерного состава вещество, в принципе, могло бы перегруппироваться так, чтобы все его атомные ядра превратились в железо. Чтобы произошла подобная реструктуризация вещества, ядра должны преодолеть электрические силы, удерживающие это вещество в том виде, в каком оно существует, и электрические силы отталкивания, с которыми ядра действуют друг на друга. Эти электрические силы создают сильный энергетический барьер, во многом напоминающий барьер, изображенный на рис. 23. Из-за этого барьера ядра должны перегруппировываться посредством квантово-механического туннелирования (как только ядра проникают через барьер, сильное притяжение инициирует синтез). Таким образом, наш кусок вещества выказал бы ядерную активность. При наличии достаточного времени весь камень или вся планета превратились бы в чистое железо.