Большое космическое путешествие - страница 152
Есть еще одна беда. На отметке 1014 лет звезды угаснут – к этому времени последние, самые мелкие звезды истратят запасы своего водородного топлива и погибнут. Во Вселенной стемнеет. Останутся только звездные огарки – белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. Возможно, вокруг них еще будут вращаться последние планеты. Но к отметке 1017 лет произойдет достаточно много тесных контактов между звездами, при которых планеты будут сорваны с орбит и выброшены в межзвездное пространство.
На отметке 10 лет сформируются черные дыры, сравнимые по массе с галактиками. В результате парных гравитационных взаимодействий между телами некоторые звезды будут словно пращой выброшены за пределы галактик, а остальные свалятся в черные дыры в центрах галактик. Звезды будут по спирали падать в них, теряя энергию на гравитационное излучение.
К отметке 10 лет (если этого не произойдет ранее), согласно Хокингу, должны распасться протоны. Распад протона происходит в результате редкого события: временного падения в черную дыру планковского размера (из-за принципа неопределенности), после чего эта черная дыра быстро развоплощается в виде хокинговского излучения. В черной дыре не сохраняются барионы (протоны и нейтроны) – она «не запоминает», был ли это протон или позитрон, но запоминает его электрический заряд. Поэтому позитрон, который легче протона, может быть излучен в числе продуктов распада такой черной дыры, в которой исчез протон. После распада протонов самыми массивными частицами, которые останутся во Вселенной, станут электроны и позитроны. Протоны могут распасться даже раньше, возможно, к отметке 10 лет, но во всяком случае не позже чем к 10 лет.
К моменту 10 лет черные дыры, сравнимые по размерам с галактиками, испарятся в виде хокинговского излучения.
Что будет потом? Стандартная картина, которую рисуют физики, такова: темная энергия, сегодня вызывающая экспоненциальное расширение Вселенной, – это состояние вакуума с постоянной положительной плотностью энергии (и отрицательным давлением). Стивен Вайнберг сравнивает нынешнюю ситуацию с таким примером. Мы живем в долине чуть выше уровня моря – наша высота соответствует количеству темной энергии, присутствующей в вакууме. Мы скатились на дно этой долины и просто в ней сидим. Содержание энергии в вакууме – уровень темной энергии – со временем не меняется. Поэтому Вселенная еще очень долго будет удваиваться в размерах каждые 12,2 миллиарда лет.
Если времени остается достаточно много, то возможно, что наше состояние вакуума, дающее темную энергию, может путем квантового туннелирования перейти в более низкоэнергетическое состояние (упасть в еще более низменный регион под нашей долиной). В таком случае где-то в пределах наблюдаемой Вселенной станет формироваться пузырь с менее плотным, чем у нас, состоянием вакуума. Отрицательное давление за пределами пузыря окажется «более отрицательным», чем его внутреннее давление, из-за чего стенки пузыря будут распахиваться в стороны. Через непродолжительное время пузырь будет распространяться во все стороны почти со скоростью света. Он будет расширяться вечно. Внутри пузыря будут действовать иные законы физики, и вы погибнете, если его стенка в вас врежется.
Можно рассчитать, какова вероятность в некоторую единицу времени попасть путем квантового туннелирования во внешний «низменный» регион. Возможно, мы сможем увидеть формирование пузырей с более разреженным вакуумом «всего» через 10 лет по причине известной нестабильности хиггсовского вакуума. Но многие физики думают, что хиггсовский вакуум стабилизируется под действием более высокоэнергетических эффектов. В данном случае, согласно ориентировочным расчетам Андрея Линде, пузырьки с разреженным вакуумом должны начать формироваться лишь спустя 10 лет! Образующиеся таким образом пузырьки, точно как пузырьковые вселенные на рис. 23.3, никогда не успеют заполнить все пространство. Постоянно расширяющееся вакуумное состояние так и будет удваиваться в размерах каждые 12,2 миллиарда лет, и его объем будет все ближе стремиться к бесконечности. Это будет вечно инфлирующее море, где то тут, то там возникают такие пузырьки. В конце времен Вселенная будет напоминать вечное игристое шампанское.
По расчетам Линде и Виленкина, еще реже случайная квантовая флуктуация может приводить к тому, что вся видимая Вселенная перескочит в более высокоплотное состояние вакуума, в результате чего возникнет новая, стремительно расширяющаяся высокоплотная инфляционная Вселенная. Это событие будет напоминать высокоэнергетическую инфляцию, которая состоялась при рождении нашей Вселенной, и при этом может родиться новая Мультивселенная. Возможно, до такого события остается 101 лет!
Есть и другой вариант: возможно, мы живем не в долине, а на склоне и медленно спускаемся к уровню моря. Такая картина так и называется – медленным скатыванием темной энергии. По исследованиям Бхарата Ратры, Джима Пиблса, Зака Слепяна, моим и многих других, в таком случае запас темной энергии постепенно истощится за миллиарды лет, и в конечном итоге мы скатимся к состоянию вакуума с нулевой плотностью энергии. Именно такое скатывание произошло прямо перед началом инфляции, где состояние с очень высоким уровнем темной энергии превратилось в наблюдаемый сегодня низкоэнергетический вакуум. Эти сценарии можно исследовать, детально измеряя хронологию расширения Вселенной вплоть до сегодняшнего момента. Таким образом, вооружившись уравнениями Эйнштейна, можно измерить для темной энергии отношение давления к плотности энергии – это отношение называется w. Если окажется, что w в точности равно –1, динамическому эквиваленту эйнштейновской космологической постоянной, это будет аргумент в пользу сценария «заперты в долине», в таком случае уровень темной энергии не изменится, а Вселенная так и будет удваиваться в размерах каждые 12,2 миллиарда лет. Однако если отрицательное значение w не дотягивает до –1, то мы будем постепенно скатываться к уровню моря, и ускоренное расширение должно будет в конце концов смениться приблизительно линейным. Вселенная так и будет вечно расширяться, но линейно. В данном случае расширение Вселенной растет со временем как 1, 2, 3, 4, 5, 6…
