Таинственные явления природы и Вселенной - Сергей Минаков

Если некая Вселенная имеет критическую плотность материи, то процесс образования структур растягивается на огромный отрезок времени. Поэтому в такой Вселенной и могут образоваться крупные структуры: сначала возникают галактики, затем они сбиваются в скопления, а те впоследствии образуют сверхскопления. Между прочим, именно в этом случае Вселенная обладает нужными свойствами, чтобы разрешить возникновение и развитие жизни. Хотя до полного понимания жизни и ее эволюции нам чрезвычайно далеко, относительно определенным является одно: на это уходит много времени. Появление человека заняло на нашей планете около 4 млрд лет, и мы готовы поставить на то, что в любом случае для возникновения разумной жизни должен пройти, как минимум, миллиард лет. Таким образом, Вселенная в целом должна прожить миллиарды лет, чтобы позволить развиться жизни, по крайней мере, в случае биологии, хоть сколько-нибудь напоминающей нашу.

Но если средняя плотность в наблюдаемой части Вселенной выше критической, то примерно через сотню-другую триллионов лет вся эта область превратится в одно грандиозное и невообразимое суперсверхскопление. К этому времени все звезды уже прогорят, а все наблюдатели… все наблюдатели, вероятно, вымрут. Но образование структур будет продолжаться, охватывая все большие и большие масштабы. Оно остановится, только когда космические структуры исчезнут из-за распада нуклонов и испарения черных дыр.

Другое изменение сценария суперармагеддона, связанное с инфляцией, состоит в том, что конец Вселенной в целом никогда не наступит. Инфляция вечна. В иных частях инфлирующего пространства-времени будут формироваться бесчисленные области, похожие на нашу, а их обитатели будут пытаться понять, как все это началось и чем закончится.

Фридмановская взаимосвязь между плотностью Вселенной и ее окончательной судьбой работает, только если другая очень важная космологическая плотность — энергии вакуума (космологическая постоянная) — равна нулю. Это было стандартным предположением в науке о Вселенной в целом до 1998 года. Но когда были обнаружены свидетельства того, что это не так, все прежние предсказания будущего Вселенной пришлось несколько пересмотреть. Как уже отмечалось, расширение Вселенной начинает ускоряться, как только плотность вещества становится ниже, чем у вакуума. В этот момент всякое гравитационное «стайкование» галактик и скоплений останавливается. Скопления галактик, которые уже связаны друг с другом гравитационно, сохраняются, но более рыхлые группы рассеиваются отталкивающей гравитацией вакуума.

Наш Млечный Путь связан с так называемой Местной группой, включающей в себя гигантскую спиральную галактику в Андромеде и около 20 карликовых галактик. Туманность Андромеды держит курс на столкновение с Млечным Путем; они сольются примерно через 10 млрд лет. Галактики за пределами Местной группы, двигаясь все быстрее и быстрее, улетят прочь. Одна за другой они будут пересекать наш горизонт и исчезать из виду. Этот процесс завершится через несколько сотен миллиардов лет. В ту отдаленную эпоху астрономия станет очень скучным делом. Кроме гигантской галактики, образовавшейся после слияния Туманности Андромеды с ее карликовыми спутниками, на небе не будет практически ничего. Так что астрономы потеряют работу, ибо ничего интересного на небе уже не увидят — только черная пустота за пределами суперметагалактики.

Но есть еще теория суперструн и есть «суперструнный» ландшафт. Согласно теории супеструн, которую Джозеф Полчински и Леонард Сасскинд объединили с теорией инфляции, в классическом смысле наш вакуум стабилен и имеет постоянную плотность энергии, но квантово-механически он может распадаться, образуя пузырьки. Те из них, в которых вакуум имеет отрицательную энергию, однажды появившись, будут, как мы уже знаем, расширяться с почти такой же скоростью, с какой движется свет. В таком случае наша Вселенная когда-нибудь может натолкнуться на границу такого раздувающегося пузыря — иногда ее называют доменной стенкой. Доменная стенка, возможно, надвигается на нас прямо сейчас! Это будет апокалипсис, как говорится, по определению. Мы ничего не узнаем о ее подходе. Она движется так быстро, что свет не намного ее опережает. Приход стенки приведет к полному уничтожению нашего мира. Не только сколько-нибудь сложные формы, но и элементарные частицы, составляющие звезды, планеты и наши тела, не смогут существовать в новом типе вакуума. Все знакомые объекты, любые мыслимые конгломераты мгновенно разрушатся и превратятся в сгустки какой-то неизвестной нам материи.

Правда, есть в этом сценарии конца и нечто очень обнадеживающее. Темп зарождения пузырьков может быть очень низким, поэтому не исключено, что пройдут гуголы лет, пока на наши окрестности надвинется стенка пузыря. Однако есть модели (модели со скалярным полем — имени Андрея Линде), где время апокалипсиса зависит от энергетического ландшафта, описывающего вакуум скалярного поля, и встреча с доменной стенкой может наступить довольно скоро: всего, например, через 20 млрд лет.

Отработавшие положенный срок космические спутники отправляют на специально выделенные для этого орбиты. Количество спутников-мертвецов, летающих вокруг Земли, превышает 8000.

Две «коперниканские революции»

До эпохи Возрождения (XIV–XV века) в астрономии господствовало представление, что Земля является центром Вселенной, а Солнце, звезды и планеты вращаются вокруг нее. Конечно, представление это было связано с христианской религией, такой распространенной и такой значимой в то далекое время. В христианской традиции человек — это уникальное существо. Человек выделен и незауряден. Земля, место обитания человека, ощущалось и мыслилось как центр творения. В этом суть геоцентрической картины мира.

Вопреки этой картине все чаще и чаще высказывались утверждения, что в центре находится не Земля, а Солнце. Земля вместе со звездами и планетами вращается вокруг Солнца. Обобщил и представил этот взгляд на суд образованной общественности польский ученый Николай Коперник.

Переход от геоцентрической к гелиоцентрической картине мира был связан с точным описанием формы планетарных орбит (это сделал Иоганн Кеплер). Старая геоцентрическая картина мира также могла объяснить новые наблюдения, но только за счет все большего и большего усложнения.

Но что же действительно случилось в результате перехода от геоцентрической к гелиоцентрической картине мира? Это была не просто замена в теории одного небесного тела другим. На современном научном языке говорят, что произошел сдвиг парадигмы. Это значит, что изменились самые фундаментальные взгляды, мироощущение, духовные навыки, культурные и даже психологические реакции людей!

Переход к гелиоцентрической системе мира означал многое, гораздо большее, чем просто замена одной теории другой. В самом деле, после пребывания в центре конечного мира люди обнаружили себя на одной из малых планет в бесконечном космосе. Вселенная оказалась не «домом», а бескрайней леденящей душу пустотой, не замечающей человека, недружелюбной и чужой. «Вечное молчание этих бесконечных пространств пугает меня», — так писал об этом Блез Паскаль.

То была первая «коперниканская революция». Гениальный и наделенный пронзительной интуицией Паскаль предчувствовал последствия такого изменения взгляда на мироздание. Эти последствия виделись ему катастрофой самоощущения человека. Ничтожная, исчезающая фигурка, затерянная в равнодушной холодной пустоте. Но того, во что превратилась гелиоцентрическая идея Коперника в руках науки, не мог вообразить даже Паскаль. Мир невообразимо расширился. Со временем стало окончательно ясно, что Солнце — одна из многих сотен миллиардов звезд, населяющих нашу галактику, причем далеко не самая примечательная. В звездной номенклатуре оно числится заурядным желтым карликом класса G. Да и лежит к тому же отнюдь не в центре, как считал, например, Уильям Гершель, а на периферии Млечного Пути, в одном из его спиральных рукавов — в 26 тыс. световых лет от центра галактики (примерно 8 килопарсек).

Наглядно вообразить эти подавляющие просторы весьма нелегко. Если мы уменьшим всю Солнечную систему до размеров песчинки, то ближайшая звезда Проксима Центавра окажется в этом масштабе на расстоянии 1 м, а расстояние до центра Млечного Пути составит почти 9 км. Если же на место нашего Солнца поместить бильярдный шар, размеры Млечного Пути будут равняться примерно 60 млн км. Чтобы представить себе эти соотношения, вспомним самые большие земные расстояния. Скажем, совершая кругосветное путешествие по экватору, мы должны будем преодолеть «всего-навсего» 40 200 километров.

Только на расстояниях порядка многих сотен миллионов световых лет Вселенную можно рассматривать как сравнительно однородную структуру, которая содержит десятки миллиардов галактик. Современная астрофизика располагает высокоточной аппаратурой, которая позволяет вести наблюдения в самом широком диапазоне волн: от метровых радиоволн до гамма-лучей. Помимо традиционных оптических телескопов широко применяются инфракрасные и радиотелескопы, а также детекторы рентгеновского и гамма-излучения. Бурно развивается нейтринная астрономия. Ученым стали доступны невообразимые расстояния порядка 10–12 млрд световых лет, то есть мы можем рассматривать свет, дошедший до нас из тех времен, когда мир был еще молод и свеж, а первые галактики едва успели сформироваться. Таким образом, размеры наблюдаемой части Вселенной можно оценить примерно в 6 тыс. мегапарсек.