Гиперпространство: Научная одиссея через параллельные миры, дыры во времени и десятое измерение - Митио Каку

К тому времени, как цивилизация достигнет уровня III типа, у нее появится достаточно развитая планетарная социальная структура, позволяющая избежать самоуничтожения, а также технологии настолько эффективные, чтобы избежать экологических и природных катастроф, таких как ледниковый период или схлопывание Солнца. Но даже цивилизации III типа нелегко избежать последней катастрофы – гибели самой Вселенной. Даже самые мощные и технически совершенные космические корабли цивилизации III типа не спасут ее от финальной участи Вселенной.

О том, что когда-нибудь сама Вселенная погибнет, было известно ученым еще в XIX в. Чарльз Дарвин в «Автобиографии» писал о том, как страдал, осознав этот неоспоримый, но нагоняющий тоску факт: «Если, подобно мне, верить, что в отдаленном будущем человек станет более совершенным, чем сейчас, невыносимо думать, что он и все разумные существа обречены на полное исчезновение после столь длительного медленного прогресса»{129}.

Математик и философ Бертран Рассел писал, что предстоящее полное вымирание человечества – причина «непреходящего отчаяния». В отрывке, который, вероятно, повергает в уныние так, как ни один другой текст, написанный ученым, Рассел отмечал:

То, что человек есть продукт факторов, не предполагающих конечной цели движения; то, что его истоки, его развитие, его надежды и опасения, его пристрастия и убеждения не что иное, как результат случайного расположения атомов; то, что ни огонь, ни героизм, ни сила мысли или чувства не в состоянии сохранить жизнь в загробном мире; то, что все вековые труды, вся преданность, все вдохновение, все полуденное сияние человеческого гения обречены на вымирание вместе с гибнущей Солнечной системой и весь храм достижений Человека неизбежно будет погребен под обломками рухнувшей Вселенной, – все это хоть и не вполне бесспорно, однако настолько предопределено, что никакая философия, отвергающая перечисленное, не имеет надежды устоять. Только опираясь на эти истины, только на прочном фундаменте непреходящего отчаяния можно возвести обитель души{130}.

Рассел писал эти строки в 1923 г., за несколько десятилетий до начала космических полетов. Смерть Солнечной системы владела его помыслами как категоричный вывод из законов физики. В условиях ограниченности техники и технологии того времени это депрессивное заключение казалось неизбежным. С тех пор мы достаточно узнали об эволюции звезд, чтобы понять: наше Солнце в конце концов станет красным гигантом, и Землю поглотит ядерный пожар. Вместе с тем мы разобрались в азах космических путешествий. Во времена Рассела сама мысль о больших кораблях, способных доставить человека на Луну или далекие планеты, казалась безумием. Но благодаря экспоненциальному развитию техники и технологии перспектива гибели Солнечной системы, как мы уже видели, перестала внушать человечеству ужас. К тому времени, как наше Солнце превратится в красный гигант, человечество будет или погребено под прахом ядерной войны, или найдет себе пристанище среди звезд.

Тем не менее нетрудно распространить «непреходящее отчаяние» Рассела не только на гибель нашей Солнечной системы, но и на смерть всей Вселенной. В последнем случае никакой космический ковчег не спасет человечество. Вывод кажется неопровержимым: физики предсказывают, что все разумные формы жизни, какими бы развитыми они ни были, неминуемо погибнут вместе с Вселенной.

Согласно общей теории относительности Эйнштейна Вселенная будет либо продолжать расширяться вечно в направлении «космического всхлипа[25]», и в этом случае температура во Вселенной достигнет почти абсолютного нуля, либо сократится в ходе коллапса, Большого сжатия. Вселенная погибнет или «во льду», раскрывшись, или «в огне», схлопнувшись. В любом случае цивилизация III типа обречена, потому что температуры окажутся близкими либо к абсолютному нулю, либо к бесконечности.

Для того чтобы выяснить, какая участь нас ждет, космологи с помощью уравнений Эйнштейна занялись вычислением общего количества материи-энергии во Вселенной. Так как материя в формуле Эйнштейна определяет степень искривления пространства-времени, нам необходимо знать среднюю плотность материи во Вселенной, чтобы определить, достаточно ли материи и энергии для того, чтобы гравитация дала обратный ход космическому расширению после изначального Большого взрыва.

Критический показатель средней плотности материи определяет окончательную участь Вселенной и всей разумной жизни в ней. Если средняя плотность Вселенной менее 10–29 г / см³, что соответствует 10 мг вещества, распространенным в объеме, равном объему Земли, тогда Вселенная будет продолжать расширяться вечно, пока не станет однообразно холодным, безжизненным пространством. Если же средняя плотность превышает эту величину, тогда материи достаточно для того, чтобы сила гравитации во Вселенной придала обратное направление Большому взрыву и Вселенная пала жертвой невообразимо высоких температур Большого сжатия.

В настоящее время ситуация с экспериментами сложная. Астрономам известно несколько способов определения массы галактики, а затем и массы Вселенной. Первый из них – подсчет звезд в галактике и умножение полученного числа на среднюю массу каждой звезды. Вычисления, проведенные таким трудоемким способом, показывают, что средняя плотность меньше критической величины и что Вселенная будет расширяться вечно. Проблема этих вычислений заключается в том, что в них не учитывается материя, которая не светится (например, пылевые облака, черные дыры, холодные звезды– карлики).

Есть и второй способ выполнения вычислений, на этот раз с применением законов Ньютона. Вычисляя время, которое требуется звездам для перемещения по галактике, астрономы используют законы Ньютона для определения общей массы галактики. Точно так же сам Ньютон определил массу Луны и Земли через время, которое требуется Луне для прохождения по орбите вокруг Земли.

Проблему представляет несоответствие этих способов вычислений. Астрономам известно, что до 90 % массы галактики имеет форму скрытой, невыявляемой «недостающей массы», или «темного вещества», которое не светится, но имеет вес. Даже если включить в расчеты приблизительную величину для несветящегося межзвездного газа, законы Ньютона предполагают, что галактика намного тяжелее, чем представляется согласно вычислениям по количеству звезд.

Пока астрономы не решат проблему «недостающей массы» или «темного вещества», мы не в состоянии ответить на вопрос, будет ли Вселенная сокращаться, превратится в пылающий шар и схлопнется или же она будет расширяться вечно.

Энтропийная смерть

Предположим на минуту, что средняя плотность Вселенной меньше критической величины. Поскольку содержание материи-энергии определяет искривленность пространства-времени, мы обнаруживаем, что материи-энергии недостаточно, чтобы сделать обратимым коллапс Вселенной. В таком случае Вселенная будет беспрепятственно расширяться, пока температура в ней не достигнет почти абсолютного нуля. При этом возрастает энтропия (которая измеряет степень хаоса или беспорядка во Вселенной). В конце концов Вселенную ждет энтропийная смерть.

Английский физик и астроном сэр Джеймс Джинс еще на рубеже нынешнего века писал об окончательной гибели Вселенной, называя это явление «тепловая смерть»: «Второй закон термодинамики предполагает, что конец у Вселенной может быть только один – "тепловая смерть" при температурах настолько низких, что жизнь при них невозможна»{131}.

Для того чтобы понять, как происходит энтропийная смерть, важно знать три закона термодинамики, которые управляют всеми химическими и ядерными процессами на Земле и звездах. Британский ученый и писатель Чарльз Сноу нашел оригинальный способ запоминания этих трех законов:

1. Нельзя победить (т. е. нельзя получить что-то без ничего, так материя и энергия сохраняются).

2. Нельзя сыграть вничью (нельзя вернуться в прежнее энергетическое состояние, поскольку беспорядок, энтропия всегда нарастают).

3. Нельзя выйти из игры (потому что абсолютный нуль недостижим).

Для смерти Вселенной наиболее важен второй закон, который гласит, что любой процесс дает прирост количества беспорядка (энтропии) во Вселенной. В сущности, второй закон термодинамики – неотъемлемая часть нашей повседневной жизни. Представьте себе, как добавляете сливки в чашку с кофе. Порядок (кофе и сливки в отдельной посуде) естественным образом сменяется беспорядком (произвольно смешанные сливки и кофе). Но процесс, обратный энтропии, – восстановление порядка из хаоса – чрезвычайно сложен. «Разделить» смешанные жидкости и поместить их в разную посуду невозможно без сложных химических преобразований. Точно так же горящая сигарета наполняет дымом пустую комнату и увеличивает в этой комнате энтропию. Порядок (табак и бумага) снова превращается в беспорядок (дым и пепел). Процесс, обратный энтропии, т. е. втягивание дыма в сигарету и превращение пепла в табак, невозможен даже в самой лучшей химической лаборатории планеты.