[281]. Ожидания не оправдались. Путем тщательного наблюдения взрывов далеких сверхновых — мощных маяков, которые можно видеть и измерять буквально через всю Вселенную, — они открыли, что расширение не замедляется. Оно ускоряется. И не то чтобы этот космический форсаж включился вчера. Исследователи, попадавшие от изумления со стульев, увидели, что астрономические наблюдения показывают: расширение набирает скорость последние 5 млрд лет.
То, что абсолютное большинство ученых ожидало увидеть замедление расширения, объясняется просто: такой вариант имеет смысл. Предположить, что расширение пространства ускоряется, на первый взгляд, столь же абсурдно, как предсказать, что слегка подброшенное яблоко навсегда покинет землю и ракетой умчится в небеса. Увидев нечто подобное, всякий разумный человек будет искать какую-то скрытую силу, какое-то незамеченное влияние, которое и заставило яблоко улететь вверх. Так и исследователи, когда наблюдательные данные доказали, вне всяких сомнений, что пространственное расширение ускоряется, поднялись с пола, взяли в руки мел и принялись искать причину этого.
В ведущем объяснении задействована важнейшая черта общей теории относительности Эйнштейна[282], с которой мы уже встречались при обсуждении инфляционной космологии в главе 3. Вспомним, что и по Ньютону, и по Эйнштейну сгустки вещества, такие как планеты и звезды, порождают знакомую нам силу гравитационного притяжения, но в подходе Эйнштейна репертуар действий гравитации расширяется. Если некоторая область пространства не содержит сгустка вещества, а, напротив, заполнена однородным энергетическим полем (мое любимое сравнение, о котором я уже говорил: пар, однородно заполняющий сауну), результирующая гравитационная сила оказывается отталкивающей. В инфляционной космологии исследователи считают, что такая энергия переносится экзотическим видом поля (инфляционным полем), а теория предполагает, что именно его мощная отталкивающая гравитация вызвала Большой взрыв. Хотя это событие произошло почти 14 млрд лет назад, мы можем применить аналогичный подход к объяснению ускоренного расширения пространства, наблюдаемого в настоящее время.
Если представить, что все пространство равномерно заполнено другим энергетическим полем — мы называем эту энергию темной, потому что она не излучает света, но название невидимая энергия было бы не менее подходящим, — то можно дать объяснение, почему все галактики так поспешно разбегаются. Галактики, будучи сгустками вещества, порождают притягивающую гравитацию, они тянут друг друга внутрь и тем самым замедляют космологическое расширение. Темная энергия, будучи распределена равномерно, порождает отталкивающую гравитацию, она толкает все наружу и таким образом ускоряет разбегание. Чтобы объяснить ускоренное расширение, которое наблюдают астрономы, расталкивающая сила темной энергии просто должна превышать коллективное притяжение галактик. Причем ненамного. В сравнении с молниеносным распуханием пространства во время Большого взрыва сегодняшнее расширение — процесс неспешный, так что достаточно будет совсем немного темной энергии.
В самом деле темной энергии, необходимой для обеспечения наблюдаемого разбегания галактик, в одном кубическом метре пространства хватило бы на горение 100-ваттной лампочки в течение пяти триллионных долей секунды — почти комически крохотная величина[283]. Но пространство содержит много кубических метров. Расталкивающая сила, развиваемая каждым из них, суммируется по всему пространству, образуя направленную вовне силу, способную обеспечить то самое ускоренное расширение, которое измерили астрономы.
В пользу темной энергии имеются убедительные, но исключительно косвенные доводы. Никто пока не нашел способа взять темную энергию «с поличным», установить ее существование и непосредственно исследовать ее свойства. Тем не менее темная энергия так непринужденно и точно объясняет данные наблюдений, что де-факто она уже стала общепринятым объяснением ускоренного расширения пространства. Однако с долговременным поведением темной энергии ясности меньше. А для того чтобы предсказать далекое будущее, необходимо мыслить в терминах возможного. Простейший вариант поведения, согласующийся со всеми наблюдениями, состоит в том, что величина темной энергии не меняется с ходом космического времени[284]. Но простота, хотя и привлекательна концептуально, не имеет исключительного права на истину. Математическое описание темной энергии допускает ее ослабление, которое сработает как тормоз для ускоренного расширения, или, напротив, усиление, которое добавит ему дополнительный ход. С 11-го этажа последний вариант — постепенное усиление отталкивающей гравитации — выглядит особенно неутешительно: его реализация будет означать, что все мы несемся навстречу катастрофическому событию, которое физики называют Большим разрывом.
Все более мощная расталкивающая гравитация со временем одержит верх над всеми силами, которые связывают и удерживают объекты, в результате чего все будет разорвано на части. Целостность вашего тела обеспечивает электромагнитное взаимодействие, связывающее воедино ваши атомные и молекулярные составляющие, а также сильное ядерное взаимодействие, связывающее протоны и нейтроны внутри атомных ядер вашего тела. Поскольку оба эти взаимодействия намного сильнее, чем сегодняшнее распирающее давление расширяющегося пространства, ваше тело держится и сохраняет прочность. Если ваша фигура и расплывается, то не потому, что расширяется пространство. Но, если сила отталкивания будет возрастать и возрастать, когда-нибудь пространство внутри вашего тела станет расширяться под таким мощным давлением, что преодолеет электромагнитные и ядерные силы, обеспечивающие вашу целостность. Вы распухнете, и в конечном итоге вас разорвет на кусочки, как и все остальное.
Подробности зависят от скорости, с которой растет отталкивающая гравитация, но в одном репрезентативном примере, проработанном физиками Робертом Колдуэллом, Марком Каминковски и Невином Вайнбергом, примерно через 20 млрд лет отталкивающая гравитация разгонит скопления галактик, еще примерно через 1 млрд лет звезды, составляющие Млечный Путь, разбросает в пространстве, как искры праздничного фейерверка; примерно через 60 млн лет после этого Землю и другие планеты Солнечной системы оторвет от Солнца, а еще через несколько месяцев сила гравитационного отталкивания между молекулами заставит звезды и планеты взорваться; по прошествии еще всего лишь 30 минут отталкивание между частицами, составляющими отдельные атомы, станет таким сильным, что даже их разорвет на части[285]. Итоговое состояние Вселенной зависит от неизвестной нам на данный момент квантовой природы пространства и времени. Говоря простыми словами, лишенными математической строгости, вполне может оказаться, что отталкивающая гравитация разорвет на части саму ткань пространства-времени. Реальность началась со взрыва, и в какой-то момент, не доходя до 11-го этажа — через 100 млрд лет после Большого взрыва, — она, возможно, закончится всеобщим разрывом.
Хотя нынешние наблюдения допускают постепенное усиление темной энергии, многие физики, включая и меня, считают такой вариант маловероятным. При изучении соответствующих уравнений у меня возникает впечатление, что да, математика работает, хотя и едва-едва, но нет, уравнения не выглядят естественными или убедительными. Такая оценка основывается на опыте многих десятилетий, а не на математических доказательствах, поэтому она, конечно, может оказаться ошибочной. Тем не менее она обеспечивает более чем достаточную мотивацию для оптимизма и позволяет считать, что Большой разрыв не сделает все последующие этажи Эмпайр-стейт-билдинг ненужными. Так что продолжим наше движение вдоль линии времени.
Нам не придется далеко взбираться, прежде чем мы встретим на своем пути следующее поворотное событие.
Если сила отталкивающей гравитации не растет, но остается постоянной, мы все можем вздохнуть с облегчением; в этом случае угроза быть разорванным на кусочки расширяющимся пространством не будет нас беспокоить. Но поскольку отталкивающая гравитация и дальше будет заставлять далекие галактики разбегаться все быстрее и быстрее, она все же вызовет глубокие долговременные последствия: примерно через 1 трлн лет скорость убегания отдаленных галактик достигнет скорости света, а затем и превзойдет ее — нарушив, на первый взгляд, самое знаменитое правило эйнштейновской Вселенной. При более внимательном рассмотрении выяснится, однако, что на самом деле правило это устоит: утверждение Эйнштейна о том, что ничто не в состоянии превысить скорость света, относится исключительно к скорости объектов, движущихся сквозь пространство. Галактики же почти не движутся сквозь пространство. У них нет ракетных двигателей. Как частицы белой краски на куске черной эластичной ткани разъезжаются, когда эту ткань растягивают, так и галактики по большей части неподвижны в ткани пространства и разбегаются потому, что пространство разбухает. Чем дальше отстоят галактики одна от другой, тем больше между ними способного разбухать пространства и, соответственно, тем быстрее эти галактики будут расходиться. Закон Эйнштейна не накладывает никаких ограничений на скорость такого расхождения.
Несмотря на это, предел в виде скорости света остается чрезвычайно важным. Свет, испускаемый каждой галактикой, движется сквозь пространство, в отличие от нее самой. И как каякер не сможет подняться вверх по реке, если скорость, до которой он сумеет разогнать веслом свою лодочку, окажется меньше скорости течения, так и свет, излученный галактикой, убегающей от нас со сверхсветовой скоростью, проиграет гонку с пространством и никак не сможет добраться до нас. Пересекая пространство со скоростью света, свет не сможет преодолеть расстояние до Земли, если оно будет увеличиваться со сверхсветовой скоростью. В результате если будущие астрономы захотят посмотреть на что-нибудь кроме ближайших звезд и направят свои телескопы в самые глубокие части ночного неба, то увидеть там они смогут лишь бархатную черную тьму. Далекие галактики к этому моменту уже выскользнут за пределы того, что астрономы называют нашим космологическим горизонтом. Выглядеть это будет так, будто далекие галактики упали с какой-то скалы на краю пространства.