о взаимодействия. В общем, представьте, как вы высыпаете кусочки пазла на стол и начинаете их собирать. Постепенно вы отделяете небо, воду, деревья или что вы там собираете. А потом начинаете как раз собирать уже какие-то детали. Края, например. Так же и тут. Сначала все высыпалось по всей Вселенной, потом начало остывать и с этим остыванием терять энергию в каждой точке пространства, что логично. Постепенно начали отделяться взаимодействия, каждое – на своем значении энергий. И потом уже потихоньку вещество стало собираться в кварки, лептоны и всякие бозоны, из которых в какой-то момент собрались уже привычные нам атомы водорода и гелия в разных модификациях. Поговаривают про следы более тяжелых элементов аж до бора, но это сейчас не имеет особого значения. Мы же не настолько фрики, чтобы углубляться в эту историю, да?
Так вот, судя по расчетам, все, что я пока рассказал, уместилось в первые двадцать минут существования Вселенной, а всякие протоны и нейтроны начинали собираться в первую же секунду после ее рождения. Мне не очень верится в эту историю, но научный мир в этом вполне уверен.
До этого момента излучение доминировало над веществом, и технически где-то должно быть нейтринное излучение, которое будет старше реликтового, но мы еще не научились так хорошо регистрировать нейтрино.
Так продолжалось до 70 000 лет бытия[7], после чего вещество начало потихоньку брать верх, Вселенная перестала так активно расширяться, и гравитация стала главенствующей силой во Вселенной. Но пока это все еще не то, что мы видим сейчас. Тогда вещество находилось в состоянии плазмы. Помните, как нам показывали разные состояния вещества? На примере воды: твердая фаза – лед, жидкая фаза – вода, газообразная фаза – пар. Вот после газа идет та самая плазма. И эта плазма непрозрачна для электромагнитного излучения, то есть пока еще мы не можем представить себе фотографию тех времен. Возможно, нейтринный фон когда-нибудь покажет нам те времена, но пока что это тайна, покрытая мраком. Потихоньку вещество начинало брать верх, Вселенная расширялась, энергия размазывалась. Спустя 380 тысяч лет от рождества Вселенной все охладилось достаточно, чтобы отделился первый электромагнитный фон. Это и стало реликтовым излучением, которое мы и сегодня активно изучаем.
Вот с тех пор уже можно говорить о появлении чего-то, из чего можно собирать наше звездное небо как пазл. Сначала, ясное дело, ничего не клеилось и Вселенная была наполнена по большей части гелием, водородом и тем самым реликтовым излучением. Звезд еще нет, источников света, соответственно, тоже. Так что это время назвали Темными веками[8]. Нравится ученым придумывать такие названия, смиритесь.
Продолжались эти Темные века аж 550 миллионов лет. Можно я больше не буду придумывать все эти «от рождества, от сотворения»? Все же понимаем, что к чему, да? Так вот, в какой-то момент гелиевая и водородная пыль стала образовывать облака, из которых и начали собираться первые звезды. Подробнее о звездообразовании мы поговорим чуть позже, а если коротко – то из пылевого облака собирались сначала комки, а потом, как сахарная вата, наматывались друг на друга и в конечном итоге становились звездами. И на сегодняшний день этой межзвездной пыли все еще очень и очень много.
Собственно, вся эта активная фабрика звезд уже закончилась и до сего дня ничего кардинально нового не происходит.
Но нам же интересно, что будет дальше. Интересно же? Правда?
1.4. IN THE END… Смерть Вселенной
В предыдущей главе мы говорили о том, какой путь прошла Вселенная до сегодняшнего момента, а сейчас пора поговорить про будущее. Мы понимаем, что это долгосрочные прогнозы и текст будет из разряда научной фантастики…
Итак, есть несколько вариантов нашего будущего. Начнем с парочки очевидных. Это Большой разрыв и Большое сжатие. Интуитивно понятные названия, да? Ну все тогда, расходимся…
Еще не ухо́дите?
Ладно, расскажу, если вы продолжаете читать. В принципе, у нас есть два вопроса. Конечна ли Вселенная и как поведет себя скорость ее расширения в будущем? Если с течением времени эта величина станет меньше, чем вторая космическая скорость для Вселенной – то нас ждет сжатие. Вторая космическая скорость – это минимальная скорость, которая может перегнать гравитацию, скажем так. Ее еще называют скоростью убегания. В общем, если скорость убегания будет больше, чем скорость расширения, то гравитация начнет скукоживать Вселенную внутрь себя. И мы придем в конечном итоге примерно к той же сингулярности, от которой начали. Строго говоря, нас-то уже не будет, если только не перескочим через телесную оболочку в какой-нибудь больцмановский мозг. Подробнее о нем поговорим как-нибудь в другой раз, а сейчас достаточно знать, что это гипотетический объект, который обладает самосознанием. Появляется он в результате флуктуаций, то есть случайных возмущений чего бы там ни было. Вообще это классно показано во вторых «Стражах галактики»[9], если смотрели. Вот этот вот папаша – разумная планета – и был грубоватым представлением больцмановского мозга.
Но мы немного отвлеклись. Давайте теперь про Большой разрыв поговорим.
Если расширение Вселенной продолжится с ускорением, то можно будет говорить о том, что когда-нибудь скорость этого самого расширения будет превышать скорость света. Представьте себе, что все вокруг начинает удаляться от вас со скоростью света. Сначала далекие звезды исчезнут, потом Солнышко, потом далекие приятели пропадут из вашей жизни не фигурально, а вполне себе физическим образом. В конечном итоге ваши ноги будут удаляться от головы с той же скоростью, а в самом итоге, естественно, все атомы, из которых состояло тело, убегут друг от друга. Что будет дальше – неизвестно.
Физика перестает работать, так что даже придумать мы ни черта не можем. Вообще сторонники этой гипотезы опираются на вполне конкретное уравнение, в котором есть и постоянная Хаббла (H0), и полная масса Вселенной (Ωm), и уравнение состояния, которое зависит от темной энергии. В общем, черт ногу сломит. Но, в принципе, годная история.
Еще есть теория ложных вакуумов и соответствующий этой теории армагеддец. Мы чуть позже обсудим этот вопрос подробнее, но основная идея в том, что наш вакуум ложный и лежит в некоторой энергетической складке, грубо говоря. И как только какая-то частица перескочит через эту складку, или, как он правильно называется, потенциальный барьер, и упадет в истинный вакуум – она моментально начнет тянуть за собой всю Вселенную со скоростью света. Ученые успокаивают, что ближайшие миллиардов десять лет нам это не грозит. Вот как только что-то начнет пропадать с дальних рубежей небосвода…
Ладно, у меня в загашнике есть еще пара интересных вариантов.
Вообще до сих пор не очень понятно, расширяется Вселенная или сужается. Это очень интересно выглядит. Представьте, что вы сливаете воду из ванны. В ванне плавают несколько корабликов. Что увидит матрос, который находится ближе всех к сливу? Он увидит, как удаляются от него другие кораблики. Воды между ними становится все больше. Самые дальние кораблики удаляются быстрее, а те, которые поближе, – медленнее. Ну потому что на самые дальние кораблики слив действует меньше, что логично. Собственно, слив и есть та точка, в которую все попадет. Так что главный вопрос – это «Есть ли жизнь после слива?»
Я знаю, что многие уже догадались, к чему я веду, но все же не все такие звезданутые на голову. Итак, меняем слово «вода» на слово «пространство», а слив – на черную дыру. Кораблики, в принципе, можно оставить. Картине не мешают.
Итак, эта гипотеза называется космологией черной дыры, и она говорит, что Вселенная падает в черную дыру. Пространство расширяется? Так оно падает в бесконечную сингулярность. Когда мы говорим о черных дырах, чаще всего вспоминаем радиус Шварцшильда – это радиус объекта, имеющего массу, начиная с которого этот объект можно считать черной дырой. Для примера – у Земли радиус Шварцшильда равен примерно сантиметру. В космологии есть еще один интересный радиус. Радиус Хаббла. Он показывает границу, начиная с которой объекты удаляются от центра быстрее скорости света. Так вот, радиус Шварцшильда для массы Вселенной соответствует радиусу Хаббла. Совпадение? На самом деле пока еще большинство космологов действительно считают это совпадением.
Но не так давно, в течение, наверное, последних двух-трех лет, группа ученых стряхнула пыль с гипотезы о том, что Вселенная имеет форму бублика, нашла новые решения, представила свои расчеты. Почитайте, кому интересно, про тороидальную Вселенную. Да, на научном языке форма бублика называется «тор». Почему я вспомнил про эту гипотезу? А представьте себе черную дыру, которая растягивает пространство в сингулярность, как воронка. А теперь представьте себе, как замечательно совмещаются горлышко этой воронки и тороидальная вселенная. Это только один из вариантов существования Вселенной, да и то притянутый за уши. Но это так красиво.
А теперь представим себе воздушный шарик. Можете повторить этот опыт дома. Нарисуйте точки на шарике. Пока надуваете – периодически замеряйте расстояния между ними. Картинка будет примерно такая же, как и с корабликами в ванне. Расстояние между точками будет увеличиваться, причем чем дальше точки друг от друга нарисованы – тем быстрее это будет происходить. Собственно, ЭТА гипотеза символизирует наш Большой взрыв.
Помните, я говорил, что в Большом взрыве не было Взрыва? Ну не было этого фейерверка, ничего красиво не разлеталось в новорожденной Вселенной, не было эпицентра взрыва. Или был? Формально можно сказать, что эпицентр Большого взрыва был и остался ВЕЗДЕ, в каждой точке. На кончике каждого носа. Так что фраза типа «Он ведет себя так, как будто он – центр Вселенной» довольно научна, если мы говорим о наблюдаемой Вселенной.