Десет теории за смъртта на нашата вселена. Компресия на Вселената или как да поберем всички нейни звезди в млечния път. Топлинна смърт плюс черни дупки

Ръководство за невъзможното, невероятното и чудотворното.

В изоставен таван, недалеч от Британския музей:

Корнелиус грабна празен лист хартия, прекара го през ролката и започна да печата. Отправната точка на неговата история беше самият Големият взрив, когато космосът тръгна по своя непрекъснато разширяващ се път към бъдещето. След кратък изблик на инфлация, Вселената беше хвърлена в серия от фазови преходи и образуваше излишък от материя над антиматерия. През тази първична епоха Вселената изобщо не е съдържала никакви космически структури.

След милиони години и много купища хартия, Корнелий достигна възрастта на звездите - време, когато звездите се раждат активно, преминават през своите жизнени цикли и генерират енергия чрез ядрени реакции. Тази светла глава се затваря, когато галактиките изчерпват водородния газ, образуването на звезди спира и най-дълго живеещите червени джуджета бавно изчезват.

Пишейки без прекъсване, Корнелиус въвежда историята си в ерата на разпада с нейните кафяви джуджета, бели джуджета, неутронни звезди и черни дупки. В средата на тази замръзнала пустиня тъмната материя бавно се събира в мъртвите звезди и се унищожава в радиацията, която захранва космоса. Разпадането на протоните излиза на сцената в края на тази глава, тъй като енергията на масата на дегенерирали звездни остатъци бавно се оттича и базираният на въглерод живот изчезва напълно.

Когато умореният автор продължава работата си, единствените герои на неговия разказ са черни дупки. Но черните дупки не могат да живеят вечно. Излъчвайки толкова слаба светлина, колкото винаги, тези тъмни обекти се изпаряват в бавен квантово-механичен процес. При липсата на друг източник на енергия, Вселената е принудена да се задоволи с това оскъдно количество светлина. След като най-големите черни дупки се изпарят, преходният здрач на епохата на черните дупки отстъпва място на още по-дълбока тъмнина.

В началото на последната глава на Корнелиус му свършва хартията, но не и времето. Във Вселената вече няма звездни обекти, а само безполезни продукти, останали от предишни космически катастрофи. В тази студена, тъмна и много далечна епоха на вечен мрак космическата активност забележимо се забавя. Изключително ниските енергийни нива са в съответствие с огромни времеви интервали. След своята огнена младост и жизнена средна възраст, настоящата вселена бавно пълзи в мрак.

С остаряването на Вселената нейният характер непрекъснато се променя. На всеки етап от бъдещата си еволюция Вселената поддържа удивително разнообразие от сложни физически процеси и други интересни поведения. Нашата биография на Вселената, от нейното раждане в експлозия до нейното дълго и постепенно плъзгане във вечния мрак, се основава на съвременното разбиране на законите на физиката и чудесата на астрофизиката. Благодарение на широчината и задълбочеността на съвременната наука, този разказ представя най-вероятната визия за бъдещето, която можем да формираме.

Безумни големи числа

Когато обсъждаме огромния набор от екзотични поведения, които Вселената може да има в бъдеще, читателят може да си помисли, че всичко може да се случи. Но не е. Въпреки изобилието от физически възможности, само малка част от теоретично възможните събития ще се случат в действителност.

На първо място, законите на физиката налагат строги ограничения върху всяко позволено поведение. Трябва да се спазва законът за запазване на общата енергия. Законът за запазване на електрическия заряд не трябва да се нарушава. Основната водеща концепция е вторият закон на термодинамиката, който официално заявява, че общата ентропия на физическата система трябва да нараства. Грубо казано, този закон предполага, че системите трябва да еволюират в състояния на нарастващ безпорядък. На практика вторият закон на термодинамиката кара топлината да тече от горещи към студени обекти, а не обратното.

Но дори в границите на процесите, разрешени от законите на физиката, много събития, които биха могли да се случат по принцип, никога не се случват в действителност. Една често срещана причина е, че те просто отнемат твърде много време и други процеси се случват първи, за да ги изпреварят. Добър пример за тази тенденция е процесът на студен синтез. Както вече отбелязахме във връзка с ядрените реакции във вътрешността на звездите, най-стабилното от всички възможни ядра е желязното ядро. Много по-малки ядра като водород или хелий биха отдали енергията си, ако могат да се обединят в желязно ядро. В другия край на периодичната таблица по-големите ядра като урана също биха отдали енергията си, ако могат да бъдат разделени на части и от тези части биха могли да образуват желязно ядро. Желязото е най-ниското енергийно състояние, достъпно за ядрата. Ядрата са склонни да останат под формата на желязо, но енергийните бариери предотвратяват това преобразуване да се случи лесно при повечето условия. За да се преодолеят тези енергийни бариери, като правило са необходими или високи температури, или дълги периоди от време.

Помислете за голямо парче твърда материя като скала или може би планета. Структурата на това твърдо тяло не се променя поради обикновените електромагнитни сили, като тези, участващи в химическото свързване. Вместо да запази първоначалния си ядрен състав, материята може по принцип да се пренареди така, че всички нейни атомни ядра да се превърнат в желязо. За да се осъществи такова преструктуриране на материята, ядрата трябва да преодолеят електрическите сили, които държат това вещество във формата, в която съществува, и електрическите сили на отблъскване, с които ядрата действат едно върху друго. Тези електрически сили създават силна енергийна бариера, подобно на бариерата, показана на фиг. 23. Поради тази бариера, ядрата трябва да се прегрупират чрез квантово-механично тунелиране (след като ядрата проникнат през бариерата, силно привличане инициира синтез). Така нашето парче материя ще покаже ядрена активност. При достатъчно време цял камък или цяла планета биха се превърнали в чисто желязо.

Колко време би отнело подобно преструктуриране на ядрата? Ядрена дейност от този тип би превърнала скалните ядра в желязо за около хиляда и петстотин космологични десетилетия. Ако този ядрен процес се осъществи, излишната енергия ще бъде излъчена в космоса, тъй като железните ядра съответстват на по-ниско енергийно състояние. Този процес на студен ядрен синтез обаче никога няма да бъде завършен. Никога дори не започва наистина. Всички протони, които изграждат ядрото, ще се разпаднат на по-малки частици много преди ядрата да се превърнат в желязо. Дори най-дългият възможен живот на един протон е по-малко от двеста космологични десетилетия - много по-кратък от огромния период от време, необходим за студен синтез. С други думи, ядрата ще се разпаднат, преди да имат шанс да се превърнат в желязо.

Друг физически процес, който отнема твърде много време, за да се счита за важен за космологията, е тунелирането на изродени звезди в черни дупки. Тъй като черните дупки са най-нискоенергийните състояния, достъпни за звездите, изроден обект от типа бяло джудже има повече енергия от черна дупка със същата маса. По този начин, ако бяло джудже може спонтанно да се трансформира в черна дупка, то ще освободи излишна енергия. Подобна трансформация обаче обикновено не се случва поради енергийната бариера, създадена от налягането на изродения газ, който поддържа съществуването на бяло джудже.

Въпреки енергийната бариера, бяло джудже може да се трансформира в черна дупка чрез квантово-механично тунелиране. Поради принципа на неопределеността, всички частици (около 1057), които съставляват бяло джудже, могат да попаднат в толкова малко пространство, че да образуват черна дупка. Това случайно събитие обаче изисква изключително дълго време – около 10 76 космологични десетилетия. Невъзможно е да се преувеличи наистина огромният размер от 10 76 космологични десетилетия. Ако този изключително голям период от време се запише в години, получаваме единица с 10 76 нули. Може дори да не започнем да записваме това число в книга: то ще бъде от порядъка на една нула за всеки протон във видимата съвременна вселена, плюс или минус няколко порядъка. Излишно е да казвам, че протоните ще се разпаднат и белите джуджета ще изчезнат много преди Вселената да достигне 1076-ото космологично десетилетие.

Какво всъщност се случва в процеса на дългосрочна експанзия?

Въпреки че много събития са практически невъзможни, остава огромен набор от теоретични възможности. Най-широките категории за бъдещото поведение на космоса се основават на това дали вселената е отворена, плоска или затворена. Отворената или плоска вселена ще се разширява завинаги, докато затворената вселена ще претърпи повторно свиване след определено време, което зависи от първоначалното състояние на Вселената. Обаче, разглеждайки по-спекулативните възможности, откриваме, че бъдещата еволюция на Вселената може да бъде много по-сложна, отколкото предполага тази проста класификационна схема.

Основният проблем е, че можем да правим само значими физически измервания и следователно да правим определени заключения за локалния регион на Вселената - частта, ограничена от съвременния космологичен хоризонт. Можем да измерим общата плътност на Вселената в този локален регион, който е с диаметър около двадесет милиарда светлинни години. Но измерванията на плътността в този локален обем, уви, не определят дългосрочната съдба на Вселената като цяло, тъй като нашата Вселена може да бъде много по-голяма.

Да предположим, например, че можем да измерим, че космологичната плътност надвишава стойността, необходима за затваряне на Вселената. Бихме стигнали до експерименталното заключение, че в бъдеще нашата вселена трябва да претърпи повторна компресия. Вселената очевидно ще бъде изпратена през ускоряваща се поредица от природни бедствия, водещи до Голямата криза, описана в следващия раздел. Но това не е всичко. Нашият локален регион на Вселената - частта, която наблюдаваме, е затворена в този въображаем сценарий на Армагедон - може да бъде вложен в много по-голям регион с много по-ниска плътност. В този случай само определена част от цялата Вселена ще оцелее след компресията. Останалата част, покриваща може би по-голямата част от Вселената, може да продължи да се разширява безкрайно.

Читателят може да не се съгласи с нас и да каже, че такова усложнение няма голяма полза: нашата собствена част от Вселената все още е предназначена да оцелее след повторното компресиране. Нашият свят така или иначе няма да избегне унищожението и смъртта. И все пак този бърз поглед към голямата картина променя значително нашата перспектива. Ако по-голямата вселена оцелее като цяло, смъртта на нашата местна област не е такава трагедия. Няма да отречем, че унищожаването на един град на Земята, да речем поради земетресение, е ужасно събитие, но все пак то далеч не е толкова ужасно, колкото пълното унищожаване на цялата планета. По същия начин загубата на една малка част от цялата вселена не е толкова опустошителна, колкото загубата на цялата вселена. Сложни физични, химични и биологични процеси все още могат да се развият в далечното бъдеще, някъде във Вселената. Унищожаването на нашата локална вселена може да бъде просто още една катастрофа в поредица от астрофизични бедствия, които бъдещето може да донесе: смъртта на нашето Слънце, краят на живота на Земята, изпаряването и разпръскването на нашата Галактика, разпадането на протоните и следователно унищожаването на цялата обикновена материя, изпарението на черните дупки и т.н.

Оцеляването на по-голямата вселена предоставя възможност за спасение, или действително пътуване на дълги разстояния, или заместващо избавление чрез предаване на информация чрез светлинни сигнали. Този маршрут за бягство може да бъде труден или дори забранен, в зависимост от това как затворената област на нашето локално пространство-време е комбинирана с по-голямата област на Вселената. Но фактът, че животът може да продължи другаде, поддържа надеждата жива.

Ако нашият локален регион се свие отново, може да няма достатъчно време за всички астрономически събития, описани в тази книга, да се случат в нашата част от Вселената. Но в крайна сметка тези процеси все пак ще се случат на някое друго място във Вселената - далеч от нас. Колко време имаме преди локалната част на Вселената да се компресира отново зависи от плътността на локалната част. Въпреки че съвременните астрономически измервания показват, че плътността му е достатъчно ниска, че нашата локална част от Вселената изобщо няма да се срине, допълнителна невидима материя може да се крие в тъмнината. Максималната възможна стойност на локалната плътност е приблизително два пъти по-висока от стойността, необходима за затваряне на локалната част от Вселената. Но дори и при тази максимална плътност, Вселената не може да започне да се свива, докато не изминат поне двадесет милиарда години. Това времево ограничение ще ни даде забавяне с поне още петдесет милиарда години на местната версия на Голямата криза.

Може да възникне и противоположният набор от обстоятелства. Нашата локална част от вселената може да показва относително ниска плътност и следователно да отговаря на условията за вечен живот. Въпреки това, тази локална част от пространство-времето може да бъде вложена в много по-голяма област с много по-висока плътност. В този случай, когато нашият локален космологичен хоризонт стане достатъчно голям, за да включва по-голям регион с по-висока плътност, нашата локална вселена ще стане част от по-голяма вселена, която е предназначена да претърпи повторно свиване.

Този сценарий на унищожение изисква нашата локална вселена да има почти плоска космологична геометрия, защото само тогава скоростта на разширяване продължава да спада стабилно. Почти плоската геометрия позволява на все по-големи и по-големи региони от метамащабната вселена (голямата картина на вселената) да влияят на местните събития. Тази голяма околна област просто трябва да бъде достатъчно плътна, за да оцелее в крайна сметка при рекомпресия. Тя трябва да живее достатъчно дълго (тоест да не се срине твърде рано), за да може нашият космологичен хоризонт да нарасне до необходимия голям мащаб.

Ако тези идеи се реализират в космоса, тогава нашата локална вселена изобщо не е „същата“ като много по-големия регион на Вселената, който я поглъща. По този начин, при достатъчно големи разстояния, космологичният принцип би бил явно нарушен: Вселената няма да е еднаква във всяка точка на пространството (хомогенна) и не непременно еднаква във всички посоки (изотропна). Тази възможност не отрича нашето използване на космологичния принцип за изучаване на историята на миналото (както в теорията за Големия взрив), тъй като Вселената е ясно хомогенна и изотропна в рамките на нашия локален регион на пространство-времето, което в момента е около десет милиарда светлинни години. Всички потенциални отклонения от хомогенността и изотропията се отнасят за големи размери, което означава, че те могат да се появят само в бъдеще.

По ирония на съдбата можем да поставим ограничения върху природата на този по-голям регион от Вселената, който в момента се намира извън нашия космологичен хоризонт. Според измерванията космическият радиационен фон е изключително хомогенен. Въпреки това, големите разлики в плътността на Вселената, дори и да са извън космологичния хоризонт, със сигурност биха причинили пулсации в това равномерно фоново излъчване. Така че липсата на значителни флуктуации предполага, че всички очаквани значителни смущения на плътността трябва да са много далеч от нас. Но ако големите смущения на плътността са далеч, тогава нашият локален регион на Вселената може да живее достатъчно дълго, преди да ги срещне. Най-ранният възможен момент, когато големите разлики в плътността ще имат ефект върху нашата част от Вселената, ще бъде около седемнадесет космологични десетилетия. Но най-вероятно това събитие, променящо Вселената, ще се случи много по-късно. Според повечето версии на теорията за инфлационната Вселена нашата Вселена ще остане хомогенна и почти плоска за стотици и дори хиляди космологични десетилетия.

Голямо стискане

Ако Вселената (или част от нея) е затворена, тогава гравитацията ще триумфира над разширяването и ще започне неизбежно свиване. Такава вселена, подложена на повторен колапс, би завършила с огнена развръзка, известна като Голямо стискане. Много от превратностите, които бележат времевата последователност на свиващата се вселена, бяха разгледани за първи път от сър Мартин Рийс, сега кралски астроном на Англия. Когато вселената се потопи в този грандиозен финал, няма да има недостиг на бедствия.

И въпреки че Вселената най-вероятно ще се разширява завинаги, ние сме повече или по-малко уверени, че плътността на Вселената не надвишава два пъти стойността на критичната плътност. Познавайки тази горна граница, можем да кажем това минимумвъзможното оставащо време преди колапса на Вселената в Голямата криза е около петдесет милиарда години. Денят на Страшния съд все още е много далеч според всяка човешка мярка за време, така че наемът вероятно трябва да продължи да се плаща редовно.

Да предположим, че двадесет милиарда години по-късно, когато достигне максималния си размер, Вселената наистина преживява повторно свиване. По това време Вселената ще бъде около два пъти по-голяма от днешната. Температурата на радиационния фон ще бъде около 1,4 градуса по Келвин: половината от днешната стойност. След като Вселената се охлади до тази минимална температура, последващият колапс ще я загрее, тъй като тя бързо се придвижва към Голямата криза. По пътя, в процеса на това компресиране, всички структури, създадени от Вселената, ще бъдат унищожени: купове, галактики, звезди, планети и дори самите химически елементи.

Приблизително двадесет милиарда години след началото на рекомпресията, Вселената ще се върне към размера и плътността на съвременната Вселена. И през следващите четиридесет милиарда години Вселената се движи напред с приблизително същия вид широкомащабна структура. Звездите продължават да се раждат, развиват и умират. Малките звезди с икономия на гориво като нашия близък съсед Проксима Кентавър нямат достатъчно време, за да преминат през значителна еволюция. Някои галактики се сблъскват и сливат в своите родителски клъстери, но повечето остават практически непроменени. На една галактика са нужни много повече от четиридесет милиарда години, за да промени своята динамична структура. Чрез обръщане на закона за разширението на Хъбъл някои галактики ще се приближат до нашата галактика, вместо да се отдалечат от нея. Само тази любопитна тенденция на синьо изместване ще позволи на астрономите да зърнат предстоящата катастрофа.

Отделни клъстери от галактики, разпръснати в огромно пространство и хлабаво свързани в буци и нишки, ще останат непокътнати, докато Вселената се свие до размер пет пъти по-малък от днешния. В момента на тази хипотетична бъдеща връзка клъстерите от галактики се сливат. В днешната вселена клъстерите от галактики заемат само около един процент от обема. Въпреки това, след като Вселената се свие до една пета от сегашния си размер, клъстерите запълват почти цялото пространство. Така Вселената ще се превърне в един гигантски куп от галактики, но самите галактики в тази епоха обаче ще запазят своята индивидуалност.

Тъй като свиването продължава, Вселената много скоро ще стане сто пъти по-малка, отколкото е днес. На този етап средната плътност на Вселената ще бъде равна на средната плътност на галактиката. Галактиките ще се припокриват една с друга и отделните звезди вече няма да принадлежат към никоя конкретна галактика. Тогава цялата вселена ще се превърне в една гигантска галактика, пълна със звезди. Фоновата температура на Вселената, създадена от космическата фонова радиация, се повишава до 274 градуса по Келвин, приближавайки се до точката на топене на леда. Поради нарастващото компресиране на събитията след тази ера е много по-удобно да продължите историята от позициите на противоположния край на времевата линия: оставащото време до Голямата криза. Когато температурата на Вселената достигне точката на топене на леда, нашата Вселена има десет милиона години бъдеща история.

До този момент животът на планетите от земната група продължава напълно независимо от еволюцията на космоса, протичаща наоколо. Всъщност топлината на небето в крайна сметка ще разтопи замръзналите подобни на Плутон обекти, носещи се около периферията на всяка слънчева система, и ще предостави един последен мимолетен шанс животът да процъфтява във Вселената. Тази относително кратка миналата пролет ще приключи, тъй като температурата на радиационния фон продължава да се повишава. С изчезването на течната вода във Вселената, повече или по-малко едновременно, има масово изчезване на целия живот. Океаните кипят и нощното небе става по-ярко от дневното, което виждаме от Земята днес. След като остават само шест милиона години до окончателния колапс, всички оцелели форми на живот трябва или да останат дълбоко във вътрешността на планетите, или да разработят сложни и ефективни механизми за охлаждане.

След окончателното унищожаване първо на клъстерите, а след това и на самите галактики, звездите са следващите на линията на огъня. Ако не се случи нищо друго, звездите рано или късно щяха да се сблъскат и да се унищожат една друга в лицето на продължаващото и всеунищожаващо компресиране. Такава жестока съдба обаче ще ги заобиколи, защото звездите ще се срутят по по-постепенен начин, много преди Вселената да стане достатъчно плътна, за да се сблъскат звезди. Когато температурата на непрекъснато намаляващия радиационен фон надвишава температурата на повърхността на звезда, която е между четири и шест хиляди градуса по Келвин, радиационното поле може значително да промени структурата на звездите. И въпреки че ядрените реакции продължават във вътрешността на звездите, техните повърхности се изпаряват под въздействието на много силно външно радиационно поле. Следователно фоновата радиация е основната причина за унищожаването на звездите.

Когато звездите започнат да се изпаряват, размерът на Вселената е около две хиляди пъти по-малък от днешния. В тази бурна ера нощното небе изглежда светло като повърхността на Слънцето. Краткото оставащо време е трудно да се пренебрегне: най-силното излъчване изгаря всяко съмнение, че до края остават по-малко от милион години. Всеки астроном с технологични умения, за да доживее тази епоха, вероятно ще си спомни с примирено учудване, че кипящият котел на вселената, който наблюдават - звезди, замръзнали в небе, ярко като Слънцето - не е нищо по-малко от завръщането на парадокса на Олберс за безкрайно стара и статична вселена.

Всички звездни ядра или кафяви джуджета, които оцелеят през тази епоха на изпарение, ще бъдат разкъсани на парчета по най-безцеремонен начин. Когато температурата на фоновата радиация достигне десет милиона градуса по Келвин, което е сравнимо с текущото състояние на централните области на звездите, всяко останало ядрено гориво може да се запали и да доведе до най-силната и зрелищна експлозия. Така звездните обекти, които успеят да преживеят изпарението, ще допринесат за общата атмосфера на края на света, превръщайки се във фантастични водородни бомби.

Планетите в свиващата се вселена ще споделят съдбата на звездите. Гигантски топки от газ, като Юпитер и Сатурн, се изпаряват много по-леко от звездите и оставят след себе си само централни ядра, неразличими от земните планети. Всяка течна вода отдавна се е изпарила от повърхностите на планетите и много скоро техните атмосфери ще последват примера й. Остават само безплодни и безплодни пустеещи земи. Скалистите повърхности се топят и слоевете течна скала постепенно се сгъстяват, като в крайна сметка поглъщат цялата планета. Гравитацията предпазва умиращите разтопени остатъци от разпръскване и те създават тежки силикатни атмосфери, които на свой ред изтичат в открития космос. Изпаряващите се планети, потапяйки се в ослепителен пламък, изчезват без следа.

Когато планетите напуснат сцената, атомите на междузвездното пространство започват да се разпадат на съставните си ядра и електрони. Фоновото излъчване става толкова силно, че фотоните (частиците светлина) получават достатъчно енергия, за да освободят електрони. В резултат на това през последните няколкостотин хиляди години атомите престават да съществуват и материята се разпада на заредени частици. Фоновата радиация силно взаимодейства с тези заредени частици, поради което материята и радиацията са тясно преплетени. Космическите фонови фотони, които пътуват безпрепятствено в продължение на почти шестдесет милиарда години след рекомбинацията, удрят повърхността на своето „следващо“ разсейване.

Рубиконът се преминава, когато Вселената се свие до една десет хилядна от сегашния си размер. На този етап плътността на радиацията надвишава плътността на материята - това е било само непосредствено след Големия взрив. Радиацията отново започва да доминира във Вселената. Тъй като материята и радиацията се държат по различен начин, тъй като са претърпели свиване, по-нататъшното свиване се променя леко, докато Вселената преживява този преход. Остават само десет хиляди години.

Когато остават само три минути до окончателното компресиране, атомните ядра започват да се разпадат. Този разпад продължава до последната секунда, до което време всички свободни ядра са унищожени. Тази епоха на антинуклеосинтеза е доста различна от бурната нуклеосинтеза, която се е случила в първите няколко минути на първичната епоха. В първите няколко минути от историята на космоса са се образували само най-леките елементи, главно водород, хелий и малко литий. През последните няколко минути в космоса присъства голямо разнообразие от тежки ядра. Желязните ядра поддържат най-силните връзки, така че тяхното разпадане изисква най-високата енергия на частица. Свиващата се вселена обаче създава все по-високи температури и енергии: рано или късно дори железните ядра ще умрат в тази безумно разрушителна среда. В последната секунда от живота на Вселената в нея не остава нито един химически елемент. Протоните и неутроните отново стават свободни - както в първата секунда от историята на Космоса.

Ако през тази епоха във Вселената остане поне малко живот, моментът на унищожаване на ядрата става тази характеристика, поради която те не се връщат. След това събитие във Вселената няма да остане нищо, което дори малко да прилича на земния живот, базиран на въглерод. Във Вселената няма да остане въглерод. Всеки организъм, който успее да оцелее след разпадането на ядрото, трябва да принадлежи към наистина екзотичен вид. Може би същества, базирани на силно взаимодействие, биха могли да видят последната секунда от живота на Вселената.

Последната секунда много прилича на филм за Големия взрив, показан наобратно. След разпадането на ядрата, когато само една микросекунда дели Вселената от смъртта, самите протони и неутрони се разпадат и Вселената се превръща в море от свободни кварки. Докато компресията продължава, Вселената става по-гореща и по-плътна и изглежда, че законите на физиката се променят в нея. Когато Вселената достигне температура от около 10 15 градуса по Келвин, слабата ядрена сила и електромагнитната сила се комбинират, за да образуват електрослаба сила. Това събитие е вид космологичен фазов преход, смътно напомнящ трансформацията на лед във вода. Докато се приближаваме към по-високи енергии, наближавайки края на времето, ние се отдалечаваме от преките експериментални доказателства, при което разказът, независимо дали ни харесва или не, става по-спекулативен. И въпреки това продължаваме. В края на краищата Вселената има още 10-11 секунди история.

Следващият важен преход се случва, когато силната сила се комбинира с електрослабата. Това събитие се нарича страхотен съюз, съчетава три от четирите основни природни сили: силната ядрена сила, слабата ядрена сила и електромагнитната сила. Това обединение се извършва при невероятно висока температура от 10 28 градуса по Келвин, когато на Вселената й остават само 10 -37 секунди живот.

Последното голямо събитие, което можем да отбележим в нашия календар, е обединението на гравитацията с другите три сили. Това основно събитие се случва, когато свиващата се вселена достигне температура от около 10 32 градуса по Келвин и остават само 10 -43 секунди преди Големия срив. Тази температура или енергия обикновено се нарича Стойност на Планк. За съжаление, учените нямат самосъгласувана физическа теория за такъв мащаб от енергии, където всичките четири основни природни сили са комбинирани в една. Когато това обединение на четирите сили се случи по време на рекомпресия, настоящото ни разбиране за законите на физиката вече не е адекватно. Какво се случва след това, не знаем.

Фина настройка на нашата Вселена

След като разгледахме невъзможните и невероятни събития, нека се спрем на най-необикновеното събитие, което се случи - раждането на живота. Нашата Вселена е доста удобно място за живот, какъвто го познаваме. Всъщност и четирите астрофизични прозореца играят важна роля в неговото развитие. Планетите, най-малкият прозорец на астрономията, са дом на живота. Те осигуряват "петриеви блюда", в които животът може да възникне и да се развие. Значението на звездите също е очевидно: те са източникът на енергия, необходима за биологичната еволюция. Втората фундаментална роля на звездите е, че подобно на алхимиците те образуват елементи, по-тежки от хелия: въглерод, кислород, калций и други ядра, които изграждат познатите ни форми на живот.

Галактиките също са изключително важни, въпреки че това не е толкова очевидно. Без обвързващото влияние на галактиките, тежките елементи, произведени от звездите, биха били разпръснати из цялата вселена. Тези тежки елементи са основните градивни елементи, които изграждат планетите и всички форми на живот. Галактиките, с техните големи маси и силно гравитационно привличане, предпазват химически обогатения газ, останал след смъртта на звездите, от разсейване. Впоследствие този предварително обработен газ се включва в бъдещите поколения звезди, планети и хора. По този начин гравитационното привличане на галактиките осигурява лесен достъп до тежки елементи за следващите поколения звезди и за формирането на скалисти планети като нашата Земя.

Ако говорим за най-големите разстояния, то самата Вселена трябва да има необходимите свойства, за да позволи появата и развитието на живот. И макар да нямаме нищо, което да прилича дори малко на пълно разбиране на живота и неговата еволюция, едно основно изискване е относително сигурно: отнема много време. Появата на човека отне около четири милиарда години на нашата планета и ние сме готови да се обзаложим, че във всеки случай трябва да минат поне един милиард години за появата на разумен живот. Следователно Вселената като цяло ще трябва да живее милиарди години, за да позволи на живота да се развие, поне в случай на биология, която дори бегло прилича на нашата.

Свойствата на нашата вселена като цяло също позволяват да се осигури химическа среда, благоприятна за развитието на живот. Въпреки че по-тежки елементи като въглерод и кислород се синтезират в звездите, водородът също е жизненоважен компонент. Той е част от два от трите водни атома, H 2 O, важен компонент на живота на нашата планета. Имайки предвид огромния ансамбъл от възможни вселени и техните възможни свойства, забелязваме, че в резултат на първичния нуклеосинтез целият водород може да бъде преработен в хелий и дори в по-тежки елементи. Или вселената може да се е разширила толкова бързо, че протони и електрони никога да не се срещнат, за да образуват водородни атоми. Както и да е, Вселената можеше да свърши без създаването на водородните атоми, които изграждат молекулите на водата, без които нямаше да има обикновен живот.

Като се вземат предвид тези съображения, става ясно, че нашата Вселена наистина има необходимите характеристики, които позволяват нашето съществуване. Предвид законите на физиката, определени от стойностите на физическите константи, величините на фундаменталните сили и масите на елементарните частици, нашата Вселена естествено създава галактики, звезди, планети и живот. Ако физическите закони имаха малко по-различна форма, нашата Вселена можеше да бъде напълно необитаема и изключително бедна от астрономическа гледна точка.

Нека илюстрираме необходимата фина настройка на нашата Вселена малко по-подробно. Галактиките, едни от астрофизичните обекти, необходими за живота, се образуват, когато гравитацията надделява над разширяването на Вселената и кара местните региони да се свиват. Ако силата на гравитацията беше много по-слаба или скоростта на космологичното разширяване беше много по-бърза, тогава досега нямаше да има нито една галактика в космоса. Вселената ще продължи да се разсейва, но няма да съдържа нито една гравитационно свързана структура, поне в този момент от историята на космоса. От друга страна, ако гравитационната сила имаше много по-голяма стойност или скоростта на разширяване на космоса щеше да бъде много по-ниска, тогава цялата Вселена отново щеше да се срине в Голяма криза много преди да започне формирането на галактиките. Във всеки случай няма да има живот в нашата съвременна вселена. Това означава, че интересният случай на вселена, пълна с галактики и други мащабни структури, изисква доста фин компромис между силата на гравитацията и скоростта на разширяване. И нашата Вселена е реализирала точно такъв компромис.

Що се отнася до звездите, необходимата фина настройка на физическата теория е свързана с още по-строги условия. Реакциите на синтез, които протичат в звездите, играят две ключови роли, необходими за еволюцията на живота: производството на енергия и производството на тежки елементи като въглерод и кислород. За да могат звездите да играят своята роля, те трябва да живеят дълго време, да достигнат достатъчно високи централни температури и да бъдат достатъчно често срещани. За да си наредят всички тези части от пъзела, вселената трябва да бъде надарена с широк набор от специални свойства.

Може би най-ясният пример може да бъде предоставен от ядрената физика. Реакциите на синтез и ядрената структура зависят от големината на силното взаимодействие. Атомните ядра съществуват като свързани структури, тъй като силната сила е в състояние да държи протоните близо един до друг, въпреки че електрическото отблъскване на положително заредените протони има тенденция да разкъса ядрото. Ако силната сила беше малко по-слаба, тогава просто нямаше да има тежки ядра. Тогава нямаше да има въглерод във Вселената и, следователно, никакви форми на живот, базирани на въглерод. От друга страна, ако силната ядрена сила беше още по-силна, тогава два протона биха могли да се комбинират в двойки, наречени дипротони. В този случай силната сила ще бъде толкова силна, че всички протони във Вселената ще се комбинират в дипротони или дори по-големи ядрени структури и просто няма да остане обикновен водород. При отсъствието на водород във Вселената няма да има вода и следователно няма да има известни форми на живот. За наш късмет, нашата вселена разполага с точното количество мощна сила, за да позволи водород, вода, въглерод и други основни съставки на живота.

По същия начин, ако слабата ядрена сила имаше много различна сила, това би повлияло значително на еволюцията на звездите. Ако слабото взаимодействие беше много по-силно, например, в сравнение със силното взаимодействие, тогава ядрените реакции във вътрешността на звездите биха протичали с много по-високи темпове, поради което животът на звездите би бил значително намален. Ще трябва също да променим името на слабото взаимодействие. Вселената има известно забавяне по този въпрос поради обхвата на звездните маси - малките звезди живеят по-дълго и могат да бъдат използвани за задвижване на биологичната еволюция вместо нашето Слънце. Въпреки това налягането на изродения газ (от квантовата механика) пречи на звездите да изгарят водород веднага щом масата им стане твърде малка. Така дори продължителността на живота на най-дълголетните звезди би била сериозно намалена. Веднага щом максималният живот на една звезда падне под границата от милиард години, развитието на живота веднага е застрашено. Действителната стойност на слабото взаимодействие е милиони пъти по-малка от силното, поради което Слънцето изгаря бавно и естествено своя водород, който е необходим за развитието на живота на Земята.

След това помислете за планетите - най-малките астрофизични обекти, необходими за живота. Образуването на планети изисква Вселената да произвежда тежки елементи и, следователно, същите ядрени ограничения, които вече бяха описани по-горе. Освен това съществуването на планети изисква фоновата температура на Вселената да е достатъчно ниска, за да кондензират твърди вещества. Ако нашата Вселена беше само шест пъти по-малка, отколкото е сега, и следователно хиляди пъти по-гореща, тогава частиците от междузвездния прах биха се изпарили и просто нямаше да има суровини за образуването на скалисти планети. В тази гореща хипотетична вселена дори формирането на гигантски планети би било изключително потиснато. За щастие нашата вселена е достатъчно хладна, за да позволи образуването на планети.

Друго съображение е дългосрочната стабилност на слънчевата система веднага след нейното формиране. В нашата съвременна Галактика както взаимодействията, така и срещите със звезди са редки и слаби поради много ниската плътност на звездите. Ако нашата Галактика съдържаше същия брой звезди, но беше сто пъти по-малка, увеличената плътност на звездите би довела до доста голяма вероятност някоя друга звезда да навлезе в нашата слънчева система, което би унищожило орбитите на планетите. Такъв космически сблъсък може да промени орбитата на Земята и да направи планетата ни необитаема или изобщо да изхвърли Земята от Слънчевата система. Във всеки случай подобен катаклизъм би означавал края на живота. За щастие, в нашата галактика очакваното време за нашата слънчева система да оцелее след сблъсък, променящ курса, далеч надхвърля времето, необходимо за развитието на живот.

Виждаме, че дълготрайната Вселена, която съдържа галактики, звезди и планети, изисква доста специален набор от фундаментални константи, които определят стойностите на основните сили. Така че тази необходима фина настройка повдига основен въпрос: защо нашата вселена има тези специфични свойства, които в крайна сметка пораждат живот?Защото фактът, че физическите закони са точно такива, че позволяват съществуването ни, е наистина забележително съвпадение. Изглежда сякаш Вселената по някакъв начин е знаела за предстоящата ни поява. Разбира се, ако условията бяха по някакъв начин различни, ние просто нямаше да сме тук и нямаше кой да мисли по този въпрос. Въпросът "Защо?" това не изчезва.

Разбирайки това защофизичните закони точно такива, каквито са, ни довежда до границата на развитието на съвременната наука. Вече има предварителни обяснения, но въпросът остава открит. От двадесети век насам науката осигурява добро работно разбиране на Каквоса нашите закони на физиката, можем да се надяваме, че науката на двадесет и първи век ще ни даде разбиране за това какво защофизическите закони са просто такива. Някои намеци в тази посока вече започват да се появяват, както ще видим след малко.

Вечна сложност

Това привидно съвпадение (че Вселената има точно онези специални свойства, които позволяват произхода и еволюцията на живота) изглежда много по-малко чудотворно, ако приемем, че нашата вселена - областта на пространство-времето, с която сме свързани - е само една от безбройните други вселени. С други думи, нашата вселена е само малка част мултивселена- огромен ансамбъл от вселени, всяка от които има свои собствени версии на законите на физиката. В този случай съвкупността от вселени би приложила всички многобройни възможни варианти на законите на физиката. Животът обаче ще се развие само в онези конкретни вселени, които имат правилната версия на физическите закони. Тогава става очевиден фактът, че сме живели във Вселената с необходимите за живот свойства.

Нека изясним разликата между „други вселени“ и „други части“ на нашата вселена. Мащабната геометрия на пространство-времето може да бъде много сложна. В момента живеем в хомогенна част от Вселената, чийто диаметър е около двадесет милиарда светлинни години. Тази област представлява част от пространството, която може да има причинно-следствен ефект върху нас в даден момент. Докато Вселената се движи в бъдещето, площта на пространство-времето, която може да ни повлияе, ще се увеличава. В този смисъл, с напредване на възрастта, нашата вселена ще съдържа повече пространство-време. Възможно е обаче да има други региони на пространство-времето, които никоганяма да бъде в причинно-следствена връзка с нашата част от Вселената, без значение колко дълго чакаме и без значение колко стара става нашата Вселена. Тези други области растат и се развиват напълно независимо от физическите събития, които се случват в нашата вселена. Такива региони принадлежат на други вселени.

След като допуснем възможността за други вселени, наборът от съвпадения, който съществува в нашата вселена, изглежда много по-приятен. Но дали тази концепция за съществуването на други вселени наистина има такъв смисъл? Възможно ли е естествено да се приспособят множество вселени в рамките на теорията за Големия взрив, например, или поне нейните разумни разширения? Изненадващо, отговорът е категорично да.

Андрей Линде, виден руски космолог, който в момента е в Станфорд, представи идеята вечна инфлация. Грубо казано, тази теоретична идея означава, че по всяко време някакъв регион на пространство-времето, разположен някъде в мултивселената, преживява инфлационна фаза на разширяване. Според този сценарий пространствено-времевата пяна, чрез механизма на инфлация, непрекъснато създава нови вселени (както вече беше обсъдено в първа глава). Някои от тези инфлационно разширяващи се региони ще се развият в интересни вселени като нашия собствен локален отрязък от пространство-време. Те имат физически закони, управляващи формирането на галактики, звезди и планети. Някои от тези области може дори да развият интелигентен живот.

Тази идея има както физическо значение, така и значителна присъща привлекателност. Дори ако нашата вселена, нашият собствен локален регион на пространство-времето, е предопределен да умре бавно и болезнено, винаги ще има други вселени наоколо. Винаги ще има нещо друго. Ако мултивселената се разглежда от по-широка перспектива, обхващаща целия ансамбъл от вселени, тогава тя може да се счита за наистина вечна.

Тази картина на космическата еволюция спретнато заобикаля един от най-тревожните въпроси, възникнали в космологията на двадесети век: ако вселената е започнала в голям взрив само преди десет милиарда години, какво се е случило преди този голям взрив?Този труден въпрос „какво беше, когато все още нямаше нищо“ служи като граница между науката и философията, между физиката и метафизиката. Можем да екстраполираме физическия закон назад във времето до времето, когато Вселената е била само 10 -43 секунди, въпреки че с наближаването на тази точка несигурността на нашите знания ще се увеличи, а по-ранните епохи обикновено са недостъпни за съвременните научни методи. Науката обаче не стои неподвижна и вече започва да се появява известен напредък в тази област. В рамките на по-широкия контекст, осигурен от концепцията за мултивселената и вечната инфлация, ние наистина можем да формулираме отговора: преди Големия взрив е имало (и все още има!) пенеста област от високоенергийно пространство-време. От тази космическа пяна преди около десет милиарда години се роди нашата собствена Вселена, която продължава да се развива и днес. По същия начин постоянно се раждат други вселени и този процес може да продължи безкрайно дълго. Вярно е, че този отговор остава малко неясен и може би донякъде незадоволителен. Въпреки това, физиката вече е достигнала точка, в която можем поне да започнем да разглеждаме този дългогодишен въпрос.

С концепцията за мултивселената получаваме следващото ниво на революцията на Коперник. Точно както нашата планета няма специално място в нашата слънчева система и нашата слънчева система няма специален статут във вселената, така и нашата вселена няма специално място в гигантската космическа смесица от вселени, които съставляват мултивселената.

Дарвинистки възглед за вселените

Пространството-време на нашата вселена става все по-сложно с напредване на възрастта. В самото начало, веднага след Големия взрив, нашата Вселена беше много гладка и еднородна. Такива първоначални условия са били необходими, за да може Вселената да еволюира в сегашната си форма. С развитието на Вселената обаче в резултат на галактически и звездни процеси се образуват черни дупки, проникващи в пространство-времето с вътрешните си сингулярности. По този начин черните дупки създават това, което може да се смята за дупки в пространство-времето. По принцип тези сингулярности биха могли също да осигурят връзка с други вселени. Може също така да се случи нови вселени да се родят в сингулярността на черна дупка - детските вселени, за които говорихме в Глава 5. В този случай нашата вселена може да породи нова вселена, свързана с нашата чрез черна дупка.

Ако тази верига от разсъждения се проследи до нейния логичен край, възниква изключително интересен сценарий за еволюцията на вселените в мултивселената. Ако вселените могат да раждат нови вселени, тогава концепциите за наследственост, мутация и дори естествен подбор могат да се появят във физическата теория. Тази концепция за еволюцията беше защитена от Лий Смолин, физик, специалист по обща теория на относителността и квантовата теория на полето.

Да предположим, че сингулярностите в черните дупки могат да породят други вселени, какъвто е случаят с раждането на нови вселени, което обсъдихме в предишната глава. Докато се развиват, тези други вселени обикновено губят своята причинно-следствена връзка от нашата собствена вселена. Тези нови вселени обаче остават свързани с нашата чрез сингулярност, разположена в центъра на черната дупка. - Да предположим сега, че законите на физиката в тези нови вселени са подобни на законите на физиката в нашата вселена, но не абсолютно. На практика това твърдение означава, че физическите константи, величините на фундаменталните сили и масите на частиците имат подобни, но не еквивалентни стойности. С други думи, новата вселена наследява набор от физически закони от родителската вселена, но тези закони може да са малко по-различни, което е много подобно на генните мутации по време на възпроизводството на флората и фауната на Земята. В тази космологична обстановка растежът и поведението на новата вселена ще приличат, но не точно, на еволюцията на първоначалната родителска вселена. Така тази картина на наследствеността на вселените е напълно аналогична на картината на биологичните форми на живот.

С наследственост и мутация тази екосистема от вселени придобива вълнуващата възможност на еволюционната схема на Дарвин. От комологично-дарвинистка гледна точка, „успешните“ вселени са тези, които създават голям брой черни дупки. Тъй като черните дупки се създават от образуването и смъртта на звезди и галактики, тези успешни вселени трябва да съдържат голям брой звезди и галактики. Освен това образуването на черни дупки отнема много време. Галактиките в нашата вселена се формират от порядъка на един милиард години; масивните звезди живеят и умират за по-кратки периоди от време от милиони години. За да позволи образуването на голям брой звезди и галактики, всяка успешна вселена трябва не само да има правилните стойности на физическите константи, но и да бъде относително дълготрайна. Със звезди, галактики и дълъг живот, Вселената може да позволи на живота да се развива. С други думи, успешните вселени автоматично имат почти точните характеристики за появата на биологични форми на живот.

Еволюцията на сложен набор от вселени като цяло е подобна на биологичната еволюция на Земята. Успешните вселени създават голям брой черни дупки и раждат голям брой нови вселени. Тези астрономически "деца" наследяват от майчините вселени различни видове физически закони с незначителни промени. Тези мутации, които водят до образуването на още повече черни дупки, водят до производството на повече „деца“. Докато тази екосистема от вселени се развива, най-често се срещат вселени, образуващи невероятен брой черни дупки, звезди и галактики. Същите тези вселени имат най-големи шансове за възникване на живот. Нашата вселена, независимо от причината, има точно характеристиките, които ни позволяват да живеем дълго и да образуваме много звезди и галактики: според тази огромна дарвинистка схема нашата собствена вселена е успешна. Погледната от тази разширена перспектива, нашата вселена не е нито необичайна, нито фино настроена; това е по-скоро обикновената и следователно очакваната вселена. Докато тази картина на еволюцията остава спекулативна и противоречива, тя предоставя елегантно и убедително обяснение защо нашата вселена има свойствата, които наблюдаваме.

Избутване на границите на времето

В биографията на космоса пред вас проследихме еволюцията на вселената от нейното блестящо, уникално начало, през топлите и познати небеса на съвременните времена, през странни замръзнали пустини, до окончателното унищожение във вечния мрак. Когато се опитаме да надникнем още по-дълбоко в тъмната бездна, нашите предсказателни способности значително се влошават. Следователно нашите хипотетични пътувания през пространство-времето трябва да приключат или поне да станат ужасно непълни в някоя бъдеща епоха. В тази книга сме изградили времева скала, обхващаща стотици космологични десетилетия. За някои читатели без съмнение ще изглежда, че сме стигнали толкова далеч в нашата история твърде уверено, докато други може да се чудят как сме могли да спрем на точка, която в сравнение с вечността е толкова близо до самото начало.

В едно можем да сме сигурни. По пътя си към мрака на бъдещето, Вселената показва чудесна комбинация от преходност и неизменност, тясно преплетени. И докато самата вселена ще издържи изпитанието на времето, в бъдещето няма да остане почти нищо, което дори малко да прилича на настоящето. Най-трайната характеристика на нашата непрекъснато развиваща се вселена е промяната. И този универсален процес на продължаваща промяна изисква разширена космологична перспектива, с други думи, пълна промяна в начина, по който гледаме на най-големите мащаби. Тъй като Вселената непрекъснато се променя, трябва да се опитаме да разберем настоящата космологична епоха, текущата година и дори днес. Всеки момент от разгръщащата се история на космоса предоставя уникална възможност, шанс за постигане на величие, приключение за преживяване. Според темпоралния принцип на Коперник всяка бъдеща ера изобилства от нови възможности.

Не е достатъчно обаче да се направи пасивно твърдение за неизбежността на събитията и „без да скърбиш, да се случи това, което трябва да се случи“. Един пасаж, който често се приписва на Хъксли, казва, че „ако шест маймуни бъдат поставени зад пишещи машини и им е позволено да пишат каквото си поискат в продължение на милиони години, след време те ще напишат всички книги, които са в Британския музей“. Тези въображаеми маймуни отдавна са цитирани като пример, когато се обсъжда неясна или несъстоятелна мисъл, като потвърждение на невероятни събития или дори като имплицитно подценяване на големите постижения на човешките ръце, с намек, че те не са нищо повече от случайност сред многото провали. В крайна сметка, ако нещо може да се случи, то със сигурност ще се случи, нали?

Въпреки това, дори нашето разбиране за бъдещето на космоса, което все още е в начален стадий, разкрива пълната абсурдност на тази гледна точка. Едно просто изчисление предполага, че произволно избраните маймуни ще отнеме близо половин милион космологични десетилетия (много повече години от броя на протоните във Вселената), за да създадат произволно само една книга.

Вселената е предопределена напълно да промени характера си, и то повече от веднъж, преди същите тези маймуни дори да започнат да изпълняват задачата, която им е възложена. След по-малко от сто години тези маймуни ще умрат от старост. След пет милиарда години Слънцето, превърнало се в червен гигант, ще изгори Земята, а с нея и всички пишещи машини. След четиринадесет космологични десетилетия всички звезди във Вселената ще изгорят и маймуните вече няма да могат да виждат клавишите на пишещите машини. До двадесетото космологично десетилетие галактиката ще е загубила своята цялост и маймуните ще имат много реален шанс да бъдат погълнати от черната дупка в центъра на галактиката. И дори протоните, които изграждат маймуните и тяхната работа, са предназначени да се разпаднат преди края на четиридесет космологични десетилетия: отново, много преди херкулесовата им работа дори да е стигнала достатъчно далеч. Но дори ако маймуните успеят да преживеят тази катастрофа и да продължат работата си в слабото сияние, излъчвано от черни дупки, усилията им пак ще бъдат напразни в стотното космологично десетилетие, когато последните черни дупки напуснат Вселената при експлозия. Но дори ако маймуните бяха преживели тази катастрофа и щяха да живеят, да речем, до сто и петдесетото космологично десетилетие, те щяха да постигнат само възможността да се изправят пред крайната опасност от космологичния фазов преход.

И въпреки че до сто и петдесетото космологично десетилетие на маймуната пишещите машини и печатните листове ще бъдат унищожени повече от веднъж, самото време, разбира се, няма да свърши. Гледайки внимателно в мрака на бъдещето, ние сме по-ограничени от липсата на въображение и може би от недостатъчно физическо разбиране, отколкото от наистина малък набор от детайли. По-ниските енергийни нива и привидната липса на активност, които очакват Вселената, са повече от компенсирани от увеличеното време, с което разполага. Можем да гледаме към едно несигурно бъдеще с оптимизъм. И въпреки че нашият уютен свят е предопределен да изчезне, огромен брой от най-интересните физически, астрономически, биологични и може би дори интелектуални събития все още чакат, докато нашата Вселена продължава пътя си към вечния мрак.

Пространствено-времева капсула

Няколко пъти по време на тази биография на вселената се сблъскахме с възможността за изпращане на сигнали към други вселени. Ако можехме, например, да създадем вселена в лабораторията, бихме могли да изпратим криптиран сигнал до нея, преди тя да загуби причинно-следствената си връзка с нашата собствена вселена. Но ако можехте да изпратите такова съобщение, какво бихте написали в него?

Може би бихте искали да запазите самата същност на нашата цивилизация: изкуство, литература и наука. Всеки читател ще има известна представа кои части от нашата култура трябва да бъдат запазени по този начин. Докато всеки би имал собствено мнение по този въпрос, ние бихме постъпили много нечестно, ако не направим поне някакво предложение за архивиране на част от нашата култура. Като пример предлагаме капсулирана версия на науката или по-точно физиката и астрономията. Сред най-важните съобщения могат да бъдат следните:

Материята се състои от атоми, които от своя страна са изградени от по-малки частици.

На къси разстояния частиците проявяват свойствата на вълна.

Природата се управлява от четири основни сили.

Вселената се състои от еволюиращо пространство-време.

Нашата Вселена съдържа планети, звезди и галактики.

Физическите системи се развиват в състояния на по-ниска енергия и нарастващ безпорядък.

Тези шест точки, чиято универсална роля вече трябва да е ясна, могат да се считат за съкровищата на нашите постижения във физическите науки. Това са може би най-важните физически концепции, които нашата цивилизация е открила досега. Но ако тези концепции са съкровища, тогава научният метод несъмнено трябва да се счита за техен венец. Ако има научен метод, тогава при достатъчно време и усилия всички тези резултати се получават автоматично. Ако беше възможно да се предаде на друга вселена само една концепция, представяща интелектуалните постижения на нашата култура, тогава най-полезното послание би бил научният метод.

Уравненията на теорията на относителността обаче позволяват и друга възможност - компресия. Има ли значение, че Вселената се разширява, а не се свива?

Нека се преструваме, че нашите Вселената се свива. Какво ще се промени в този случай в картината на света около нас?

За да отговорите на този въпрос, трябва да знаете отговора на друг въпрос: защо е тъмно през нощта? Той влезе в историята на астрономията под името фотометричен парадокс. Същността на този парадокс е следната.

Ако във Вселената са разпръснати навсякъде, които излъчват средно приблизително еднакво количество светлина, то независимо дали са групирани в галактика или не, те биха покрили с дисковете си цялата небесна сфера. В края на краищата Вселената е съставена от много милиарди звезди и където и да насочим погледа си, той почти сигурно рано или късно ще се сблъска с някоя звезда.

С други думи, всяка част от звездното небе трябва да свети като част от слънчевия диск, тъй като в такава ситуация видимата повърхностна яркост не зависи от разстоянието. От небето върху нас би паднал ослепителен и горещ поток от светлина, съответстващ на температура от около 6 хиляди градуса, почти 200 000 пъти по-висока от светлината на Слънцето. Междувременно нощното небе е черно и студено. Какво има тук?

Само в теорията за разширяването на Вселената фотометричният парадокс автоматично се елиминира. Тъй като галактиките се раздалечават, техните спектри се изместват в червено. В резултат честотата, а оттам и енергията на всеки фотон намаляват. В края на краищата червеното отместване е изместване на електромагнитното излъчване на звездите на галактиката към по-дълги вълни. И колкото по-голяма е дължината на вълната, толкова по-малко енергия носи радиацията със себе си и колкото по-далече е галактиката, толкова повече енергията на всеки фотон, който идва до нас, е отслабена.

В допълнение, непрекъснатото увеличаване на разстоянието между Земята и отдалечаващата се галактика води до факта, че всеки следващ фотон е принуден да измине малко по-дълъг път от предишния. Поради това фотоните влизат в приемника по-рядко, отколкото се излъчват от източника. Следователно, броят на фотоните, пристигащи за единица време, също намалява. Това също води до намаляване на количеството енергия, идваща за единица време. Ето защо нощното небе остава черно.

Следователно, ако си представим, че Вселената се свива и това компресиране продължава милиарди години, тогава яркостта на небето не отслабва, а напротив, засилва се. В същото време върху нас би паднал ослепителен и горещ поток от светлина, съответстващ на много висока температура.

При такива условия на Земята живот вероятно не би могъл да съществува. Това означава, че никак не е случайно, че живеем в разширяваща се вселена.

Да предположим, че живеем във вселена, която никога не свършва. С безкраен период от време всичко, което може да се случи, ще се случи със 100 процента вероятност (според теорията на Поанкаре). Същият парадокс ще се случи, ако живеете вечно. Вие живеете за неопределено време, така че всяко събитие е гарантирано да се случи (и ще се случи безкраен брой пъти). Следователно, ако живеете вечно, има 100 процента шанс да бъдете замръзнали във времето. Тъй като това предположение обърка много изчисления, които се опитваха да предскажат края на нашата вселена, учените предложиха нещо друго: самото време трябва един ден да спре.

Да кажем, че сте живи, за да го преживеете (милиарди години след края на Земята), но няма да можете да разберете, че нещо се е объркало. Времето просто ще спре и всичко ще замръзне, като моментна снимка, като калъп, завинаги. Но и това няма да е вечно, защото времето просто няма да върви напред. Ще бъде само един момент във времето. Никога няма да умреш или да остарееш. Това е един вид псевдо-безсмъртие, но никога няма да разберете за него.

Голям отскок

Big Rebound е подобен на Big Squeeze, но много по-оптимистичен. Представете си същия сценарий: гравитацията забавя разширяването на Вселената и кондензира всичко в една точка. Според теорията това свиване може да е достатъчно, за да започне нова експлозия и Вселената да започне отново. Нищо не се унищожава, а се преразпределя.

Физиците не харесват това обяснение, така че някои учени смятат, че Вселената просто няма да се върне към сингулярността. По-скоро ще се доближи много до това състояние и ще отскочи, точно както топката отскача от пода. Големият отскок е много подобен на Големия взрив в това отношение и теоретично може да доведе до нова вселена. В този осцилиращ цикъл нашата вселена може да бъде първата вселена в поредицата или 400-та. Никой няма да разбере за това.

Голяма празнина

Независимо как завършват нещата, учените трябва да използват думата „голям“, за да опишат този край. Според тази теория невидима сила, наречена "тъмна енергия", ускорява разширяването на наблюдаваната вселена. В крайна сметка разширяването ще се ускори толкова много, колкото Ентърпрайз с коефициент на изкривяване девет, че на Вселената няма да й остане нищо, освен да избухне в нищото.

Най-страшната част от тази теория е, че докато повечето от тези сценарии се случват, след като звездите изгорят, Големият разрив се очаква да се случи след 16 милиарда години, според ранните оценки. На този етап Вселената, планетите и теоретично животът все още ще съществуват. Този катаклизъм може да я изгори жива, да я откъсне от всичко и да я нахрани на космическите лъвове, които живеят между вселените. Не се знае какво ще стане. Но тази смърт очевидно е по-брутална от бавната топлинна смърт.

Събитие на вакуумна метастабилност

Тази теория зависи от идеята, че Вселената съществува в фундаментално нестабилно състояние. Ако погледнете значенията на квантовите частици, не е трудно да разберете защо някои вярват, че нашата вселена се люлее на ръба на стабилността. Някои учени предполагат, че след милиарди години Вселената просто ще падне от този ръб. Когато това се случи, в някакъв момент във Вселената ще се появи балон. Този балон ще се разшири във всички посоки със скоростта на светлината и ще унищожи всичко, до което се докосне. В крайна сметка този балон ще унищожи всичко във Вселената.

Но не се притеснявайте: Вселената все още ще бъде там. Законите на физиката ще бъдат различни и може би друг живот. Но във Вселената няма да има нищо, което да не можем да разберем.

Времева бариера

Ако се опитаме да изчислим вероятностите в мултивселената (която има безкраен брой вселени), се връщаме към проблема, споменат по-горе: всичко може да се случи със 100 процента вероятност. За да преодолеят този проблем, учените просто вземат част от Вселената и изчисляват вероятностите за нея. Работи, но границите, които очертават, неизбежно отрязват сайта от останалия свят.

Тъй като законите на физиката нямат смисъл в една безкрайна вселена, единственото заключение, което може да се направи е, че има физическа граница, граница, която не може да бъде превишена. И според физиците в следващите 3,7 милиарда години ще преминем тази времева бариера и за нас ще свърши Вселената. Въпреки че е много по-вероятно просто да не можем да разберем и опишем този принцип с нашата физическа терминология.

Това няма да се случи (тъй като живеем в мултивселена)

Според сценария на мултивселената с безкраен брой вселени, тези вселени могат да възникнат дори в хода на нашето съществуване. Те биха могли да започнат да се появяват дори с Големия взрив. Една вселена ще завърши с Big Crunch, друга с топлинна смърт, трета с Big Rip и т.н. Но това няма значение: в мултивселената нашата вселена е само една от многото други. И дори нашият свят да се разпадне на дъга в празнотата между вселените, голямата „вселена“ ще остане. И тъй като ще има друга вселена и съществуване и живот в нея, нищо не ни заплашва.

Броят на новите вселени винаги ще бъде по-голям от броя на старите, така че на теория броят на вселените се увеличава.

Вечна вселена

Дълго време се смяташе, че Вселената е била, е и винаги ще бъде. Това е една от първите концепции, които хората създават за природата на Вселената, но напоследък тази теория получи нов тласък, вече сериозно затвърден от гледна точка на физиката.

И така, обратното броене на времето не е започнало със сингулярността на Големия взрив, времето може да съществува по-рано (безкрайност преди), а сингулярността и произтичащата от нея експлозия може да са резултат от сблъсък на две брани (пространствено-времеви структури на по-високо ниво на съществуване). В този модел Вселената е циклична и ще продължи да се разширява и свива завинаги.

Ние, между другото, можем да разберем през следващите 20 години - ние изследвахме космоса в търсене на микровълнови фонови модели, които ще ни кажат нещо за произхода на Вселената. Това е дълъг процес, но ще ни предостави знания за това как е започнала нашата вселена и може би ще ни каже как ще завърши.

РАЗШИРЯВАНЕ ИЛИ КОМПРЕСИРАНЕ НА ВСЕЛЕНАТА?!

Отдалечаването на галактиките една от друга в момента се обяснява с разширяването на Вселената, което започна поради така наречения "Голям взрив".

За да анализираме разстоянието на галактиките една от друга, ние използваме следните известни физични свойства и закони:

1. Галактиките се въртят около центъра на метагалактиката, като правят едно завъртане около центъра на метагалактиката за 100 трилиона години.

Следователно метагалактиката е гигантска торсия, в която действат законите на вихровата гравитация и класическата механика (глава 3.4).

2. Тъй като Земята увеличава своята маса, допустимо е да се приеме, че всички други небесни тела или техните системи (галактики), под въздействието на собствената си гравитация, също увеличават своята маса, в съответствие със законите, представени в глава 3.5. След това, въз основа на формулите от същата глава, е очевидно, че галактиките трябва да се движат спираловидно, към центъра на метагалактиката, с ускорение, обратно пропорционално на разстоянието до центъра на метагалактиката или увеличаване на маса от галактики.

Радиалното ускорение на галактиките при движение към центъра на метагалактиката ги кара да се отдалечават една от друга, което е регистрирано от Хъбъл и което досега погрешно се квалифицира като разширение на Вселената.

Така, въз основа на горното, заключението е следното:

Вселената не се разширява, а по-скоро спираловидно или се свива.

Вероятно в центъра на метагалактиката се намира метагалактична черна дупка, така че е невъзможно да се наблюдава.

Когато галактиките се въртят около центъра на метагалактиката в по-ниска орбита, скоростта на орбиталното движение на тези галактики трябва да е по-голяма от тази на галактиките, движещи се в по-висока орбита. В този случай галактиките на определени мега интервали от време трябва да се приближават една към друга.

В допълнение, звездите, които имат наклони на собствените си орбити към галактическото, гравитационно усукване, трябва да се отдалечат от центъра на галактиката (виж глава 3.5). Тези обстоятелства обясняват приближаването на галактиката M31 към нас.

В началния етап от появата на космическия торсион той трябва да е в състояние на черна дупка (виж гл. 3.1). През този период космическото усукване максимизира относителната си маса. Следователно големината и векторът на скоростта на това усукване (BH) също има максимални промени. Тоест Черните дупки имат характер на движение, който не съответства значително на движението на съседни космически тела.

Сега е открита черна дупка, която се приближава към нас. Движението на тази черна дупка се обяснява с горната зависимост.

Трябва да се отбележат противоречията на хипотезата за Големия взрив, които по неизвестни причини не се вземат предвид от съвременната наука:

Според 2-ри закон на термодинамиката системата (Вселената), оставена сама на себе си (след експлозията) се превръща в хаос и безредие.

Всъщност хармонията и редът, наблюдавани във Вселената, са в противоречие с този закон,

Всяка частица, избухнала с огромна сила, трябва да има само праволинейна и радиална посока на собственото си движение.

Общото въртене в космическото пространство на всички небесни тела или техните системи около техния център или други тела, включително метагалактиката, напълно опровергава инерционния характер на движението на космическите обекти, получен от експлозията. Следователно източникът на движение на всички космически обекти не може да бъде експлозия.

• - Как е възможно огромни междугалактически празнини да са се образували в космоса след Големия взрив?!
• - според общоприетия модел на Фридман, причината за "Големия взрив" е компресирането на Вселената до размерите на Слънчевата система. В резултат на това свръхгигантско уплътняване на космическата материя се случи "Големият взрив".

Последователите на идеята за "Големия взрив" мълчат за очевидния абсурд в тази хипотеза - как е възможно безкрайната Вселена да се свие и да се побере в ограничен обем, равен на размера на Слънчевата система!?

Ежедневно се сблъскваме с компресията под една или друга форма. Когато изстискваме вода от гъба, опаковаме куфар преди ваканция, опитвайки се да запълним цялото празно пространство с необходимите неща, компресираме файлове, преди да ги изпратим по имейл. Идеята за премахване на "празното" пространство е много позната.

Както в космически, така и в атомен мащаб учените многократно потвърждават, че празнотата заема основното пространство. И все пак е изключително изненадващо колко вярно е това твърдение! Когато д-р Калеб А. Шарф от Колумбийския университет (САЩ) пишеше новата си книга „Мащабираема вселена“, той, по собствено признание, планираше да я използва за някакъв драматичен ефект.

Какво ще стане, ако можем по някакъв начин да съберем всички звезди в Млечния път и да ги подредим една до друга като ябълки, плътно опаковани в голяма кутия? Разбира се, природата никога няма да позволи на човек да покори гравитацията и най-вероятно звездите ще се слеят в една колосална черна дупка. Но като мисловен експеримент това е чудесен начин да илюстрирате количеството пространство в галактиката.

Резултатът е шокиращ. Ако приемем, че може да има около 200 милиарда звезди в Млечния път и щедро приемем, че всички те са с диаметъра на Слънцето (което е надценено, тъй като по-голямата част от звездите са по-малко масивни и по-малки), все пак бихме могли сглобете ги в куб, дължината на лицата на който съответства на две разстояния от Нептун до Слънцето.

„В космоса има огромно количество празно пространство. И това ме отвежда до следващото ниво на лудост,” пише д-р Шарф. Според наблюдаваната вселена, определена от космическия хоризонт на движението на светлината след Големия взрив, настоящите оценки предполагат, че има между 200 милиарда и 2 трилиона галактики. Въпреки че този голям брой включва всички малки "прото-галактики", които в крайна сметка ще се слеят в големи галактики.

Нека бъдем смели и да вземем най-голям брой от тях, а след това да опаковаме всички звезди във всички тези галактики. За да бъдем впечатляващо щедри, нека приемем, че всички те са с размерите на Млечния път (въпреки че повечето всъщност са много по-малки от нашата галактика). Ще получим 2 трилиона кубчета, чиито лица ще бъдат 10 13 метра. Поставете тези кубчета в по-голям куб и оставаме с мегакуб със страна с дължина приблизително 1017 метра.

Доста голям, нали? Но не в космически мащаб. Диаметърът на Млечния път е около 10 21 метра, така че 10 17 метров куб все още заема само 1/10 000 от размера на Галактиката. Всъщност 10 17 метра са около 10 светлинни години!

Естествено, това е само малък трик. Но това ефективно показва колко малък е обемът на Вселената, действително зает от плътна материя, в сравнение с празнотата на пространството, прекрасно описана от Дъглас Адамс: „Космосът е голям. Наистина голям. Просто няма да повярвате колко необятен, колко необятен, колко спиращ дъха голям е космосът. Ето какво имаме предвид: може би си мислите, че най-близката закусвалня е далеч, но в космоса това не означава нищо. ("Пътеводител на галактическия стопаджия").