Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики

Каждый из этих возможных типов Вселенных имеет название и определенную геометрию. Речь в данном случае идет не о внешней форме Вселенной, вроде сферы, куба или чего-то еще, а о свойстве, определяющем поведение гигантских лазерных лучей в космическом пространстве. Вселенную, обреченную на Большое сжатие, называют «замкнутой», поскольку в ней два параллельных луча лазерной пушки в итоге сойдутся, подобно линиям долготы на глобусе. Дело в том, что замкнутая Вселенная содержит в себе так много материи, что все пространство искривлено внутрь. Идеально сбалансированная Вселенная является «плоской», потому что в ней лучи всегда будут оставаться параллельными, подобно параллельным линиям на плоском листе бумаги. Вселенная, в которой расширение преобладает над гравитацией, называется «открытой», и в ней, как вы, вероятно, уже догадались, два лазерных луча со временем будут расходиться. Двумерным аналогом в данном случае является поверхность седла: попробуйте нарисовать параллельные линии на седле (если седла под рукой нет, можете использовать чипсы Pringles), и вы увидите, что они расходятся. Эти формы определяют «крупномасштабную кривизну» Вселенной – степень искривления всего пространства, обусловленного содержащейся в нем материей и энергией.

Объединяет все эти варианты, во-первых, то, что они имеют смысл с точки зрения физики и хорошо работают с эйнштейновскими уравнениями гравитационного поля. Во-вторых, все они предполагают замедление процесса расширения. Во времена проведения измерений с использованием сверхновых не существовало никакого разумного физического механизма, объясняющего ускорение процесса расширения Вселенной. Это было столь же странно, как если бы мяч, подброшенный в воздух, немного замедлился, а затем внезапно рванул в космос без всякой причины. А теперь представьте такое же чудо, только в масштабе всей Вселенной.

Результаты измерений были многократно перепроверены, однако всякий раз физики приходили к одному и тому же выводу: процесс расширения пространства ускоряется.

Это были отчаянные времена, которые требовали принятия отчаянных мер. Настолько отчаянных, что астрономам пришлось допустить существование обширного космического энергетического поля, наделяющего пустое пространство силой отталкивания, действующей во всех направлениях. Это не обнаруженное ранее свойство пространства-времени, заставляющее Вселенную вечно расширяться, черпая силу из неистощимого источника энергии, связано с так называемой космологической постоянной.

Не такое уж пустое пространство

В отличие от других эпизодов монументального пересмотра основ физики, в данном случае речь шла далеко не о новой идее. Космологическая постоянная была детищем Эйнштейна[37] и прекрасно вписывалась в его уравнения гравитационного поля, определяющие эволюцию Вселенной. Однако в ее основе лежала глубоко ошибочная предпосылка, поэтому ее вообще не стоило вводить.

Эйнштейн был очень отзывчивым человеком. Он ввел космологическую постоянную, чтобы спасти Вселенную от возможного катастрофического коллапса. Точнее, от того коллапса, который уже давно должен был произойти. Как эксперт во всем, что касается гравитации, Эйнштейн знал, что, судя по имеющимся данным, сила тяготения уже давно должна была разрушить Вселенную. Это было в 1917 году, за полвека до официального признания теории Большого взрыва, когда космос все еще считался статичным и неизменным. Звезды могли жить и умирать, материя – слегка переупорядочиваться, но пространство в то время считалось лишь фоном для происходящих в нем событий. Поэтому, когда Эйнштейн увидел на ночном небе кажущиеся неподвижными звезды, он понял, что Вселенная в опасности. Он полагал, что каждая звезда должна притягивать все остальные, из-за чего все они должны медленно сближаться. Огромные пространства между звездами в данном случае не имеют значения, поскольку сила тяжести действует на любом расстоянии. (В то время никто еще не знал о существовании других галактик, в противном случае он применил бы этот аргумент и к ним. Проблема бы при этом не исчезла.) В неизменной Вселенной вы никогда не сможете удалиться от объекта на достаточно большое расстояние, чтобы на том или ином уровне не испытывать его гравитационное воздействие, которое со временем должно сблизить вас. Расчеты Эйнштейна говорили о том, что любая вселенная, наполненная массивными объектами, уже давно должна была коллапсировать. Само существование космоса представлялось неким противоречием.

Это, разумеется, выглядело не очень хорошо. К счастью, Эйнштейн нашел в своей общей теории относительности место для небольшой, но спасительной для Вселенной, корректировки. Ничто в космосе не может противостоять гравитации звезд, за исключением разве что самого пространства. Эйнштейн уже вывел красивое уравнение для описания того, как структура пространства реагирует на гравитационное воздействие всего вещества в космосе.