Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики

Разница лишь в том, что теплота не выходит наружу, как в случае с черной дырой, а входит внутрь. Температура теперь очень низкая – примерно 10^-40 градусов выше абсолютного нуля, однако после распада всего остального в этом излучении будет заключена вся энтропия Вселенной. Достигнув состояния де Ситтера, Вселенная будет иметь максимальную энтропию. С этого момента совокупная энтропия Вселенной больше не сможет увеличиваться, что будет в прямом смысле означать исчезновение… стрелы времени.

Здесь мне следует еще раз сказать о том, что стрела времени и второй закон термодинамики имеют столь огромное значение для функционирования Вселенной, что при невозможности дальнейшего возрастания энтропии ничто не может произойти. То есть невозможным становится существование организованных структур, эволюция и вообще протекание каких-либо процессов. Чтобы нечто произошло, энергия должна переместиться из одного места в другое. Если энтропия не может нарастать, это означает, что энергия не может переместиться из одного места в другое без того, чтобы сразу вернуться, стерев все то, что могло при этом случиться. Градиенты энергии являются основой жизни, а также любой другой конструкции или машины, выполняющей какую-либо работу. Градиенты энергии не могут существовать во Вселенной, которая представляет собой одну гигантскую (но очень холодную) тепловую ванну. Теплота бесполезна. Теплота – это смерть.

Однако тут есть несколько нюансов.

И эти нюансы относятся не к категории «ну, технически здесь есть одна маленькая деталь», а к категории «о боже, это же все меняет».

Теперь странность имеет отношение к области физики, называемой статистической механикой. Ее мы используем, когда хотим поговорить о чем-то вроде температуры, которая, по сути, представляет собой просто количество движения в системе частиц, не описывая при этом траектории отдельных ее компонентов. Статистическая механика – это та область, где второй закон термодинамики проявляется во всей красе, поскольку позволяет описать большую сложную систему с точки зрения одного важного свойства – ее энтропии. Однако он также создает своего рода «лазейку». Помните, мы говорили о законе возрастания энтропии Вселенной? Технически это применимо лишь в среднем и в достаточно больших масштабах. На квантовом уровне или даже в больших масштабах, если вы готовы ждать достаточно долго, время от времени происходят непредсказуемые флуктуации, способные сдвинуть некоторую часть системы в состояние более низкой энтропии. Чем больше система, тем меньше влияния оказывают эти флуктуации, однако в вечно расширяющейся Вселенной, в которой действует лишь космологическая постоянная, времени и пространства так много, что в ней могут произойти крайне маловероятные события. Маловероятно, что в совершенно пустом пространстве вдруг появится кашалот и горшок с петунией, но в принципе, если подождать достаточно долго, такое может случиться.

И это очень кстати. Если после тепловой смерти что-то может спонтанно появиться, почему бы не другая вселенная?

Эта идея не столь надуманна, как может показаться. В статистической механике существует принцип, согласно которому любая конфигурация системы частиц может повториться, если подождать достаточно долго. Допустим, у вас есть резервуар, заполненный газом, и вы делаете моментальный снимок случайно движущихся молекул, отмечая позиции, в которых они находятся. Если вы понаблюдаете за резервуаром в течение достаточно длительного времени, то рано или поздно снова увидите молекулы в этих же положениях. Чем менее вероятна конфигурация, тем дольше придется ждать ее повторения. Таким образом, повторного наступления очень редкого события, вроде сосредоточения всех частиц в нижнем правом углу резервуара, придется ждать очень долго, но в принципе его наступление – лишь вопрос времени. В этом заключается суть теоремы Пуанкаре о возвращении. При наличии бесконечного количества времени любое состояние, в котором может находиться система, будет повторяться бесчисленное количество раз, причем частота повторения определяется тем, насколько редкой или особенной является та или иная конфигурация. Однажды физики Энтони Агирре, Шон Кэрролл и Мэтью Джонсон подсчитали, что если подождать в течение периода времени, примерно в триллион триллионов раз превышающего возраст Вселенной, можно увидеть, как в пустой коробке самопроизвольно собирается целое пианино.

После наступления тепловой смерти Вселенная, по сути, будет представлять собой очень большую и слабо нагретую коробку, в которой происходят случайные флуктуации, подчиняющиеся законам статистической механики. Если Большой взрыв – это состояние, в котором когда-то находилась Вселенная, а после наступления тепловой смерти исчезает стрела времени, из-за чего понятия прошлого и будущего утрачивают всякий смысл, то нет причины, по которой Большой взрыв не мог бы повториться, заново породив Вселенную.

Однако это еще не самое странное.