Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики

Независимо от того, найдем мы дополнительные измерения или нет, идея циклической Вселенной, скорее всего, останется привлекательной альтернативой инфляционной модели. Одна из причин заключается в проблеме энтропии, то есть постоянного нарастания меры беспорядка во Вселенной, что в итоге приводит к тепловой смерти. Мы можем вычислить количество энтропии в наблюдаемой Вселенной, а также заглянуть в прошлое и выяснить, какой она была раньше, учитывая, что она неуклонно возрастала на протяжении всего периода существования космоса. Судя по всему, история Вселенной началась с высокоупорядоченного состояния, которое отличалось крайне низкой степенью энтропии. Эта идея вызывает сильный дискомфорт у многих космологов. Чем была обусловлена столь низкая степень энтропии в самом начале? Представьте, что вы входите в комнату, в которой, как вы считаете, до вас никого не было, и обнаруживаете на полу бесчисленные ряды фишек домино, выглядящие так, будто они просто упали друг на друга в определенной последовательности. Как это могло произойти?

Главное преимущество некоторых моделей циклических и отскакивающих Вселенных состоит в том, что они позволяют объяснить начальную низкую степень энтропии событиями, предшествовавшими отскоку. Согласно последней версии экпиротической модели, разработанной Полом Стейнхардтом и Анной Иджас, в качестве исходной энтропии современной наблюдаемой Вселенной послужила вся энтропия крошечного участка предыдущей Вселенной.

Эта новая модель (которая была обнародована во время написания данной книги) имеет некоторые существенные преимущества по сравнению с предыдущими версиями экпиротического сценария. В частности, она не предусматривает дополнительных пространственных измерений или сингулярности в момент отскока. На самом деле сжатие может быть довольно умеренным, то есть размер Вселенной может уменьшиться всего в два раза. Если оставить в стороне сложные детали, основная идея модели сводится к тому, что циклическим является процесс эволюции Вселенной и сочетание ее ингредиентов. Как уже говорилось, за сжатие и отскок отвечает заполняющее Вселенную скалярное поле, а не столкновение бран.

Если эта новая циклическая модель действительно описывает нашу Вселенную, то в отдаленном будущем мы заметим, как дальние галактики останавливаются и начинают медленно приближаться к нам. Сначала это будет похоже на раннюю стадию Большого сжатия, сопровождающуюся ростом температуры фонового излучения. Однако мы будем уничтожены еще до того, как заподозрим неладное, когда энергия скалярного поля внезапно преобразуется в излучение, породив Большой взрыв, знаменующий начало очередного цикла Вселенной.

Интересно, что эта новая версия экпиротической модели имеет одно сходство с предыдущей, допуская, что гравитационные волны могут представлять собой своеобразный сигнал, передающийся от одной Вселенной другой. Старая версия допускала прохождение гравитационных волн через балк. В новой версии гравитационные волны могут сохраняться при переходе с одного цикла на другой, поскольку перед отскоком космическое пространство сжимается не слишком сильно. Эти сигналы были бы чрезвычайно трудноуловимыми, но если бы они существовали, то могли бы кое-что рассказать нам о предыдущей Вселенной.

Так что следите за пространством.

* * *

Разумеется, экпиротические сценарии не являются единственными моделями отскакивающей Вселенной.

Роджер Пенроуз, пионер современной космологии, коренным образом изменивший наш взгляд на гравитацию, предложил собственную модель циклической Вселенной, в которой Большой взрыв происходит после тепловой смерти предыдущей Вселенной. Эта модель предполагает объединение далекого будущего пространства-времени одной Вселенной с сингулярностью в начале другой. На протяжении многих десятилетий Пенроуз был одним из самых выдающихся космологов, указывающих на серьезность проблемы энтропии в стандартных сценариях ранней Вселенной. И он не считает, что ее можно разрешить с помощью теории инфляции. Недавно он сказал мне: «Когда я впервые услышал об этом, я подумал, что эта теория не проживет и недели».

Альтернативная модель Пенроуза под названием «Конформная циклическая космология» предполагает, что вблизи сингулярности энтропия работает иначе. Если его гипотеза верна, то это означает, что для границы между циклами характерна очень низкая энтропия, и процесс возникновения новой Вселенной не включает стадию инфляции. Модель Пенроуза также предполагает интригующую возможность, что какой-то отпечаток событий, произошедших на предыдущих циклах, может сохраниться в виде наблюдаемых особенностей космического микроволнового фонового излучения. Пенроуз и его сотрудники заявили, что доказательства существования таких отпечатков уже сейчас можно обнаружить в данных, правда, их заявление было воспринято скептически. Будут ли эти особенности реликтового излучения рассматриваться в качестве доказательства существования Вселенной до Большого взрыва, пока не ясно.