Пять возрастов Вселенной

Вселенная будущего, например, содержит и электроны, и их антиматериальные двойники — позитроны. Когда эти частицы подходят друг к другу достаточно близко, происходит аннигиляция и вся их масса-энергия высвобождается во всплеске излучения. Во время этой вспышки образуется энтропия. В случае с позитронами и электронами, как описано выше, эти частицы перед окончательной аннигиляцией нередко образуют атомы позитрония. Однако если рассматривать этот процесс в масштабе времени, значительно превышающем время жизни позитрония, равное ста сорока пяти космологическим декадам, нет нужды переживать из-за этого мимолетного промежуточного этапа. Другие частицы, или пары частиц, тоже могут дожить до эпохи вечной тьмы и аннигилировать аналогичным образом. До этого времени вполне могут дожить и принять участие в будущей аннигиляции, например, слабо взаимодействующие частицы темной материи.

Закончится ли когда-нибудь во Вселенной запас частиц, которые могут аннигилировать? Ответ на этот вопрос объясняет многое и служит хорошей иллюстрацией к почти бесконечной природе этой космической конечной игры. Полная доля плотности энергии Вселенной, которая аннигилирует в эпоху вечной тьмы, есть малая и известная величина. Аннигиляция частиц дает лишь конечное количество энергии (в пределах данной области Вселенной) за все время эпохи вечной тьмы. Скорость аннигиляции заметно уменьшается по мере того, как Вселенная расширяется и становится более разреженной, однако аннигиляция частиц продолжается, пока существует Вселенная. Нет такого момента в будущем, когда Вселенная достигает состояния, в котором частицы перестают аннигилировать. Какой бы старой ни стала Вселенная, в ней всегда остается место сопровождающимся вспышками аннигиляционным событиям, которым еще только предстоит произойти и, пусть незначительно и ненадолго, осветить темное небо.

Таким образом, мы имеем несколько запутанную ситуацию: аннигиляция частиц продолжается вечно, но образует в данной области Вселенной постоянное количество энергии. Этот мнимый парадокс легко разрешается, если принять во внимание снижение скорости аннигиляции. За бесконечный промежуток времени Вселенная выдает постоянное количество энергии. Подобная практика сохранения лишь усиливает энергетический кризис будущего и точно определяет смысл следующего выражения: становясь старше, Вселенная «замедляется».

Итак, Вселенная сильно замедляется, но никогда не утрачивает всей своей энергии. Можно ли считать Вселенную, которой свойственна подобная бесконечность, обладающей вечной жизнью? Наверное, да, но это будет довольно оптимистичная точка зрения. Пол Дэвис, известный физик и писатель, назвал эту позднюю фазу эволюции Вселенной «вечной смертью». Эта вечно умирающая Вселенная продолжает развиваться и замедляться, но так и не достигает финального момента замыкания, подобного смерти.

Продолжающаяся аннигиляция частиц и другие связанные с ней процессы служат еще одним примером временного принципа Коперника, о котором мы рассказали во введении. Какой бы старой ни стала Вселенная, в ней продолжают происходить интересные физические процессы. На самом деле Вселенная в эпоху вечной тьмы вовсе не обязана быть таким уж темным и скучным местом. При наличии достаточного времени эволюцию могут вызвать значительные события воистину вселенского масштаба. Однако время — это единственный товар, которым богата умирающая Вселенная будущего.

Процессы туннелирования и будущие фазовые переходы

В начале этой главы описывается космологический фазовый переход — потенциальная космическая катастрофа грандиозных размеров. Принимая во внимание широту этого гипотетического, но все же возможного, будущего события, нам стоит исследовать этот процесс чуть более подробно. Вселенная, в принципе, может содержать значительное количество энергии вакуума. Другими словами, пустое, на первый взгляд, пространство на деле может оказаться не таким уж пустым. Вспомним, что энергетический вклад именно этого типа может привести к инфляционному расширению Вселенной, которое происходит через несколько мгновений после Большого взрыва в еще совсем юной Вселенной. Эта же энергия вакуума, хотя и с гораздо меньшей плотностью, может присутствовать и в современной Вселенной. Как только мы поймем, что состояние вакуума может обладать какой-то энергией, несложно представить, что этот вакуум может иметь и много разных состояний энергии, отличающихся друг от друга. Вселенная с многочисленными состояниями энергии вакуума может иметь чрезвычайно интересный долгосрочный эффект: в будущем этот вакуум может стать нестабильным и Вселенная может подвергнуться преобразованию и перейти в совершенно новое состояние — состояние с более низкой энергией вакуума.