Джордж Эллис - Далекое будущее Вселенной Эсхатология в космической перспективе

Две простейшие космологические модели (Weinberg, 1972) описывают универсальную вселенную с нулевым давлением, открытую или закрытую. Геометрия закрытой вселенной описывается уравнением

ds 2= R 2[dψ 2— dχ 2— sin 2χdΩ 2], (1)

где χ — пространственная координата, движущаяся вместе с материей, ψ — временная координата, связанная с физическим временем t по формуле:

t = Т 0(ψ — sinψ), (2)

a R — радиус вселенной, заданный по формуле:

R = сТ 0(1 — cosψ), (3)

Вселенная в целом представлена в системе пространственно–временных координат (ψ, χ) как конечный прямоугольный параллелепипед:

О< ψ< 2π, 0< χ< π. (4)

Вселенная замкнута как в пространстве, так и во времени. Общая ее протяженность —

2πТ 0, (5)

где Т 0— в принципе измеряемое количество. Если наша вселенная описывается этой моделью, значение Т 0должно составлять, как минимум, 10 10лет.

Простейшая модель универсальной открытой вселенной с нулевым давлением описывается уравнением:

ds 2= R 2[dψ 2— dχ 2— sinh 2χdΩ 2], (6)

где

t = T 0(sinnψ — ψ), (7)

R = cT 0(coshψ — 1), (8)

а координаты (?; ?) простираются в бесконечность:

О< ψ< ∞, 0< χ< ψ (9)

Открытая Вселенная определена сразу в пространстве и во времени.

Модели (1) и (6) — это лишь простейшие из возможностей. В литературе можно найти множество иных, куда более сложных моделей. Но для наших целей достаточно обсудить (1) и (6) как примеры открытой и закрытой вселенных. Вопрос о том, является ли наша вселенная открытой или закрытой, можно разрешить только наблюдением. Этого вопроса я больше касаться не буду, замечу лишь, что мои философские убеждения свидетельствуют в пользу открытой вселенной, и имеющиеся у нас данные наблюдений не исключают этой возможности (Gott, Gunn, Schramm, and Tinsley, 1974 и 1976).

Обычно считается (Weinberg, 1977), что открытую и закрытую вселенные ждет равно печальное будущее. Согласно этому мнению, выбор у нас невелик — поджариться в закрытой вселенной или замерзнуть в открытой. Конец закрытой вселенной детально описан Ризом (1969). К сожалению, приходится согласиться с Ризом в том, что в этом случае избежать превращения в жаркое нам не удастся. Как бы глубоко мы ни зарывались в землю в надежде спастись от всевозрастающей ярости фоновой радиации голубого смещения, самое большее, что нам удастся, — отсрочить на несколько миллионов лет свой прискорбный конец. Не буду подробно обсуждать случай закрытой вселенной — мысль о том, что все наше бытие заперто в ящике с параметрами (4), вызывает у меня клаустрофобию. Коснусь лишь одного вопроса, дающего нам призрачный шанс на выживание. Предположим, мы выяснили, что вселенная от природы закрыта и приговорена к уничтожению. Что, если благодаря вмешательству разума, например, превращая материю в излучение и заставляя энергию двигаться в определенном направлении, мы сумеем прорвать стены закрытой вселенной и изменить топологию пространства–времени таким образом, что лишь часть ее погибнет, а другая часть будет расширяться вечно? Ответа на этот вопрос я не знаю. Но, если выяснится, что наша вселенная закрыта, у нас останется примерно 1010 лет на исследование возможности такого «технологического прорыва».

Меня интересует в первую очередь открытая космология, поскольку она предоставляет гораздо больше возможностей для деятельности жизни и разума. В открытой космологии горизонты расширяются до бесконечности. Говоря точнее, расстояние до горизонта в модели (6) равно

d = Rψ, (10)

где R задано (8), а количество видимых в этом горизонте галактик составляет

N = N 0(sinh2ψ — 2ψ), (11)

где N 0— это число порядка 10 10.

Сравнив (11) с (7), мы видим, что количество видимых галактик в далеком будущем варьируется в пределах t 2. Это происходит благодаря той любопытной числовой закономерности, что угловой размер типичной галактики во время t составляет

5~ 10 5t -1rad, (12)

где t измеряется в годах. Поскольку (11) и (7) дают

N ~ 10 –10t 2, Nδ 2~ 1, (13)

оказывается, что, как бы далеко в будущее мы ни заглянули, небо всегда будет заполнено галактиками. По мере того, как видимые размеры каждой галактики уменьшаются, на горизонте появляются новые галактики, заполняющие пустоты. Свет от далеких галактик будет иметь сильное красное смещение. Однако, если со временем мы сумеем приспособить свое зрение ко все более и более длинным световым волнам, небо никогда не станет для нас пустым и темным.

Говоря об открытой вселенной, описываемой формулой (6), хотелось бы обсудить три принципиальных вопроса:

1. Верно ли, что по мере своего расширения и остывания эта вселенная замерзнет до состояния полного физического покоя?

2. Возможно ли в открытой вселенной бесконечное выживание жизни и разума?

3. Возможно ли поддерживать коммуникацию и передавать информацию при все увеличивающемся расстоянии между галактиками?

Эти три вопроса мы подробно обсудим в лекциях 2, 3 и 4. Я собираюсь ответить на них «нет», «да» и «может быть». Возможно, эти ответы — лишь отражение моих оптимистических философских предубеждений. Я не жду, что все с ними согласятся, и хочу лишь того, чтобы люди начали серьезно размышлять на эти темы.

Если, как я надеюсь, мои ответы окажутся верны, что это означает? Это будет означать, что мы открыли в физике и астрономии некий аналог теоремы Геделя (1931) в математике. Гедель доказал [см. Нейджел и Ньюман (1956)], что мир чистой математики неистощим: не существует конечного набора аксиом и правил, исчерпывающих всю математику; в пределах каждого конечного набора аксиом мы можем найти важные математические вопросы, на которые эти аксиомы не отвечают. Надеюсь, такая же ситуация существует и в мире физики. Если мое представление о будущем верно, это означает, что мир астрономии и физики также неистощим; как бы далеко в будущее мы не заглянули, в нем всегда происходит нечто новое: поступает новая информация, открываются для исследования новые миры, постоянно расширяется область владений жизни, сознания и памяти.

Рассуждая таким образом, я смешиваю знание с ценностями и нарушаю запрет Моно. Однако я не первый. До эпохи Дарвина, Гексли и епископа Уилберфорса, в восемнадцатом столетии, ученые не чурались смешения науки с ценностными суждениями. Когда Томас Райт (1750), первооткрыватель галактик, объявил о своем открытии, его не смутила возможность использовать в поддержку астрономической теории богословский аргумент:

Поскольку, возвеличивая творение, мы возвеличиваем и Творца, то, памятуя о его бесконечности и бесконечной творящей силе, благочестиво будет заключить, что, как видимое творение полно созвездий и планетарных миров, так и бесконечная глубина являет неисчислимое множество творений, подобных нам известным… О том, что это истина, свидетельствуют едва различимые туманные точки, расположенные вдали от известных нам созвездий, на таком расстоянии, откуда не мог бы долететь до нас свет звезды или иного небесного тела; весьма вероятно, что это иные тварные миры, граничащие с нашим, но столь отдаленные, что до них не достигают даже наши телескопы.