Кэти Мак - Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики

Поскольку мы не уверены, что это действительно космологическая постоянная, мы обычно называем любое гипотетическое явление, способное ускорить расширение Вселенной, темной энергией. Еще один термин для эволюционирующей (т. е. непостоянной) темной энергии – квинтэссенция, таинственный «пятый элемент», о котором любили рассуждать философы античности и Єредневековья и который до сих пор не имеет точного определения. Преимущество гипотезы квинтэссенции заключается в том, что она способна помочь нам сформулировать теорию благодаря проведению некоторых параллелей с космической инфляцией, имевшей место в начале времен. Мы знаем, что причина, вызвавшая космическую инфляцию, в итоге исчезла, поэтому вполне вероятно, что в какой-то момент могло возникнуть поле, вызывающее ускоренное расширение пространства, которое мы наблюдаем сегодня.

(Один из недостатков гипотезы квинтэссенции состоит в том, что изменяющаяся со временем темная энергия теоретически способна уничтожить Вселенную. Например, если сила, которая в данный момент обусловливает ускорение процесса расширения, начнет действовать в противоположном направлении, Вселенная может коллапсировать, что возвращает нас к Большому сжатию. К счастью, это выглядит маловероятным, хотя мы и не можем полностью исключить такую возможность.)

В любом случае, судя по результатам текущих наблюдений, темная энергия действительно очень похожа на космологическую постоянную – неизменное свойство пространства-времени, которое лишь недавно (т. е. в последние несколько миллиардов лет) приобрело доминирующее значение в процессе эволюции Вселенной. На ранних этапах, когда космос был более компактным, в нем просто недоставало пространства для того, чтобы космологическая постоянная (которая является свойством пустого пространства) могла на что-то повлиять, поэтому тогда процесс расширения замедлялся, как и следовало ожидать. Но примерно пять миллиардов лет назад вследствие обычного космического расширения материя рассеялась настолько, что эффект растяжения пространства, обусловленный космологической постоянной, начал становиться более заметным. В настоящее время мы можем измерить движение удаленных сверхновых, взрыв которых произошел до того, как процесс расширения начал ускоряться. Это означает, что мы можем выяснить, когда Вселенная замедлялась, а также довольно точно определить момент ее перехода на стадию ускорения. Темная энергия вполне может оказаться каким-то неизвестным динамичным полем, но пока концепция космологической постоянной идеально вписывается в результаты наблюдений.

Однако ирония в том, что в долгосрочной перспективе константа, добавленная Эйнштейном для спасения Вселенной, скорее всего, приведет к ее гибели.

Апокалипсис, обусловленный космологической постоянной, представляет собой медленный и мучительный процесс, сопровождающийся усугубляющейся изоляцией, неумолимым распадом и растянутым на века погружением во тьму. В некотором смысле речь идет не об уничтожении Вселенной, а, скорее, об уничтожении всего, что в ней находится, и ее превращении в абсолютную пустыню.

Причина, по которой космологическая постоянная оказывается столь гибельной для Вселенной, заключается в том, что, раз начавшись, процесс ускоренного расширения пространства никогда не прекращается.

Размер современной наблюдаемой Вселенной гораздо больше, чем вы, вероятно, думаете. «Наблюдаемой» называется область, находящаяся в пределах нашего горизонта частиц. Этим термином обозначается максимальное расстояние, на которое мы можем заглянуть, учитывая конечную скорость света и возраст Вселенной. Поскольку свету требуется время, чтобы достичь наблюдателя, а более отдаленные объекты находятся в более далеком прошлом относительно нас, некоторое расстояние должно соответствовать самому началу времен. Лучу света, испущенному из точки, находящейся на таком расстоянии в момент зарождения Вселенной, потребовалось бы все время ее существования, чтобы добраться до нас. Это и есть горизонт частиц – предельное расстояние, дальше которого мы принципиально неспособны заглянуть. Учитывая, что возраст Вселенной составляет около 13,8 миллиарда лет, логично предположить, что горизонт частиц должен представлять собой сферу радиусом 13,8 миллиардов световых лет. В случае статичной Вселенной это предположение было бы верным. На самом же деле, поскольку Вселенная все это время расширялась, точка, испустившая видимый нами свет 13,8 миллиарда лет назад, теперь находится намного дальше – на расстоянии примерно в 45 миллиарда световых лет. Таким образом, мы можем определить наблюдаемую Вселенную как окружающую нас сферу радиусом около 45 миллиардов световых лет [39] Если бы вы находились в другой галактике в совершенно иной части Вселенной, ваша наблюдаемая Вселенная также была бы ограничена сферой с радиусом в 45 миллиардов световых лет. Понятие «наблюдаемой Вселенной» крайне субъективно. .

Ближе всего к этому «краю» мы можем подобраться, наблюдая космическое микроволновое фоновое излучение, пришедшее к нам практически от самого горизонта частиц. Мы также можем увидеть древние галактики, которые сейчас находятся на расстоянии более 30 миллиардов световых лет. Однако дошедший до нас свет этих галактик начал путешествовать по Вселенной задолго до того, как они удалились от нас на такие невероятные расстояния. В противном случае мы вообще не смогли бы их увидеть, поскольку свет, испускаемый ими сейчас [40] Как уже говорилось в главе 2, однозначно определить «настоящий момент» довольно проблематично. , уже никогда не сможет нас достигнуть. Оказывается, что в равномерно расширяющейся Вселенной, где более отдаленные объекты удаляются быстрее расположенных вблизи, существует некий предел, за которым скорость удаления превышает скорость света, поэтому свет от удаляющегося объекта уже не может до нас добраться.

Здесь вы можете сказать: «Минуточку! Ничто не может путешествовать быстрее света!» Это справедливо, однако на самом деле никакого противоречия здесь нет. Хотя ничто не может двигаться сквозь пространство быстрее, чем свет, нет никакого правила, которое ограничивало бы скорость удаления друг от друга неподвижных объектов вследствие расширения самого пространства.

Галактики, которые в настоящее время удаляются от нас со скоростью, превышающей скорость света, находятся на удивление близко, учитывая то, насколько далеко мы можем заглянуть. Это расстояние ограничено так называемым радиусом Хаббла и составляет около 14 миллиардов световых лет. В главе 3 говорилось о том, что для описания расстояния до объектов можно использовать значение их красного смещения – величину, на которую их свет сместился в сторону красной (низкочастотной/длинноволновой) части спектра вследствие расширения Вселенной. Объект, находящийся на границе сферы Хаббла, будет иметь красное смещение около 1,5. Это означает, что с момента испускания света световая волна и пространство самой Вселенной растянулись в два с половиной раза [41] Коэффициент увеличения относительного размера Вселенной равен 1 плюс значение красного смещения, поэтому можно сказать, что близлежащий объект с нулевым красным смещением находится во вселенной такого же размера, как и наша. . Однако даже такие невообразимые расстояния незначительны по космологическим меркам. Мы наблюдали сверхновые со значением красного смещения около 4. Самые отдаленные из виденных нами галактик имеют значения красного смещения порядка 11, а красное смещение космического микроволнового фонового излучения составляет примерно 1100.