Карл Саган - Мозг Брока. О науке, космосе и человеке

Но, какой бы безмятежной и странным образом убедительной ни была космологическая модель стационарной Вселенной, существует веское доказательство, свидетельствующее против нее. Когда чувствительный радиотелескоп направлен куда-то в небо, можно обнаружить постоянный треск каких-то космических помех. Характеристика этого радиошума почти точно совпадает с тем, чего мы бы ожидали, если бы ранняя Вселенная была горячей и кроме материи заполнена еще излучением. Космическое излучение черного тела почти одинаковое по всему небу и выглядит очень похоже на отдаленный грохот Большого взрыва, охлажденного и ослабленного расширением Вселенной, но все еще мчащегося по коридорам времени. Можно наблюдать первозданный огненный шар, с которого началось расширение Вселенной. Приверженцы модели стационарной Вселенной вынуждены сейчас утверждать, что множество отдельных источников излучения в совокупности каким-то образом точно имитируют охлажденный первозданный огненный шар, или предполагать, что Вселенная далеко за горизонтом событий находится в стационарном состоянии, но по чистой случайности мы живем в своего рода расширяющемся пузыре – бурно развивающемся вздутии гораздо более обширной, но более мирной Вселенной. У этой идеи есть преимущество или недостаток, в зависимости от вашей точки зрения, – ее невозможно опровергнуть экспериментально, и практически все космологи отказались от гипотезы стационарной Вселенной.

Если Вселенная находится не в стационарном состоянии, тогда она меняется, и такие меняющиеся вселенные описываются космологическими моделями эволюции Вселенной. Они начинаются в одном состоянии и заканчиваются в другом. Какова потенциальная судьба Вселенной в космологических эволюционных теориях? Если Вселенная продолжает расширяться с текущей скоростью и галактики продолжают исчезать за горизонтом событий, в конечном счете в видимой Вселенной будет все меньше и меньше материи. Расстояния между галактиками увеличатся, и будет все меньше и меньше спиралевидных туманностей для наблюдения с Земли преемниками Слайфера, Хаббла и Хьюмасона. В конце концов расстояние от нашей галактики до ближайшей галактики превысит расстояние до горизонта событий, и астрономы больше не смогут увидеть даже ближайшую галактику, кроме как в (очень) старых книгах и фотографиях. Благодаря гравитации, которая удерживает вместе звезды нашей галактики, расширение Вселенной не рассеет ее, но даже здесь нас ожидает странная и безрадостная судьба. Во-первых, звезды эволюционируют, и через десятки или сотни миллиардов лет большинство нынешних звезд станут небольшими и темными карликами. Остальные превратятся в нейтронные звезды или черные дыры. Для активного молодого поколения звезд новой материи не будет. Солнце, звезды, целая галактика Млечный Путь медленно погаснут. Свет в ночном небе исчезнет.

Но и в такой Вселенной все же есть дальнейшая эволюция. Мы привыкли к идее о радиоактивных элементах, определенных видах атомов, которые спонтанно распадаются. Например, обычный уран. Но мы меньше знакомы с идеей, что каждый атом, кроме железа, через достаточно долгое время становится радиоактивным. Даже самые стабильные атомы будут подвергаться радиоактивному распаду, испускать альфа и другие частицы, и, если мы подождем достаточно долго, останется только железо. Насколько долго? Американский физик Фримен Дайсон из Института перспективных исследований вычислил, что период полураспада железа составляет около 10500 лет – единица и пятьсот нулей – число настолько большое, что прилежному нумерологу потребовалось бы десять минут, чтобы только его написать. Так что, если мы подождем немного дольше – 10600 лет будет в самый раз, – не только звезды погаснут, но вся материя во Вселенной, кроме нейтронных звезд или черных дыр, превратится в мельчайшую ядерную пыль. В конце концов галактики полностью исчезнут. Солнце почернеет, материя распадется, и не останется потенциальной возможности для выживания жизни, или разума, или цивилизаций – холодная, темная, пустынная смерть Вселенной.

Но нужно ли Вселенной расширяться бесконечно? Если я встану на маленьком астероиде и подброшу камень вверх, он улетит с астероида, поскольку сила притяжения там недостаточно велика, чтобы притянуть камень обратно. Если я брошу тот же камень с той же скоростью с поверхности Земли, он, конечно, вернется и упадет из-за сильного гравитационного поля нашей планеты. Но та же физика применима и к Вселенной в целом. Если материи будет меньше определенного количества, силы гравитационного притяжения между галактиками будут недостаточными для того, чтобы существенно замедлить расширение Вселенной, и оно будет продолжаться вечно. С другой стороны, если материи будет больше определенной критической массы, расширение со временем замедлится, и мы будем спасены от телеологии опустошенной Вселенной, которая расширяется вечно.

Какова тогда будет судьба Вселенной? Что ж, тогда наблюдатель увидит, как расширение в конце концов сменится сжатием, галактики сначала медленно, а потом с увеличивающейся скоростью будут приближаться друг к другу, затем галактики, миры, жизнь, цивилизации и материя помчатся кубарем и столкнутся на всех парах, так что все структуры во Вселенной полностью разрушатся и вся материя в космосе превратится в энергию: Вселенная, вместо того чтобы найти конец в холодном рассеянии и опустошении, закончится горячим и плотным огненным шаром. Вполне вероятно, что такой огненный шар двинется обратным ходом и приведет Вселенную к новому расширению и, если законы природы останутся теми же, к новому появлению материи, сжатию галактик, звезд и планет, новой эволюции жизни и разума. Но информация из нашей Вселенной не просочится в следующую, и с нашей точки зрения такая циклическая космологическая модель является столь же бесповоротным и удручающим концом, как и расширение, которое никогда не прекратится.

Различие между Большим взрывом с вечным расширением и циклической моделью Вселенной явно заключается в количестве имеющейся материи. Если критическое количество материи превышено, мы живем в циклической Вселенной. В противном случае мы живем в той, что расширяется вечно. Время расширения – измеряемое десятками миллиардов лет – такое длительное, что эти космологические явления непосредственно не влияют на человека. Но они имеют большое значение для нашего представления о природе и судьбе Вселенной и – чуть в меньшей степени – о нас самих.

В замечательной научной статье, опубликованной в выпуске Astrophysical Journal от 15 декабря 1974 г., представлен широкий ряд наблюдений и доказательств по вопросу, будет ли Вселенная продолжать расширяться вечно («открытая» Вселенная) или она будет постепенно замедляться и снова сжиматься («закрытая» Вселенная), возможно, как часть бесконечного ряда циклов. Статья написана Дж. Ричардом Готтом III и Джеймсом Ганном, в то время работавшими в Калифорнийском технологическом институте, и Дэвидом Шраммом и Беатрис Тинсли из Техасского университета. В одном из своих рассуждений они приводят вычисления количества вещества в галактиках и между ними в «ближайших», доступных для наблюдения регионах космоса и экстраполируют их на остальную часть Вселенной: они приходят к выводу, что материи недостаточно, чтобы замедлить расширение.