Лоуренс Краусс - Всё из ничего [litres]

Более того, на масштабе менее 1 трлн лет все галактики в нашей местной группе слипнутся в своего рода огромную сверхгалактику. Наблюдатели в далеком будущем увидят примерно то же самое, что мы могли увидеть в 1915 г.: одну-единственную галактику, в которой находится их звезда и их планета, окруженную обширным пустым и неизменным пространством.

Напомню также, что все свидетельства того, что пустое пространство обладает энергией, мы получаем из наблюдений темпа, с которым ускоряется расширение нашей Вселенной. А без признаков расширения понять, что оно еще и ускоряется, будет невозможно. Вообще-то по странному совпадению мы живем в ту единственную эпоху истории Вселенной, когда наличие темной энергии, наполняющей пустое пространство, в принципе довольно легко зарегистрировать. Конечно, эта эпоха длится несколько сотен миллиардов лет, но в вечно расширяющейся Вселенной это всего лишь мгновение космического ока.

Если мы предположим, что энергия пустого пространства относительно постоянна, как было бы в случае космологической постоянной, то в гораздо более ранние времена плотность энергии вещества и излучения значительно превосходила бы плотность энергии пустого пространства – просто потому, что при расширении Вселенной плотность вещества и излучения снижается, поскольку растет расстояние между частицами, поэтому в заданном объеме остается меньше объектов. В более ранние времена, скажем 5–10 млрд лет назад, плотность вещества и излучения была гораздо больше, чем сегодня. Поэтому во Вселенной тогда и раньше преобладали вещество и излучение со своим гравитационным притяжением. Расширение Вселенной в те ранние времена замедлялось, а гравитационное воздействие энергии пустого пространства невозможно было бы зарегистрировать.

По тем же соображением в далеком будущем, когда Вселенной исполнится несколько сотен миллиардов лет, плотность вещества и излучения станет еще меньше, и можно подсчитать, что средняя плотность темной энергии будет превосходить плотность всего оставшегося во Вселенной вещества и излучения намного более, чем в тысячу миллиардов раз. К этому времени она будет полностью управлять гравитационной динамикой Вселенной на больших масштабах. Однако в эту позднюю эпоху ускоренное расширение Вселенной станет невозможно пронаблюдать. В этом смысле энергия пустого пространства по самой своей природе обеспечивает определенный, конечный отрезок времени, в который его можно наблюдать, и мы, что примечательно, живем именно в этот космологический момент.

А как же другой краеугольный камень теории Большого взрыва – реликтовое излучение, которое показывает нам прямо-таки фотографию Вселенной во младенчестве? Во-первых, поскольку Вселенная будет расширяться еще быстрее, температура этого излучения будет снижаться. Когда наблюдаемая сейчас Вселенная увеличится примерно в 100 раз, температура реликтового излучения упадет в 100 раз, а его интенсивность, то есть плотность заключенной в нем энергии, понизится в 100 млн раз, а значит, зарегистрировать его будет в 100 млн раз труднее, чем сейчас.

Но ведь мы все-таки сумели зарегистрировать космическое микроволновое излучение среди всего электронного шума на Земле и можем представить себе, что наблюдатели в далеком будущем будут в 100 млн раз умнее тех, которыми человечество имеет счастье располагать в наши дни. Быть может, не все так безнадежно? Увы, оказывается, что даже самый блестящий наблюдатель с самым чувствительным оборудованием все равно в далеком будущем обречен на провал. Дело в том, что в нашей Галактике (или супергалактике, которая образуется, когда Галактика сольется с соседками, в первую очередь с Туманностью Андромеды, что произойдет уже через 5 млрд лет) между звездами есть горячий газ, и этот газ ионизирован, то есть содержит свободные электроны, а следовательно, ведет себя как плазма. А такая плазма, как я уже писал, непрозрачна для многих видов излучения.

Существует так называемая «плазменная частота», ниже которой излучение не может пройти сквозь плазму без поглощения. На основании наблюдаемой сейчас плотности свободных электронов в нашей Галактике мы можем оценить плазменную частоту – и обнаружим, что к тому моменту, когда Вселенная станет примерно в 50 раз больше нынешнего, основная часть реликтового излучения, оставшегося после Большого взрыва, будет растянута до таких длинных волн (а следовательно, до таких низких частот), что они окажутся ниже плазменной частоты нашей Галактики (супергалактики). После этого фоновое излучение, в сущности, не сможет проникнуть в нашу супергалактику и даже самому дотошному наблюдателю нечего будет наблюдать. Так что и реликтовое излучение тоже исчезнет.

Итак, не будет ни возможности наблюдать расширение Вселенной, ни излучения, которое осталось после Большого взрыва. А как же распространенность легких элементов – водорода, гелия и лития? Ведь это тоже прямые свидетельства Большого взрыва.

И в самом деле, как я уже писал в главе 1, когда мне встречается человек, не верящий в Большой взрыв, я показываю ему карточку, которую всегда ношу при себе. И говорю: «Глядите! Вот он, Большой взрыв!»

Я понимаю, что на первый взгляд картинка очень сложная, но на самом деле она показывает прогноз относительной распространенности гелия, дейтерия, гелия-3 и лития-7 по сравнению с водородом на основании нашего нынешнего представления о Большом взрыве. Верхняя кривая, которая уходит вправо и вверх, показывает прогноз количества (по весу) гелия, второго по распространенности элемента во Вселенной по сравнению с водородом (самым распространенным элементом). Две другие кривые, которые уходят вправо вниз, отражают прогноз количества дейтерия и гелия-3 соответственно, но не по весу, а по числу ядер по сравнению с водородом. Наконец, последняя, нижняя, кривая отражает прогноз распространенности следующего по весу элемента – лития – опять же по числу ядер.

Прогноз распространенности показан как функция предполагаемой полной плотности обычного (состоящего из атомов) вещества в нынешней Вселенной. Если бы ни при каком значении плотности не получалось той комбинации предсказанного обилия элементов, что соответствует нынешним наблюдениям, это было бы сильным доводом против того, что они возникли в результате сверхвысоких температур при Большом взрыве. Обратите внимание, что предсказанная распространенность этих элементов колеблется в пределах почти 10 порядков.

Прямоугольники на каждой кривой отражают допустимый диапазон реальной первичной распространенности этих элементов по оценкам, основанным на наблюдениях старых звезд и горячего газа в нашей Галактике и за ее пределами.