Лоуренс Краусс - Всё из ничего [litres]

Вертикальная темная полоса показывает область параметров, где все предсказания согласуются с наблюдениями. Трудно представить себе более конкретный довод, нежели соответствие предсказаний и наблюдений для элементов, количество которых может варьироваться на 10 порядков, в пользу того, что все легкие элементы возникли в «печке» Большого взрыва.

Пожалуй, стоит проговорить более четко, какие выводы следуют из этого примечательного соответствия. Только в первые горячие секунды Большого взрыва, при условии что первоначальное количество протонов и нейтронов было именно таким, чтобы в видимых галактиках получилась наблюдаемая сейчас плотность вещества или очень близкая к ней, и что плотность излучения была именно такой, чтобы получилась наблюдаемая сейчас интенсивность реликтового излучения, могли идти те ядерные реакции, которые дали в точности такую распространенность легких элементов – водорода, дейтерия, гелия и лития, которая, как мы полагаем, составила основной строительный материал звезд, заполняющих сегодня ночное небо.

Как сказал бы Эйнштейн, лишь крайне зловредный (а посему, с его точки зрения, невообразимый) Бог мог бы нарочно создать Вселенную, в которой все так однозначно указывает ее происхождение в Большом взрыве, не осуществив сам этот взрыв.

В самом деле, когда в 1960-е гг. было доказано, что предполагаемая распространенность гелия во Вселенной примерно совпадает с величиной, которая получается в расчетах, основанных на предположении, что гелий появился в результате Большого взрыва, это стало одним из важнейших доводов, позволивших концепции Большого взрыва одержать победу над очень популярной тогда стационарной моделью Вселенной, которую продвигали Фред Хойл и его сотрудники.

Однако в далеком будущем все будет иначе. Отметим, что звезды сжигают водород и производят гелий. С момента Большого взрыва и до настоящего времени лишь 15 % всего наблюдаемого во Вселенной гелия могло выработаться в звездах, и это, повторяю, очень убедительный довод, что для получения того, что мы видим сегодня, нужен был Большой взрыв. Но в далеком будущем все будет не так, поскольку родится и умрет много новых поколений звезд.

Например, когда Вселенной исполнится 1 трлн лет, в звездах будет выработано гораздо больше гелия, чем получилось в результате собственно Большого взрыва. Это видно из приведенной ниже диаграммы.

Когда 60 % видимого вещества во Вселенной станет составлять гелий, не будет никакой необходимости в производстве первоначального гелия в горячих условиях Большого взрыва, чтобы добиться соответствия теории и наблюдений.

Зато наблюдатели и теоретики из цивилизации в далеком будущем смогут на основании этих данных сделать вывод, что возраст Вселенной конечен. Поскольку звезды сжигают водород и преобразуют его в гелий, существует верхний предел продолжительности существования звезд – иначе доля водорода по отношению к гелию оказалась бы еще ниже. Таким образом, ученые будущего должны будут заключить, что возраст Вселенной не превышает примерно 1 трлн лет. Однако никаких непосредственных признаков того, что все началось с Большого взрыва, а не с какого-то другого спонтанного события, ставшего причиной возникновения единственной «супергалактики» будущего, у них не будет.

Вспомним, что Леметр вывел идею Большого взрыва исключительно из размышлений над ОТО Эйнштейна. Мы вправе предположить, что любая развитая цивилизация в далеком будущем откроет законы физики, электромагнетизм, квантовую механику и ОТО. Найдется ли в ней свой Леметр, который выдвинет подобную гипотезу?

Вывод, который сделал Леметр, – что наша Вселенная началась с Большого взрыва, – был неизбежен, однако основывался он на допущении, которое не будет истинным для наблюдаемой Вселенной далекого будущего. Вселенная, где вещество равномерно распределено по всем направлением, Вселенная изотропная и однородная не может быть стационарной по причинам, которые понял Леметр, а вслед за ним и Эйнштейн. Однако существует прекрасное решение уравнений Эйнштейна для одной-единственной массивной системы, окруженной пустым статичным пространством. Ведь если бы такого решения не было, ОТО не могла бы описывать изолированные объекты вроде нейтронных звезд или, в конце концов, черных дыр.

Системы, где распределены большие массы, – вроде нашей Галактики – нестабильны, поэтому в конечном итоге наша Галактика (или сверхгалактика) сколлапсирует и превратится в массивную черную дыру. Это описывает статическое решение уравнения Эйнштейна, которое называется «решение Шварцшильда». Однако время, необходимое Галактике, чтобы схлопнуться и превратиться в черную дыру, гораздо больше, чем время, за которое исчезнет вся остальная Вселенная. А это значит, что ученым будущего покажется естественной гипотеза, что наша Галактика существовала 1 трлн лет в пустом пространстве, не испытывая существенного сжатия, и такая картина не требует, чтобы Вселенная вокруг расширялась.

Разумеется, строить какие-то умозаключения о будущем очень трудно, это всем известно. Сейчас, когда я пишу эти строки, в Швейцарии, в Давосе, проходит Всемирный экономический форум, где полным-полно экономистов, которые постоянно предсказывают поведение рынков в будущем и постоянно пересматривают свои прогнозы, когда они оказываются катастрофически ошибочными. А в целом мне кажется, что любые предсказания, касающиеся науки и технологии отдаленного и даже не столь отдаленного будущего, даже более неполны и ненадежны, чем прогнозы самой ужасной из наук – экономики. И вообще, когда меня спрашивают о ближайшем будущем науки или о том, каким будет ближайшее крупное научное открытие, я всегда отвечаю: «Знал бы – сам бы сейчас над этим работал!»

Поэтому мне приятно думать, что картина, которую я здесь описал, очень похожа на то, как описывал будущее третий призрак из «Рождественской песни» Диккенса. Это не более чем возможное будущее. Ведь мы даже не знаем, что это за темная энергия пронизывает пустое пространство, а поэтому не можем быть уверены, что она будет вести себя подобно космологической постоянной Эйнштейна и останется постоянной. А если нет, то будущее нашей Вселенной может оказаться совсем другим. Тогда, вероятно, расширение перестанет ускоряться, а со временем снова замедлится и далекие галактики не исчезнут. Или, скажем, могут обнаружиться какие-то новые наблюдаемые величины, которые мы пока не можем зарегистрировать, и они снабдят астрономов будущего свидетельствами, что некогда произошел Большой взрыв.