Крис Импи - Чудовища доктора Эйнштейна [litres]

«Все рушится, ничто не устоит, над миром всем анархия царит», – писал Уильям Батлер Йейтс в 1919 г. [408]Он говорил о Первой мировой войне, но то же можно отнести и к предчувствию конца Вселенной. Научный контекст такого исхода – второй закон термодинамики, описывающий универсальную тенденцию к увеличению энтропии и хаоса. Артур Эддингтон подтвердил общую теорию относительности, но не поверил в предсказание существования черных дыр. Однако он однозначно высказался о неизбежности тепловой смерти Вселенной: «Закон, согласно которому энтропия всегда возрастает, занимает, я полагаю, главенствующее положение среди законов Природы . Если кто-то скажет, что ваша излюбленная теория находится в противоречии с уравнениями Максвелла – что ж, тем хуже для уравнений Максвелла. Если обнаружится, что она противоречит наблюдениям – что ж, экспериментаторы иногда халтурят. Но если окажется, что ваша теория нарушает второй закон термодинамики , надеяться вам не на что; ей не остается ничего другого, кроме как провалиться в ничтожество и забвение» [409].

Черные дыры – загадка, и то, что именно они станут последними объектами во время конца Вселенной, – вполне закономерно.

Наше повествование стало темным и мрачным, но не будем забывать, что Вселенная создана для жизни. Хотя астрономы еще не нашли следов биологической жизни за пределами Земли, они полны оптимизма. Потенциально обитаемые места Солнечной системы есть на Марсе, Европе и Титане, а также на десятках лун планет-гигантов, где под панцирем из камня и льда течет вода [410]. В 1995 г., после десятилетий безуспешных поисков, была открыта первая экзопланета, то есть планета, обращающаяся вокруг другой звезды. С тех пор словно открылись шлюзы, и нынешний список подтвержденных экзопланет включает больше 3700 позиций [411]. Первые экзопланеты были найдены методом Доплера, суть которого состоит в выявлении притяжения, действующего со стороны планеты на родительскую звезду; впоследствии почти все открытия совершались транзитным методом – во время затмения экзопланета на мгновение делает родительскую звезду более тусклой [412].

В Млечном Пути находится громадное количество – 10 млрд – землеподобных планет с условиями на поверхности, пригодными для наличия жидкой воды [413]. Многие из 100 млрд звезд Млечного Пути имеют землеподобные планеты. Если для жизни нужны только углеродный материал, жидкая вода и местный источник энергии, то найдется еще несколько сотен миллионов пригодных для обитания мест на менее гостеприимных спутниках и планетах. Время – другой постоянный актив, столь же ценный, что и пространство. Во Вселенной было достаточно углерода для формирования «клона» Земли в пределах миллиарда лет после Большого взрыва, поэтому некоторые землеподобные планеты имели перед Землей эволюционную фору в 8 млрд лет. Мы просто слишком несведущи и не можем вообразить все формы биологической жизни, которые могли развиться в этих бесчисленных мирах.

Поскольку мы не знаем о существовании жизни даже в одном ином мире, возможно, задумываться о перспективах жизни в далеком будущем – это самонадеянно, но мы все-таки попробуем.

Жизни не нужна звезда. Все, что ей нужно, – источник энергии. Согласно второму закону термодинамики, биологические формы нуждаются в разнице температур, создающей пригодный для использования источник энергии. Земля поглощает фотоны Солнца с температурой 6000 кельвинов и излучает в небо в 20 раз больше фотонов с температурой 300 кельвинов. В биологических организмах протекают сложные процессы, локально снижающие энтропию – или хаос, но эти организмы излучают тепло или тратят энергию, которая со временем излучается в космос. Энергетический аргумент применим даже к искусственной (искусственный интеллект), небиологической жизни, поскольку любая обработка информации требует энергии в той или иной форме.

Когда звезды Вселенной исчерпают ядерное топливо, гипотетическая цивилизация далекого будущего все еще сможет использовать разницу температур между последними остывающими угольками – белыми и коричневыми карликами – и глубоким космосом. Физик Фримен Дайсон размышлял о будущем жизни и пришел к такому выводу: биологические организмы могут выжить в эру снижения энергопотока, впадая в спячку на все более долгие промежутки времени [414]. Так можно протянуть около 10 млрд лет, но что будет, когда все звезды окончательно погаснут?

Спасением станут черные дыры. Теоретически энергию можно извлекать из вращения черной дыры. Сразу за горизонтом событий имеется область, которая называется эргосферой. Это слово происходит от греческого «работа» и было предложено, что и неудивительно, Джоном Уилером. Эргосфера увлекается вращающейся черной дырой, как вода водоворотом, и на полюсах черной дыры она тоньше – представьте себе вращающийся воздушный шарик, наполненный водой: из-за вращения образуется выпуклость на экваторе. Роджер Пенроуз в 1969 г. предположил, что из эргосферы можно получать энергию [415]. При правильной траектории тело сумеет проникнуть в эргосферу и покинуть ее с большей энергией, чем на входе. В результате вращение черной дыры только слегка замедлится. Цивилизация, проведя тщательные расчеты, сможет бросать объекты в черную дыру и получать дополнительную энергию, которую объекты обретут, будучи выброшенными обратно.

Другая здравая идея – поменять температуры местами и получить холодную звезду и горячее небо. Черные дыры в сегодняшней Вселенной часто бывают яркими, потому что вещество, падая в них, образует горячий аккреционный диск. Однако в далеком будущем газ уже будет поглощен, и черные дыры станут холодными и темными, за исключением слабенькой «мороси» излучения Хокинга с температурой в долю градуса. По сравнению с этим Вселенная является «комфортно теплой» – ее температура 2,7 кельвина обеспечивается остаточным излучением Большого взрыва, но будет снижаться по мере дальнейшего расширения Вселенной. Теоретики рассчитали, что землеподобная планета на орбите черной дыры – достаточно близкой, чтобы та казалась такого же размера, что и Солнце на нашем небе, – могла бы выиграть около киловатта на разнице температур [416]. Возможно, этого хватит для миниатюрной или очень эффективной цивилизации (илл. 68).

Аналогичная стратегия была использована в фильме «Интерстеллар», в котором мир под названием планета Миллер находился вблизи массивной вращающейся черной дыры Гаргантюа. Гравитация настолько замедляет время, что один час на планете равен семи годам во внешнем мире. В теории обитатели планеты Миллер могли бы добывать 130 ГВт энергии, но то, что люди способны там жить, – смелое кинематографическое допущение. Такая огромная энергия разогреет планету до 900 °C – достаточно, чтобы расплавить металл.