Нил Тайсон - Большое космическое путешествие

Хокинг показал, что горизонты событий испускают хокинговское излучение. Гиббонс и Хокинг вычислили, что в далеком будущем в деситтеровском пространстве любой наблюдатель будет видеть возникающее в результате тепловое излучение, вполне уместно названное « излучение Гиббонса – Хокинга ». Это тепловое излучение, которое станет заметно в нашей Вселенной в будущем, будет обладать характерной длиной волны (λ макс) примерно в 22 миллиардов световых лет. Длина РИ и далее будет увеличиваться по мере экспоненциального расширения Вселенной, удваиваясь в размерах каждые 12,2 миллиарда лет. Через 850 миллиардов лет с рождения Вселенной тепловое излучение РИ будет иметь длину волны свыше 22 миллиардов световых лет и станет несущественным по сравнению с излучением Гиббонса – Хокинга, льющимся с горизонтов событий. С этого момента Вселенная прекратит остывать, ее температура установится на уровне Гиббонса – Хокинга, составив примерно 7 × 10 –31К. Это очень холодно, но все равно выше абсолютного нуля.

На самом деле, эти идеи проверяемы. Излучение Гиббонса – Хокинга возникает еще на раннем инфляционном этапе существования Вселенной. В него входит как электромагнитное, так и гравитационное излучение. Если такое гравитационное излучение со времен зарождения Вселенной когда-нибудь удастся обнаружить в виде отпечатков, заметных в поляризации РИ (см. главу 23), это, на мой взгляд, станет важным эмпирическим доказательством в пользу существования механизма хокинговского излучения. Такие гравитационные волны не исходят от движущихся тел, как зафиксированные в проекте LIGO, а обусловлены совершенно иным, хокинговским механизмом – квантовым процессом. Подобное открытие будет по-настоящему новым и захватывающим.

Излучение Гиббонса – Хокинга, которое, вероятно, предстоит увидеть в далеком будущем, в конечном итоге будет пагубно для разумной жизни. Фримен Дайсон однажды продемонстрировал, что разумная жизнь может неопределенно долго продержаться на конечном источнике энергии, если будет возможность сбрасывать избыточное тепло в постоянно остывающую термостатическую «баню». Если бы я показывал кино при температуре 300 К, используя фотоны видимого света, то на показ кино ушло бы определенное количество энергии. Но допустим, что мы замедлим все происходящее в кинотеатре. Допустим, фильм идет в инфракрасном диапазоне, а длина волны инфракрасных фотонов вдвое больше, чем у фотонов видимого света. Я мог бы показать то же самое кино, затратив вполовину меньше энергии (каждый фотон унесет вдвое меньше энергии), но само кино продлится вдвое дольше (поскольку волна у фотона вдвое длиннее). Длины волн фотонов теплового излучения в таком кинотеатре также будут вдвое длиннее, поэтому там установится температура не 300 К, а 150 К. Разумная жизнь может экономить энергию, но мышление и коммуникации становятся при этом все М.…Е.…Д.…Л.…Е.…Н.…Н.…Е.…Е. Можно даже продумать бесконечное количество мыслей, располагая ограниченным источником энергии, но при этом придется замедлять и замедлять мышление. Это реализуемо, если остается возможность сбрасывать любое избыточное тепло (обязательно возникающее при биологических процессах, в частности при мышлении) в постоянно остывающий микроволновый фон, время от времени впадая в анабиоз и со временем существуя на все более низких температурах. Пока РИ продолжает остывать, приближаясь к абсолютному нулю, это работает. Но к отметке 850 миллиардов лет Вселенная достигнет термодинамического равновесия при температуре Гиббонса – Хокинга, после чего эта температура не изменится. После этого не получится переходить в более низкотемпературный режим деятельности ради сохранения энергии. Потребуются технологии заморозки, которые быстро истощат всю оставшуюся энергию. Более того, другие галактики унесутся за горизонты событий, и у вас в распоряжении останется лишь конечный объем запасенной энергии. Разумная жизнь будет испытывать дефицит энергии и в конечном итоге вымрет.

Есть еще одна беда. На отметке 1014 лет звезды угаснут – к этому времени последние, самые мелкие звезды истратят запасы своего водородного топлива и погибнут. Во Вселенной стемнеет. Останутся только звездные огарки – белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. Возможно, вокруг них еще будут вращаться последние планеты. Но к отметке 1017 лет произойдет достаточно много тесных контактов между звездами, при которых планеты будут сорваны с орбит и выброшены в межзвездное пространство.

На отметке 10 21лет сформируются черные дыры, сравнимые по массе с галактиками. В результате парных гравитационных взаимодействий между телами некоторые звезды будут словно пращой выброшены за пределы галактик, а остальные свалятся в черные дыры в центрах галактик. Звезды будут по спирали падать в них, теряя энергию на гравитационное излучение.

К отметке 10 64лет (если этого не произойдет ранее), согласно Хокингу, должны распасться протоны. Распад протона происходит в результате редкого события: временного падения в черную дыру планковского размера (из-за принципа неопределенности), после чего эта черная дыра быстро развоплощается в виде хокинговского излучения. В черной дыре не сохраняются барионы (протоны и нейтроны) – она «не запоминает», был ли это протон или позитрон, но запоминает его электрический заряд. Поэтому позитрон, который легче протона, может быть излучен в числе продуктов распада такой черной дыры, в которой исчез протон. После распада протонов самыми массивными частицами, которые останутся во Вселенной, станут электроны и позитроны. Протоны могут распасться даже раньше, возможно, к отметке 10 34лет, но во всяком случае не позже чем к 10 64лет.

К моменту 10 100лет черные дыры, сравнимые по размерам с галактиками, испарятся в виде хокинговского излучения.

Что будет потом? Стандартная картина, которую рисуют физики, такова: темная энергия, сегодня вызывающая экспоненциальное расширение Вселенной, – это состояние вакуума с постоянной положительной плотностью энергии (и отрицательным давлением). Стивен Вайнберг сравнивает нынешнюю ситуацию с таким примером. Мы живем в долине чуть выше уровня моря – наша высота соответствует количеству темной энергии, присутствующей в вакууме. Мы скатились на дно этой долины и просто в ней сидим. Содержание энергии в вакууме – уровень темной энергии – со временем не меняется. Поэтому Вселенная еще очень долго будет удваиваться в размерах каждые 12,2 миллиарда лет.

Если времени остается достаточно много, то возможно, что наше состояние вакуума, дающее темную энергию, может путем квантового туннелирования перейти в более низкоэнергетическое состояние (упасть в еще более низменный регион под нашей долиной). В таком случае где-то в пределах наблюдаемой Вселенной станет формироваться пузырь с менее плотным, чем у нас, состоянием вакуума. Отрицательное давление за пределами пузыря окажется «более отрицательным», чем его внутреннее давление, из-за чего стенки пузыря будут распахиваться в стороны. Через непродолжительное время пузырь будет распространяться во все стороны почти со скоростью света. Он будет расширяться вечно. Внутри пузыря будут действовать иные законы физики, и вы погибнете, если его стенка в вас врежется.