Вселенная сжимается. Сжатие вселенной, или как уместить все ее звезды в млечном пути
Мы повседневно сталкиваемся со сжатием в том или ином виде. Когда выжимаем воду из губки, упаковываем чемодан перед отпуском, пытаясь заполнить все пустое пространство необходимыми вещами, сжимаем файлы перед отправкой по электронной почте. Идея удаления «пустого» пространства очень знакома.
Как в космическом, так и в атомном масштабе ученые неоднократно подтверждали, что пустота занимает основное пространство. И все же крайне удивительно, насколько верно это утверждение! Когда доктор Калеб А. Шарф из Колумбийского университета (США) писал свою новую книгу «Масштабируемая Вселенная» («Zoomable Universe»), он, по собственному признанию, планировал использовать его для какого-то драматического эффекта.
Что, если мы сможем каким-то образом собрать все звезды Млечного Пути и установить их рядом друг с другом, словно яблоки, плотно упакованные в большой коробке? Конечно, природа никогда не позволит человеку подчинить гравитацию, и звезды, скорее всего, сольются в одну колоссальную черную дыру. Но, как мысленный эксперимент, это отличный способ проиллюстрировать объем пространства в Галактике.
Результат шокирует. Если предположить, что в Млечном Пути может быть около 200 миллиардов звезд, и мы щедро полагаем, что все они диаметром с Солнце (что завышено, поскольку подавляющее большинство звезд менее массивны и меньше размером), мы все равно могли бы собрать их в куб, длина граней которого соответствует двум расстояниям от Нептуна до Солнца.
«В космосе огромное количество пустого пространства. И это приводит меня на следующий уровень сумасшествия», – пишет доктор Шарф. Согласно наблюдаемой Вселенной, определяемой космическим горизонтом движения света со времен Большого Взрыва, текущие оценки предполагают, что существует от 200 миллиардов до 2 триллионов галактик. Хотя это большое количество включает в себя все маленькие «протогалактики», которые в конечном итоге сольются в большие галактики.
Давайте будем смелыми и примем их наибольшее число, после чего упакуем все звезды во всех этих галактиках. Будучи впечатляюще щедрыми, предположим, что они все размером с Млечный Путь (хотя большинство на самом деле намного меньше нашей Галактики). Мы получим 2 триллиона кубов, грани которых составят 10 13 метров. Поместим эти кубики в более крупный куб, и мы останемся с мегакубом с длиной сторон приблизительно 10 17 метров.
Довольно большой, правильно? Но только не в космическом масштабе. Диаметр Млечного Пути составляет порядка 10 21 метров, поэтому кубик размером 10 17 метров по-прежнему занимает всего 1/10 000 размера Галактики. Фактически, 10 17 метров – это около 10 световых лет!
Естественно, это всего лишь небольшая уловка. Но она эффектно указывает на то, насколько мал объем Вселенной, фактически занятый плотной материей, по сравнению с пустотой пространства, прекрасно охарактеризованной Дугласом Адамсом: «Космос велик. Действительно велик. Вы просто не поверите, насколько обширно, огромно, умопомрачительно велик космос. Вот что мы имеем в виду: вы, возможно, думаете, что до ближайшей закусочной далеко, но для космоса это ничего не значит.» («Путеводитель по Галактике для путешествующих автостопом»).
О Вселенной мы знаем пока очень мало. На самом деле, почти ничего. Но поскольку люди задумываются о том, что происходит после их смерти, смерть целой Вселенной интересует нас не меньше. За последние годы научное сообщество выдвинуло множество теорий - вы удивитесь, узнав, насколько сильно они отличаются друг от друга. Правды, само собой, не может знать никто.
1. Большое сжатие
Самая знаменитая теория о рождении Вселенной - это теория Большого взрыва. Она гласит, что вся материя изначально существовала как сингулярность - бесконечно плотная точка посреди великого ничто. А потом по непонятным причинам произошёл взрыв. Материя вырвалась наружу с невероятной скоростью и постепенно стала известной нам Вселенной.
Как вы могли догадаться, Большое сжатие - это Большой взрыв «наоборот». Вселенная постепенно расширяется под воздействием собственной гравитации, но этому должен быть предел - некая конечная точка, граница. Когда Вселенная достигнет этой границы, то прекратит расширяться и начнёт сжиматься. Тогда вся материя (планеты, звёзды, галактики, чёрные дыры -всё) снова сожмётся в одну бесконечно плотную точку.
Правда, последние данные этой теории противоречивы - учёные недавно обнаружили, что Вселенная расширяется всё быстрее.
2. Тепловая смерть Вселенной
В общем и целом Тепловая смерть - противоположность Большому сжатию. Согласно теории, гравитация способствует тому, что Вселенная продолжит расширяться в геометрической прогрессии. Галактики будут отдаляться от друга всё дальше и дальше, подобно несчастным любовникам, и всеобъемлющая чёрная пропасть между ними будет расти.
Вселенная следует тем же правилам, что и любая термодинамическая система: тепло равномерно распределяется по всему, что в ней есть. Всё вещество Вселенной равномерно распределено среди холодного, скучного и тёмного «тумана».
В конце концов все звёзды, одна за другой, вспыхнут и погаснут, а энергии для появления новых звёзд уже не будет - вселенная погаснет. Материя всё ещё останется на месте, но в форме частиц, чьё движение будет полностью хаотичным. Эти частицы будут сталкиваться друг с другом, но без обмена энергией. А люди? Люди тоже станут всего-навсего частицами посреди бескрайней пустоты.
3. Тепловая смерть плюс чёрные дыры
Согласно популярной теории, вся материя во Вселенной движется вокруг чёрных дыр: в центре почти всех известных нам галактик есть сверхмассивные чёрные дыры. Это может означать, что звёзды и даже целые галактики в итоге будут уничтожены, как только попадут в горизонт событий.
Когда-нибудь эти чёрные дыры поглотят большую часть материи, и мы останемся один на один с тёмной Вселенной. Время от времени здесь будут появляться вспышки света - это будет означать, что какой-то объект оказался достаточно близко к чёрной дыре, чтобы выделить энергию. Затем снова станет темно.
Потом более массивные чёрные дыры поглотят менее массивные и станут таким образом ещё больше. Но это ещё не конец Вселенной: чёрные дыры со временем испаряются (теряют свою массу), так как излучают то, что в современной науке получило название излучение Хокинга. И когда умрёт последняя чёрная дыра, во Вселенной останутся только равномерно распределённые частицы с излучением Хокинга.
4. Конец времени
Если и есть в этом мире хоть что-то вечное, то это, безусловно, время. Независимо от того, будет ли существовать Вселенная, время-то уж точно никуда не исчезнет - без него просто не было бы никакой возможности отличить предыдущий момент от последующего. Но что если время просто застынет? Что если того, что мы понимаем под моментами, вообще не будет? Всё застынет в одном и том же бесконечном мгновении - навсегда.
Предположим, мы живём в бесконечной Вселенной с бесконечным временем. Это значит, что всё, что может случиться, обязательно произойдёт со стопроцентной вероятностью. Такой же парадокс возникает, если вы живёте вечно. Представьте, что время вашей жизни неограниченно, поэтому всё, что только может произойти с вами, тоже обязательно произойдёт, причём бесконечное количество раз. Таким образом, если вы живёте вечно, то шанс ненадолго выбыть из строя составляет 100%, и вы потратите вечность в темноте космоса. На основании этого учёные сделали предположение: время, в конце концов, остановится.
Если бы вы могли жить вечно, чтобы испытать всё это (через миллиарды лет после гибели Земли), вы бы даже никогда и не поняли, что-то пошло не так. Время просто остановится, и, по мнению учёных, всё застынет в одном мгновении, как на фотографии - навсегда. Будет просто одно и то же мгновение. Вы бы никогда не умерли, никогда бы не состарились. Это было бы своего рода псевдобессмертие. Но вы бы никогда об этом не узнали.
5. Большой отскок
Большой отскок похож на Большое сжатие, но куда более оптимистичное. Сценарий тот же: под воздействием гравитации расширение Вселенной замедляется, и в итоге вся материя собирается в одной точке. Согласно этой теории, силы быстрого сжатия будет достаточно, чтобы случился новый Большой взрыв - и тогда появится новая, юная Вселенная. Согласно этой модели, ничто не погибнет - материя просто «перераспределится».
Но физикам и физике такое объяснение не нравится. Поэтому некоторые учёные утверждают, что, возможно, Вселенная не пройдёт весь путь обратно к сингулярности. Вместо этого она приблизится к этому состоянию максимально близко, а потом «отскочит» с помощью силы, подобной той, какая возникает, когда мяч отскакивает от пола.
Большой отскок очень похож на Большой взрыв - теоретически появится новая Вселенная. Таким образом, наша с вами Вселенная может быть не первой, а, скажем, 400 по счёту. Но нет никакого способа это доказать - как и опровергнуть.
6. Большой разрыв
Независимо от того, как именно погибнет Вселенная, учёные не стесняются для названия новой теории использовать слово «Большой». Это, кстати, ещё слабо сказано. Согласно теории Большого разрыва, невидимая сила под названием тёмная энергия заставит Вселенную расширяться быстрее. В итоге она так разгонится, что просто разорвётся на части.
Большинство теорий говорят, что Вселенная погибнет ещё очень нескоро. Но теория Большого разрыва сулит ей относительно скорую смерть - по предварительным оценкам это случится через 16 млрд лет.
Планеты и, возможно, жизнь ещё будут существовать. И этот вселенский катаклизм может разом всё погубить: разорвать всё на части или скормить космическим львам, живущим между вселенными. О том, что произойдёт, можно только догадываться. Но такой конец будет куда страшнее, чем медленная тепловая смерть.
7. Метастабильность вакуума
Теория основана на идее, что Вселенная постоянно находится в нестабильном состоянии - квантовая физика вообще говорит, что она балансирует на грани устойчивости. Некоторые учёные полагают, что через миллиарды лет Вселенная шагнёт за эту грань.
Когда это произойдёт, появится своего рода «пузырь». Думайте о нём, как об альтернативной Вселенной (хотя фактически это будет та же самая Вселенная с другими свойствами). Пузырь начнёт расширяться во всех направлениях со скоростью света и уничтожать всё, с чем соприкоснётся. И в итоге уничтожит всё.
Но не волнуйтесь: Вселенная при этом всё ещё будет существовать. Только законы физики в ней будут совершенно другими, но там тоже вполне может возникнуть жизнь. Только там не будет ничего, что мы, люди, будем в состоянии понять.
8. Временной барьер
Если мы попробуем рассчитать, какова вероятность существования мультивселенной, в которой есть бесконечное число вселенных, но немного (или совершенно) разных, то столкнёмся с той же проблемой, что и в теории о Конце времени: всё, что может случиться, обязательно случится.
Чтобы обойти эту проблему, учёные берут отдельный участок Вселенной и вычисляют вероятность его существования. Расчёты кажутся логичными, но делят Вселенную на отдельные куски - как торт. И у каждого куска есть граница, как у областей на политической карте мира. Только надо представить, что каждую страну разделяет устремляющая в небо стена.
Эта модель может существовать только в том случае, если границы - настоящие, физические, за пределы которых ничто не может выйти. Согласно расчётам, в ближайшие 3,7 млрд лет мы пересечём этот временной барьер, и для нас вселенная закончится.
Это в общих чертах - понимания физики, чтобы описать теорию более детально, у нас не хватает. У физиков, правда, тоже. Но перспектива кажется жутковатой.
9. Конца Вселенной не будет! (…мы же живём в мультивселенной, да?)
В мультивселенной бесконечные вселенные могут возникать в пределах всего существующего или за его пределами. Вселенные могут начинаться с Большого взрыва. Наша может закончиться Большим сжатием или Большим разрывом, или вообще Большим пинком (такую теорию ещё не придумали, так что если у вас есть знакомые физики, можете подкинуть им идею).
Но это не имеет значения: в мультивселенной наша Вселенная - не уникальный случай, она просто одна из многих. И хотя она может погибнуть, с мультивселенной при этом ничего особенного не случится. А значит, конца не будет.
Несмотря на то, что даже само время в других вселенных может быть совершенно другим и вести себя по-другому, новые вселенные в мультивселенной появляются всё время (извините за каламбур). Согласно физике, новых вселенных всегда будет больше, чем старых, так что в теории число вселенных постоянно растёт.
10. Вечная Вселенная
То, что Вселенная всегда была и всегда будет - одна из первых разработанных людьми концепций о её природе. Но есть и нечто посерьёзнее.
Можно предположить, что Большой взрыв был началом времени. Но возможно и то, что время существовало до него, а сингулярность и взрыв могли появиться из-за столкновения двух бран - листообразных структур пространства, формирующихся на более высоком уровне существования. Согласно этой модели, Вселенная циклична и всегда будет расширяться и сжиматься.
Теоретически мы может узнать это наверняка в ближайшие 20 лет. У учёных есть спутник «Планк» специально для наблюдений за Вселенной. Конечно, это нелегко, но учёные всё же могут понять, с чего началась наша Вселенная и чем она закончится. Теоретически, опять же.
Невероятные факты
Одна из самых интересных вещей о Вселенной заключается в том, что мы слишком мало о ней знаем.
И так же, как мы хотим знать, что происходит после смерти, и наука задаётся вопросом о том, как Вселенная закончит своё существование.
Естественно настолько, насколько человек в состоянии думать о таких понятиях.
По-настоящему захватывает то, что теорий на эту тему существует очень много, при этом, они отличаются друг от друга очень сильно.
Теории конца света
10. Большое сжатие
Наиболее яркой теорией о том, как Вселенная начала своё существование, является теория Большого Взрыва, когда вся материя была сосредоточена в одной бесконечно плотной точке в бездне .
Потом нечто привело к взрыву. Материя выплеснулась наружу с невероятной скоростью, и, в конечном итоге, это привело к тому, что сформировалась Вселенная, которую мы знаем сегодня.
Большое сжатие, как вы, наверное, уже догадались, - это нечто противоположное теории Большого Взрыва. Вся та материя, которая выплеснулась в начале существования мира, находится под воздействием гравитации нашей Вселенной.
Согласно этой теории, гравитация, в конечном счёте, приведёт к тому, что процесс распространения материи сначала замедлится, а потом и вовсе остановится, и материя станет сокращаться.
Сокращение приведёт к тому, что весь "материал" (планеты, звёзды, галактики, чёрные дыры и т.д.) окажется снова в одной центральной супер плотной точке.
Таким образом, вся материя Вселенной сконцентрируется в бесконечно малой точке.
Однако, на основе имеющихся знаний, нечто подобное вряд ли может произойти, потому как согласно недавно полученным фактам, Вселенная, судя по всему, расширяется усиленными темпами.
9. Неизбежная тепловая смерть Вселенной
Подумайте о тепловой смерти, как о чём-то полностью противоположном Большому сжатию. В этом случае, гравитация оказывается недостаточно сильной, чтобы преодолеть расширение материи, поэтому Вселенная продолжает расширяться в геометрической прогрессии.
Галактики отдаляются друг от друга, а всеохватывающая ночь между ними становится всё шире и шире.
Вселенная подчиняется тем же правилам, что и любая термодинамическая система: тепло равномерно распределяется по всему пространству.
Таким образом, ветер рассеет всё вещество равномерно, даже по самым холодным, тёмным и серым уголкам.
В конце концов, все звезды, одна за одной, потухнут, а для того, чтобы зажглись новые, не будет достаточного количества энергии. В итоге, погаснет вся Вселенная.
Материя останется, но будет существовать в форме частиц, и их движение будет случайным. Вселенная будет находиться в состоянии равновесия, а эти частицы будут отражаться друг от друга, не обмениваясь при этом энергией.
В результате останется пустота с "живущими" в ней частицами.
Как мир закончит своё существование
8. Тепловая смерть из-за чёрных дыр
Согласно популярной теории, большая часть материи во Вселенной движется по кругу от чёрных дыр. Достаточно взглянуть на галактики, в которых есть всё, при этом центр которых является домом сверхмассивных чёрных дыр.
Большинство теорий о чёрных дырах предполагает поглощение звёзд или даже целых галактик в случае их попадания в дыры.
В определённый период эти чёрные дыры поглотят большую часть материи, и мы останемся с тёмной Вселенной. Время от времени можно будет наблюдать вспышки света, похожие на молнию .
Это будет означать, что излучающий энергию объект подошёл слишком близко к чёрной дыре, но его "сил" не хватило, и он оказался поглощённым.
В конце концов, мы останемся ни с чем, а гравитационные колодцы упадут в пропасть. Более массивные чёрные дыры поглотят своих маленьких "коллег", становясь при этом ещё больше.
Но всё же это не будет конечным состоянием Вселенной. Со временем чёрные дыры из-за потери массы и из-за излучения Хокинга испарятся.
Таким образом, после того, как умрёт последняя чёрная дыра , Вселенная останется равномерно заполненной субатомными частицами с излучением Хокинга.
Сценарии конца света
7. Конец времени
Если и существует что-то вечное, то, безусловно, это время. Существует ли Вселенная или нет, у времени на всё свой взгляд. В противном случае не было бы никакой возможности отличить текущий момент от следующего.
Но что если время потеряло момент или просто застыло? Что если моментов больше нет? Всё застыло . Навсегда.
Предположим, что мы живём во Вселенной, которая никогда не закончится. Обладая бесконечным запасом времени, всё, что может случиться, со 100-процентной вероятностью произойдёт.
То же самое происходит, если вы будете жить вечно. У вас в распоряжении бесконечное количество времени, поэтому всё, что может произойти, гарантированно произойдет (причём бесконечное количество раз).
Таким образом, если вы живёте вечно, то вероятность того, что вы можете надолго "выйти из строя" достигает 100 процентов, и вы можете потратить вечность на то, чтобы восстановиться.
Из-за перепутанности расчётов, которые пытаются предсказать итог существования Вселенной, учёные предположили, что время, в конечном счёте, может остановиться.
Если предположить, что вы это всё испытаете, вы никогда не поймёте, что что-то неладно. Время просто остановится , и всё превратится в одно мгновение, один снимок.
Но это не будет продолжаться вечно, это будет одно состояние времени. Вы бы никогда не умерли. Вы бы никогда не постарели. Это было бы своего рода псевдо бессмертие. Но вы бы никогда об этом не узнали.
Как наступит конец света
6. Большая кража
Теория Большой кражи похожа на Большое сжатие, но гораздо более оптимистична. Представьте себе такой же сценарий: гравитация замедляет расширение Вселенной и конденсирует всё обратно в одну точку.
В этой теории силы одного быстрого сжатия достаточно для того, чтобы случился ещё один Большой Взрыв, и Вселенная начала существование с нуля.
В этой модели все на самом деле не уничтожается, а просто "перераспределяется".
Физикам не нравится это объяснение, поэтому некоторые учёные утверждают, что, скорее всего, Вселенная не сможет пройти весь путь обратно до окончания в одной точке.
Вместо этого, всё случится очень близко к описываемому, но собранная в одном месте материя оттолкнётся от силы, подобно той, которая отталкивает мяч от пола при броске.
Эта Большая кража будет очень похожа на Большой Взрыв, и теоретически создаст новую Вселенную. В данной колеблющейся теории Вселенной, наша Вселенная может быть первой в системе, а может быть и 400-сотой.
Никто не сможет этого сказать.
5. Большой разрыв
Независимо от того, как закончится мир, учёные не почувствуют необходимости использования в описании этого явления слова "большой".
В этой теории невидимая сила называется "тёмной энергией", и она вызывает ускорение процесса расширения Вселенной, что мы и наблюдаем сегодня.
В конце концов, ускорение достигнет своего предела, и Вселенная разорвёт саму себя, чтобы уйти в небытие.
Самое страшное в этой теории заключается в том, что в то время, как большинство всех теорий в данном списке подразумевают конец света после того, как сгорят звёзды, Большой разрыв, по оценкам, случится примерно через 16 миллиардов лет.
На этом этапе существования Вселенной, планеты (а теоретически и жизнь) по-прежнему функционируют. А этот катаклизм вселенского масштаба убьёт всё живое и все планеты.
Но это можно только предполагать. Однако, смерть определённо будет насильственной, а не медленной и тепловой, как ожидают большинство людей.
Конец Вселенной: как?
4. Вакуумная метастабильность
Эта теория зависит от идеи, что Вселенная существует в принципиально нестабильном состоянии. Если вы посмотрите на значение квантовых частиц физики, то увидите, что многие теоретики квантовой физики полагают, что наша Вселенная балансирует на грани устойчивости.
Сторонники этой теории предполагают, что через миллиарды лет Вселенная "опрокинется". Когда это произойдёт, в какой-то момент во Вселенной появится пузырь.
Вероятнее всего это будет альтернативная Вселенная. Этот пузырь будет расширяться во всех направлениях со скоростью света, и уничтожит всё, к чему будет прикасаться, в итоге уничтожив всё во Вселенной.
Но не волнуйтесь: Вселенная всё ещё будет существовать. Этот пузырь "такой же, но другой" Вселенной просто изменит положение вещей. Законы физики будут другими, и может быть даже там будет жизнь.
3. Временной барьер
Если мы попробуем вычислить вероятности происхождения чего-либо в мультивселенной (где есть бесконечные вселенные, каждая отличающаяся от другой), то мы столкнемся с той же проблемой, как и в случае с бесконечной Вселенной: у всего есть 100-процентный шанс возникновения.
Чтобы обойти эту проблему, учёные просто взяли участок Вселенной и вычислили вероятности именно для него.
Это даёт возможность произвести верные расчёты , но границы, которые были установлены для проведения их «разрезают» Вселенную, что не совсем верно с точки зрения целостности.
Из-за того, что законы физики не работают в бесконечной вселенной, единственный вариант, когда эту модель имеет смысл рассматривать, это наличие реальных, физических границ, за пределы которых не может ничего выйти.
В соответствии с заявлениями физиков, в течение ближайших 3,7 миллиардов лет мы пересечём этот временной барьер, и вселенная закончится для нас.
Несмотря на то, что нам не хватает знаний по физике, чтобы точно описать это явление, перспективы всё равно страшные.
2. Этого не произойдёт, потому что мы живём в мультивселенной
В сценарии с бесконечными мультивселенными, вселенные могут просто возникать и исчезать. Они могут начинать своё существование благодаря Большому Взрыву, а заканчивать Большим Разрывом, в результате тепловой смерти и т.д.
Но это всё не важно, потому что в мультивселенной наша является лишь одной из многих. Несмотря на то, что "маленькие" вселенные могут враждовать и взрывать себя, а заодно и ту, которая рядом, самая большая вселенная всё равно будет существовать.
Несмотря на то, что само время может работать в других вселенных, в мультивселенной новые вселенные рождаются всё время. По заявлениям физиков, количество новых вселенных всегда будет больше, чем старых, поэтому в теории число вселенных только увеличивается.
1. Вечная Вселенная
Издавна говорили, что Вселенная всегда была, есть и будет. Это одна из первых концепций, которую люди выдвинули о природе Вселенной. Однако, у этой теории есть новый поворот с более серьёзным подходом.
Игнорируя теорию Большого взрыва как причину образования Вселенной, а, следовательно, и времени, сторонники данной концепции говорят, что время существовало и раньше.
При этом, сама Вселенная может быть результатом столкновения двух бран (листообразные структуры пространства, формирующиеся на высоком уровне бытия).
В этой модели Вселенная циклична и будет продолжать расширяться и сжиматься постоянно.
Наверняка мы сможем узнать это в ближайшие 20 лет, потому как у нас есть спутник Планк, который исследует геодезические пространства и фоновые излучения, и который сможет предсказать те или иные сценарии дальнейшего развития событий.
Это долгий процесс, но как только учёные смогут при помощи спутника составить диаграмму, будет легче понять, как же на самом деле зародилась Вселенная и чем все это закончится.
Однако уравнения теории относительности допускают также и другую возможность – сжатие. Имеет ли значение то, что Вселенная именно расширяется, а не сжимается?
Давайте представим, что наша Вселенная сжимается . Что изменится при этом в картине окружающего нас мира?
Чтобы ответить на этот вопрос, нужно знать ответ на другой вопрос: почему ночью темно? Он вошел в историю астрономии под названием фотометрического парадокса. Суть этого парадокса в следующем.
Если во Вселенной всюду рассеяны , которые в среднем излучают приблизительно одинаковое количество света, то независимо от того, сгруппированы они в галактике или нет, они покрывали бы своими дисками всю небесную сферу. Ведь Вселенная состоит из многих миллиардов звезд, и, куда бы мы ни направили свой взор, он почти наверняка рано или поздно натолкнется на какую-нибудь звезду.
Иными словами, каждый участок звездного неба должен был бы светиться, как участок диска Солнца, так как в подобной ситуации видимая поверхностная яркость не зависит от расстояния. С неба на нас обрушивался бы ослепительный и жаркий поток света, соответствующий температуре около 6 тыс. градусов, почти в 200000 раз превосходящий свет Солнца. Между тем ночное небо черное и холодное. В чем же тут дело?
Лишь в теории расширения Вселенной фотометрический парадокс автоматически устраняется. Поскольку галактики разбегаются, в их спектрах происходит красное смещение спектральных линий. В результате частота, а значит, и энергия каждого фотона уменьшаются. Ведь красное смещение – это сдвиг электромагнитного излучения звезд галактики в сторону более длинных волн. А чем больше длина волны, тем меньшую энергию несет с собой излучение, и чем дальше галактика, тем сильнее ослабляется энергия каждого приходящего к нам фотона.
Помимо этого, непрерывное увеличение расстояния между Землей и удаляющейся галактикой приводит к тому, что каждый следующий фотон вынужден преодолевать несколько больший путь, чем предыдущий. Благодаря этому фотоны попадают в приемник реже, чем они испускаются источником. Следовательно, уменьшается и число приходящих в единицу времени фотонов. Это также приводит к понижению количества приходящей в единицу времени энергии. Именно поэтому ночное небо остается черным.
Поэтому, если представить, что Вселенная сжимается и сжатие это длится миллиарды лет, то яркость неба при этом не ослаблена, а наоборот, усилена. При этом, на нас обрушился бы ослепительный и жаркий поток света, соответствующий очень высокой температуре.
В подобных условиях на Земле жизнь, наверное, не могла бы существовать. Значит, мы отнюдь не случайно живем именно в расширяющейся Вселенной.
Предположим, что мы живем во Вселенной, когда никогда не закончится. С бесконечным количеством временем все, что может случиться, случится со 100-процентной вероятностью (согласно теории Пуанкаре). Этот же парадокс произойдет, если вы будете жить вечно. Вы живете бесконечное время, поэтому любое событие случится гарантированно (и произойдет бесконечное количество раз). Поэтому, если вы будете жить вечно, шанс того, что вы застынете во времени, 100-процентный. Поскольку это допущение спутало множество расчетов, которые пытались предсказать конец нашей вселенной, ученые предположили кое-что еще: само время должно однажды остановиться.
Допустим, вы будете живы, чтобы это испытать (миллиарды лет после конца Земли), но вы не сможете понять, что что-то пошло не так. Время просто остановится и все замерзнет, как снимок, как слепок, навсегда. Но и навсегда это не будет, потому что время просто не будет двигаться вперед. Это будет просто один момент времени. Вы никогда не умрете и не постареете. Это своего рода псевдобессмертие, но вы об этом никогда не узнаете.
Большой Отскок
Большой Отскок похож на Большое Сжатие, но куда более оптимистичен. Представьте себе тот же сценарий: гравитация замедляет расширение Вселенной и конденсирует все в одной точке. Согласно теории, этого сжатия может быть достаточно, чтобы начать еще один взрыв, и вселенная начнется снова. Ничто не уничтожится, но перераспределится.
Физикам не нравится это объяснение, поэтому некоторые ученые полагают, что вселенная просто не вернется обратно к сингулярности. Скорее она очень близко приблизится к этому состоянию и отскочит, подобно тому, как мяч отскакивает от пола. Большой Отскок в этом плане очень похож на Большой Взрыв и теоретически может породить новую вселенную. В этом колеблющемся цикле наша вселенная может стать первой вселенной в серии или четырехсотой. Никто не узнает об этом.
Большой Разрыв
Вне зависимости от того, как именно закончится все сущее, ученым нужно использовать слово «большой», чтобы описать этот конец. Согласно этой теории, невидимая сила под названием «темная энергия», ускоряет расширение наблюдаемой вселенной. В конце концов расширение настолько ускорится, как «Энтерпрайз» с варп-фактором девять, что вселенной не останется ничего, кроме как разорваться в ничто.
Самая страшная часть этой теории в том, что хотя большинство этих сценариев случаются после того, как сгорают звезды, Большой Разрыв должен произойти, по ранним оценкам, через 16 миллиардов лет. На этой стадии Вселенная, планеты и теоретически жизнь еще будут существовать. Этот катаклизм может сжечь ее живьем, оторвать от всего сущего и скормить космическим львам, которые живут между вселенными. Неизвестно, что будет. Но эта смерть явно более жестокая, чем медленная тепловая смерть.
Событие вакуумной метастабильности
Эта теория зависит от идеи того, что Вселенная существует в принципиально нестабильном состоянии. Если вы посмотрите на значения квантовых частиц, нетрудно догадаться, почему некоторые полагают, что наша Вселенная балансирует на грани устойчивости. Некоторые ученые предполагают, что спустя миллиарды лет Вселенная просто упадет с этой грани. Когда это случится, в какой-то момент времени во вселенной появится пузырь. Этот пузырь будет расширяться во всех направлениях со скоростью света и уничтожит все, к чему прикоснется. В конце концов этот пузырь уничтожит все во Вселенной.
Но не переживайте: вселенная все еще будет там. Законы физики будут другими, а возможно — и другая жизнь. Но во вселенной не будет ничего, чего мы не смогли бы понять.
Временной барьер
Если мы попробуем вычислить вероятности в мультивселенной (в которой есть бесконечное число вселенных), мы вернемся к проблеме, озвученной выше: все может случиться со 100-процентной вероятностью. Чтобы обойти эту проблему, ученые просто берут участок Вселенной и рассчитывают вероятности для него. Это работает, но границы, которые они очерчивают, неизбежно отрезают участок от остального мира.
Поскольку законы физики не имеют смысла в бесконечной вселенной, единственный вывод, который можно сделать, это то, что существует физическая граница, предел, за который выйти нельзя. И если верить физикам, в следующие 3,7 миллиарда лет мы пересечем этот временной барьер, и для нас вселенная закончится. Хотя куда более вероятно то, что мы просто не можем понять и описать этот принцип с нашей физической терминологией.
Этого не будет (поскольку мы живем в мультивселенной)
По сценарию мультивселенной с бесконечным количеством вселенных, эти вселенные могут возникать даже в процессе нашего существования. Они могли начать возникать даже с Большим Взрывом. Одна вселенная закончит Большим Сжатием, другая тепловой смертью, третья Большим Разрывом и так далее. Но это неважно: в мультивселенной наша вселенная - всего лишь одна из множества других. И даже если наш мир рассыпется радугой в пустоте между вселенными, большая «вселенная» останется. И поскольку в ней будет другая вселенная и существование, и жизнь, нам ничего не угрожает.
Количество новых вселенных всегда будет большем, чем старых, поэтому в теории число вселенных увеличивается.
Вечная вселенная
Долгое время считалось, что Вселенная была, есть и всегда будет. Это одна из первых концепций, которые создали люди о природе Вселенной, однако в последнее время эта теория получила новый толчок, уже серьезно подкрепленный с точки зрения физики.
Так вот, не с сингулярности Большого Взрыва начался отсчет времени, время могло существовать и раньше (за бесконечность до этого), а сингулярность и результирующий взрыв могли стать следствием столкновения двух бран (структур пространства-времени более высокого уровня бытия). В этой модели Вселенная циклична и будет продолжать расширяться и сжиматься всегда.
Мы, кстати, можем выяснить это в ближайшие 20 лет - у нас есть , исследовавший космос в поисках паттернов микроволнового фона, которые подскажут нам что-нибудь о происхождении Вселенной. Это долгий процесс, но он предоставит нам знания о том, с чего началась наша Вселенная, а возможно подскажет, чем она закончится.