«Наука о конце света». Астрофизик — о том, что ждет Землю и Вселенную

Аст­ро­фи­зик Фи­лип Плейт в сво­ей кни­ге «Смерть с небес» непри­нуж­ден­но рас­ска­зы­ва­ет о бес­чис­лен­ных ва­ри­ан­тах кон­ца све­та, ко­то­рые мо­жет пре­под­не­сти нам кос­мос. Свои рас­суж­де­ния и тео­рии Плейт со­про­вож­да­ет на­уч­ны­ми ком­мен­та­ри­я­ми, в ко­то­рых объ­яс­ня­ет, что каж­дый из пред­по­ла­га­е­мых ва­ри­ан­тов мо­жет зна­чить для Все­лен­ной и Зем­ли, и глав­ное — как это мож­но предот­вра­тить. «Цех» пуб­ли­ку­ет от­ры­вок из его кни­ги, вы­шед­шей в из­да­тель­стве «Аль­пи­на нон-фикшн» в этом году.

Тьма. Небы­тие. Пу­сто­та.

Все во мра­ке. Чер­ниль­ное небо не усы­па­но звез­да­ми, не вид­но га­лак­тик.

Все они уже дав­но мерт­вы, ис­чез­ли, рас­па­лись, ко­гда со­став­ля­ю­щие их эле­мен­ты раз­ло­жи­лись, пре­вра­тив­шись в ни­что.

Бес­счет­ное ко­ли­че­ство лет во Все­лен­ной ни­че­го не про­ис­хо­дит. Это хо­лод­ная, прак­ти­че­ски со­вер­шен­ная пу­сто­та.

Так про­дол­жа­ет­ся трил­ли­о­ны трил­ли­о­нов лет. Но за­тем, вне­зап­но, в од­ном кро­шеч­ном угол­ке Все­лен­ной, ни­чем не от­ли­ча­ю­щим­ся от дру­гих, про­ис­хо­дит скач­ко­об­раз­ный фа­зо­вый пе­ре­ход. Эта пе­ре­ори­ен­та­ция са­мой струк­ту­ры про­стран­ства и вре­ме­ни раз­рас­та­ет­ся, как кри­стал­лы, об­ра­зу­ю­щи­е­ся в на­сы­щен­ном рас­тво­ре. Она рас­про­стра­ня­ет­ся прак­ти­че­ски со ско­ро­стью све­та, охва­ты­вая все боль­ше и боль­ше про­стран­ства.

А за ней… не оста­ет­ся ни­че­го. Или во вся­ком слу­чае ни­че­го, что мы в со­сто­я­нии по­нять. Ма­те­рия, энер­гия, даже про­стран­ство и вре­мя в киль­ва­те­ре это­го кван­то­во­го пу­зы­ря раз­ру­ше­ны, транс­фор­ми­ро­ва­ны.

Ко­гда все за­кон­чи­лось, пу­зырь по­гло­тил всю Все­лен­ную це­ли­ком. А о том, что оста­лось по­сле это­го, мы, по­жа­луй, ни­ко­гда не узна­ем.

Глу­бо­кое вре­мя

До сих пор мы рас­смат­ри­ва­ли се­рию от­дель­ных со­бы­тий, се­ю­щих раз­ру­ше­ния на на­шей ма­лень­кой пла­не­те: взры­ва­ю­щи­е­ся звез­ды на лю­бой вкус, ка­та­стро­фи­че­ские столк­но­ве­ния, смерть Солн­ца.

Ра­зу­ме­ет­ся, это увле­ка­тель­ные со­бы­тия, и, ко­неч­но же, имен­но мощ­ные ог­нен­ные взры­вы по­па­да­ют в за­го­лов­ки га­зет. Де­ре­во, по­ра­жен­ное мол­нией и сго­рев­шее до­тла, мо­жет ока­зать­ся в мест­ных но­во­стях, а то, ко­то­рое про­сто раз­ру­ша­ет­ся из­нут­ри и че­рез 50 лет па­да­ет, про­гнив на­сквозь, ни­кто даже не за­ме­тит.

Но, даже если мы ни­ко­гда не столк­нем­ся с асте­ро­и­дом и нас не из­жа­рит гам­ма-всплеск, Зем­ля ста­ре­ет. Всё ста­ре­ет.

От­вет, без­услов­но, по­ка­жет­ся мрач­ным: ни­как. Пока вы чи­та­ли эту кни­гу, Все­лен­ная со­ста­ри­лась. Мо­жет, на неде­лю, мо­жет, на несколь­ко дней, если вы чи­та­е­те быст­ро, и в те­че­ние это­го вре­ме­ни Солн­це из­рас­хо­до­ва­ло несколь­ко трил­ли­о­нов тонн во­до­ро­да, звез­ды взры­ва­лись, а объ­ем Все­лен­ной уве­ли­чил­ся. Мы все ста­ли немно­го стар­ше, и кос­мос тоже. Ко­гда вы за­кон­чи­те эту кни­гу и по­ста­ви­те ее на пол­ку, она бу­дет ста­реть. Она бу­дет по­сто­ян­но ста­реть. Это неиз­беж­но: она бу­дет на год стар­ше, на де­сять лет, на ты­ся­чу. К тому вре­ме­ни она пре­вра­тит­ся в пыль, без со­мне­ния, но и ато­мы в той пыли так­же бу­дут ста­реть. В один пре­крас­ный день они бу­дут на мил­ли­о­ны лет стар­ше, на мил­ли­ар­ды. На трил­ли­о­ны.

Но даже этот срок — мик­ро­ско­пи­че­ская кап­ля в оке­ане вре­ме­ни. Вре­мя вполне мо­жет длить­ся веч­но, и трил­ли­он лет бу­дет по­до­бен мгно­ве­нию ока. Все­лен­ная про­дол­жит ста­рить­ся и, ста­рея, бу­дет ме­нять­ся. Из­ме­не­ния бу­дут кар­ди­наль­ны­ми: это не про­сто смерть мас­сив­ных звезд и столк­но­ве­ния га­лак­тик, сама при­ро­да Все­лен­ной и объ­ек­тов в ней из­ме­нит­ся фун­да­мен­таль­но за про­ме­жут­ки вре­ме­ни на­столь­ко дли­тель­ные, что у нас нет для них даже слов.

Как бу­дет вы­гля­деть Все­лен­ная че­рез трил­ли­он трил­ли­о­нов трил­ли­о­нов лет? А если умно­жить этот воз­раст на трил­ли­он? По-дру­го­му. Она бу­дет вы­гля­деть по-дру­го­му. Но мы ни­ко­гда не узна­ем: нас к тому вре­ме­ни уже не бу­дет, и мы это­го не уви­дим. И здесь я имею в виду не про­сто че­ло­ве­че­ство, не про­сто жизнь, ка­кой мы ее зна­ем. Даже ма­те­рия, ка­кой мы ее зна­ем, не до­жи­вет и не уви­дит кос­мос на том эта­пе.

Вре­мя ни­ко­го не ждет. Но глу­бо­кое вре­мя не ждет ни­че­го. Даже ма­те­рию.

Един­ствен­ный спо­соб по­нять кар­ти­ну бу­ду­ще­го — сна­ча­ла обер­нуть­ся и по­смот­реть на­зад, в са­мое на­ча­ло, в на­ча­ло Все­лен­ной. Мо­жет по­ка­зать­ся, что это было так дав­но, но обе­щаю, вско­ре это бу­дет ка­зать­ся вче­раш­ним днем.

Очень крат­кая ис­то­рия Все­лен­ной

В на­ча­ле не было ни­че­го.
По­том по­яви­лось все.

По­дроб­нее, по­дроб­нее

Мо­жет быть, это как-то слиш­ком крат­ко. Да, ока­зы­ва­ет­ся, по­дроб­но­сти важ­ны. Наше по­ни­ма­ние на­ча­ла Все­лен­ной — и ее даль­ней­шей судь­бы — за­ви­сит от того, ка­кие пред­став­ле­ния о ней мы име­ем сей­час. Вни­ма­тель­но изу­чая под­сказ­ки, при­хо­дя­щие из кос­мо­са че­рез наши те­ле­ско­пы, мы зна­ем уди­ви­тель­но мно­го о том, чем за­ни­ма­лась Все­лен­ная в те­че­ние по­след­них несколь­ких мил­ли­ар­дов лет. А еще уди­ви­тель­ней, воз­мож­но, то, что, опи­ра­ясь на су­ще­ству­ю­щие зна­ния, мы мно­го мо­жем ска­зать о том, чем Все­лен­ная бу­дет за­ни­мать­ся в бу­ду­щем… и в та­ком да­ле­ком бу­ду­щем, что мил­ли­ар­ды лет по­ка­жут­ся все­го лишь ше­ле­стом, од­ной се­кун­дой на кос­ми­че­ских ча­сах.

По­ла­гаю, что опи­сан­ные ниже со­бы­тия вы­гля­дят на­уч­ной фан­та­сти­кой, так как спу­стя бук­валь­но мгно­ве­ния по­сле об­ра­зо­ва­ния Все­лен­ной и в умо­по­мра­чи­тель­но да­ле­ком бу­ду­щем про­ис­хо­дят очень стран­ные дела. Од­на­ко, на­сколь­ко мы мо­жем ска­зать, это на­уч­ный факт, ос­но­ван­ный на на­деж­ных дан­ных. Как и при лю­бых дру­гих пред­по­ло­же­ни­ях, не ис­клю­че­но, что нам неиз­вест­ны ка­кие-то ню­ан­сы, важ­ные для по­ни­ма­ния того, что на са­мом деле про­ис­хо­ди­ло или что про­изой­дет. Это суть на­у­ки: но­вые на­блю­де­ния и но­вые дан­ные все­гда ве­дут к уточ­не­нию ре­зуль­та­тов. На­у­ка при­бли­жа­ет­ся к ре­аль­но­сти, как функ­ция к асимп­то­те, и слож­но ска­зать, на­сколь­ко да­ле­ко по кри­вой мы уже про­дви­ну­лись.

Но, даже несмот­ря на это предо­сте­ре­же­ние, бу­ду­щее кос­мо­са увле­ка­тель­но, хотя и су­ро­во. Впро­чем, как при­ня­то в на­у­ке и в рас­ска­зах, нам нуж­но на­чать с са­мо­го на­ча­ла. Да, и мне надо бы пре­ду­пре­дить вас: са­мый рас­свет и са­мый за­кат Все­лен­ной — это вре­мя, ко­гда все со­вер­шен­но не по­хо­же на то, что мы ви­дим во­круг себя сей­час. Будь­те го­то­вы немно­го по­ра­бо­тать моз­га­ми. Все­лен­ная — это мно­го, мно­го все­го — это бук­валь­но все, — но это так­же чер­тов­ски стран­ное ме­сто.

В на­ча­ле

При­мер­но 13,7 млрд лет на­зад (± 200 млн лет), про­изо­шел взрыв, по­ро­див­ший Все­лен­ную.

Само это за­яв­ле­ние со­зда­ет до­воль­но боль­шую пу­та­ни­цу. Аст­ро­но­мы на­зы­ва­ют со­бы­тие «Боль­шой взрыв» или, точ­нее, мы ис­поль­зу­ем тер­мин «Боль­шой взрыв» в ка­че­стве мо­де­ли того, что, по на­ше­му мне­нию, про­изо­шло. В чем раз­ни­ца? Ну, преж­де все­го, это со­бы­тие не было ни боль­шим, ни взры­вом. Ко­гда Все­лен­ная вне­зап­но воз­ник­ла из небы­тия, ее раз­ме­ры были мень­ше раз­ме­ров про­то­на, так что она не ка­за­лась ужас­но боль­шой.

Да и взры­ва ни­ка­ко­го не было: ско­рее, это был хло­пок или щел­чок. На­блю­дая за со­вре­мен­ной Все­лен­ной, мы мо­жем пе­ре­ве­сти часы на­зад и вы­яс­нить, ка­кой она была в про­шлом. Мы об­на­ру­жи­ли, что в про­шлом Все­лен­ная была бо­лее го­ря­чей и плот­ной. Чем даль­ше в про­шлое мы ухо­дим, тем она го­ря­чее и плот­нее (вер­но и об­рат­ное: чем стар­ше ста­но­вит­ся Все­лен­ная, тем ме­нее плот­ной и бо­лее хо­лод­ной она ста­но­вит­ся). Она так­же умень­ша­ет­ся в раз­ме­рах: сей­час Все­лен­ная рас­ши­ря­ет­ся (по­дроб­нее об этом че­рез ми­нут­ку), по­это­му в про­шлом она была мень­ше. В кон­це кон­цов, вы ухо­ди­те до­ста­точ­но да­ле­ко в про­шлое, ко­гда Все­лен­ная была, по сути, все­го лишь син­гу­ляр­ной точ­кой: бес­ко­неч­но ма­лым, бес­ко­неч­но го­ря­чим, бес­ко­неч­но плот­ным объ­ек­том.

Ну, это очень стран­но. И, ве­ро­ят­но, даже, стро­го го­во­ря, невер­но. Мы пе­ре­во­дим стрел­ки ча­сов на­зад, и Все­лен­ная сжи­ма­ет­ся. В опре­де­лен­ный мо­мент мы ви­дим ее раз­ме­ром с те­пе­реш­нюю га­лак­ти­ку, за­тем со звез­ду, за­тем с пла­не­ту, за­тем с грейп­фрут, за­тем с атом. Ко­гда она ста­но­вит­ся мень­ше ато­ма, при­чуд­ли­вый мир кван­то­вой ме­ха­ни­ки сно­ва под­ни­ма­ет го­ло­ву. Один из са­мых фун­да­мен­таль­ных за­ко­нов кван­то­вой ме­ха­ни­ки за­клю­ча­ет­ся в том, что мно­гие ха­рак­те­ри­сти­ки объ­ек­тов свя­за­ны, и чем боль­ше вы зна­е­те об од­ном, тем мень­ше вы зна­е­те о дру­гом. Чем тща­тель­ней вы из­ме­ря­е­те по­ло­же­ние элек­тро­на, на­при­мер, тем мень­ше вы зна­е­те о его ско­ро­сти. Чем боль­ше вы узна­е­те об од­ном ас­пек­те объ­ек­та, под­чи­ня­ю­ще­го­ся за­ко­нам кван­то­вой ме­ха­ни­ки, тем бо­лее усколь­за­ю­щим ста­но­вит­ся дру­гое его свой­ство. Это очень по­хо­же на кос­ми­че­скую цен­зу­ру в кро­шеч­ных мас­шта­бах. Чем силь­нее мы вгля­ды­ва­ем­ся, тем по­до­зри­тель­нее все ста­но­вит­ся.

В жи­тей­ском смыс­ле — и я даже не уве­рен, что сло­во «жи­тей­ский» озна­ча­ет в та­ких мас­шта­бах! — это под­ра­зу­ме­ва­ет, что мы мало что мо­жем узнать о том, ка­кой была Все­лен­ная на са­мом деле, ко­гда она была очень, очень ма­лень­кой. Наши урав­не­ния и по­ни­ма­ние за­ко­нов фи­зи­ки мно­го го­во­рят о со­сто­я­нии Все­лен­ной, ко­гда ей был все­го один день от роду, один час, одна се­кун­да… даже кро­шеч­ная доля на­но­се­кун­ды. Но, если углу­бить­ся до­ста­точ­но в про­шлое, к тому мо­мен­ту, ко­гда Все­лен­ной было бук­валь­но 10(-43) се­кун­ды (Это озна­ча­ет 0,0000000000000000000000000000000000000000001 се­кунд от роду — Прим. ав­то­ра), наша фи­зи­ка сда­ет­ся. Ис­тин­ные на­ча­ла Все­лен­ной скры­ва­ет по­кров, ко­то­рый нам ни­ко­гда не удаст­ся при­под­нять.

Это еще одна при­чи­на, по ко­то­рой уче­ные пред­по­чи­та­ют не на­зы­вать это со­бы­тие Боль­шим взры­вом. Нам мало что из­вест­но о са­мом со­бы­тии, был ли это взрыв или нет. Мы мо­жем толь­ко вы­яс­нить, что про­изо­шло сра­зу по­сле него.

Тем не ме­нее вам долж­но быть лю­бо­пыт­но узнать, что про­ис­хо­ди­ло до Боль­шо­го взры­ва. Это есте­ствен­ный во­прос, и к нему мож­но под­хо­дить дво­я­ко. На­при­мер, счи­тать его ли­шен­ным смыс­ла. Воз­мож­но, зву­чит как от­го­вор­ка, но поз­воль­те мне за­дать вам сле­ду­ю­щий во­прос: что к се­ве­ру от Се­вер­но­го по­лю­са?

Этот во­прос ли­шен смыс­ла, прав­да? Если вы от­пра­ви­тесь на се­вер, вы по­па­де­те на Се­вер­ный по­люс, вот и все. Даль­ше пути на се­вер нет** (Если пе­ре­фра­зи­ро­вать ве­ли­ко­го фи­ло­со­фа и уче­но­го Най­дже­ла Таф­нел­ла из рок-груп­пы Spinal Tap: «Сколь­ко еще на се­вер? От­вет — ни­сколь­ко. Боль­ше нет ни­ка­ко­го се­ве­ра» — Прим. ав­то­ра).

Это как-то стран­но, даже для кос­мо­ло­гии и кван­то­вой ме­ха­ни­ки. Кро­ме того, этот от­вет не удо­вле­тво­ря­ет. Мы при­вык­ли к тому, что все су­ще­ству­ет в те­че­ние име­ю­ще­го пре­де­лы от­рез­ка вре­ме­ни, яв­ля­ю­ще­го­ся ча­стью бо­лее про­дол­жи­тель­но­го от­рез­ка вре­ме­ни. Сим­фо­ни­че­ский кон­церт мо­жет на­чи­нать­ся в 19:00 и за­кан­чи­вать­ся в 20:24. Но что-то про­ис­хо­ди­ло до того, как на­ча­лась сим­фо­ния (му­зы­кан­ты ор­кест­ра при­е­ха­ли в кон­церт­ный зал, разо­гре­лись, под­ня­лись на сце­ну), и что-то бу­дет про­ис­хо­дить по­сле (груп­па мед­ных ду­хо­вых ин­стру­мен­тов про­ду­ва­ет кла­па­ны, му­зы­кан­ты по­ки­да­ют сце­ну, воз­вра­ща­ют­ся до­мой и смот­рят ста­рый фильм «Ост­ров Гил­ли­га­на» по те­ле­ви­зо­ру). Итак, ка­ким же об­ра­зом мо­жет су­ще­ство­вать на­ча­ло вре­ме­ни, точ­ка на оси вре­ме­ни, пе­ред ко­то­рой ни­че­го нет?

Эта го­ло­во­лом­ка мо­жет иметь ре­ше­ние. Су­ще­ству­ют тео­рии, со­глас­но ко­то­рым Все­лен­ная — это не един­ствен­ное, что су­ще­ству­ет. Не ис­клю­че­но, что име­ет­ся что-то вро­де Ме­та­все­лен­ной, некая струк­ту­ра, в ко­то­рую нам ни­ко­гда не по­пасть, а наша Все­лен­ная все­го лишь часть ее. Эта все­лен­ная воз­ник­ла еще до того, как по­яви­лась наша, она вы­гля­дит прак­ти­че­ски как наша, в ней дей­ству­ют та­кие же или по­хо­жие за­ко­ны фи­зи­ки, опре­де­ля­ю­щие ее по­ве­де­ние, вклю­чая кван­то­вую ме­ха­ни­ку. В гла­ве, по­свя­щен­ной чер­ным ды­рам, мы ви­де­ли спон­тан­ное за­рож­де­ние ча­стиц. Су­ще­ству­ет ве­ро­ят­ность того, что в тка­ни про­стран­ства-вре­ме­ни этой дру­гой все­лен­ной мо­жет вне­зап­но воз­ник­нуть кро­шеч­ный всплеск, что-то на­по­до­бие за­рож­де­ния ча­стиц из ни­че­го. При опре­де­лен­ных усло­ви­ях та­кая вы­пя­чен­ная об­ласть про­стран­ства и вре­ме­ни быст­ро стя­нет­ся, но в цар­стве кван­то­вой ме­ха­ни­ки так­же ве­ро­ят­но то, что эта об­ласть уве­ли­чит­ся. Что-то на­по­до­бие чер­ной дыры; эта об­ласть от­де­ле­на от боль­шой все­лен­ной, окру­жа­ю­щей ее, и ста­но­вит­ся от­дель­ной сущ­но­стью, сво­ей соб­ствен­ной все­лен­ной. Про­стран­ство и вре­мя, энер­гия и ма­те­рия про­сто спон­тан­но воз­ни­ка­ют внут­ри. Че­рез несколь­ко мил­ли­ар­дов лет рас­ши­ре­ния на­сту­па­ет мо­мент, ко­гда на­чи­на­ют об­ра­зо­вы­вать­ся звез­ды, оформ­ля­ют­ся га­лак­ти­ки, и на пла­не­те, за­те­рян­ной где-то в том боль­шом объ­е­ме про­стран­ства, че­ло­век, чи­та­ю­щий кни­гу, по­че­сы­ва­ет в за­тыл­ке и ду­ма­ет, что ав­тор утра­тил ра­зум* (Все мо­жет быть — Прим. ав­то­ра).

В на­сто­я­щее вре­мя мы не зна­ем на­вер­ня­ка, было ли что-то до того, как воз­ник­ла наша Все­лен­ная, и име­ет ли смысл эта идея в прин­ци­пе. Но ко­гда тео­рия Боль­шо­го взры­ва была впер­вые сфор­му­ли­ро­ва­на, мы до­воль­но мно­го узна­ли о том, что про­ис­хо­ди­ло по­сле пер­вой 10 в -43 сте­пе­ни се­кун­ды.