До конца времен. Сознание, материя и поиск смысла в меняющейся Вселенной - Брайан Грин

Осторожную попытку рассмотреть подобное предположение предпринял Стивен Карлип в: Steven Carlip, "Transient Observers and Variable Constants, or Repelling the Invasion of the Boltzmann's Brains", Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 06 (2007): 001. Обратите внимание: единственное возможное изменение, которое мы будем рассматривать, это изменение величины темной энергии. Как говорится в этой главе, только в конце 1990-х гг. астрономические наблюдения убедили физическое сообщество, что отказ Эйнштейна от космологической постоянной в 1931 г. («Прочь космологический член!») был преждевременным. Кроме того, преждевременным было отнесение космологической постоянной к разряду «постоянных».

Вполне возможно, что величина эйнштейновского космологического члена изменяется со временем, и эта возможность, как мы увидим, повлечет за собой глубокие следствия для будущего.

Другой взгляд на будущее разума вы можете найти в: Дойч Д. Начало бесконечности. — М.: Альпина нон-фикшн, 2020.

Физическая эсхатология, физика далекого будущего, привлекает обычно меньше внимания, чем физика далекого прошлого. Тем не менее на эту тему было немало исследований. Обширный список ссылок содержится в: Milan M. Cirkovic, "Resource Letter: PEs-1, Physical Eschatology", American Journal of Physics 71 (2003): 122. В последующей дискуссии большое значение имеют знаковая статья Фримена Дайсона: Freeman Dyson, "Time without end: Physics and biology in an open universe", Reviews of Modern Physics 51 (1979): 447-60, и статья Фреда Адамса и Грегори Лафлина: Fred C. Adams and Gregory Laughlin, "A dying universe: The long-term fate and evolution of astrophysical objects", Reviews of Modern Physics 69 (1997): 337-72, в которой тема развивается дальше и куда вошли новые результаты по планетной, звездной и галактической динамике, о которых рассказывается также в их прекрасной популярной книге: The Five Ages of the Universe: Inside the Physics of Eternity (New York: Free Press, 1999). Начало современному этапу развития темы положили статьи: M. J. Rees, "The collapse of the universe: An eschatological study", Observatory 89 (1969): 193-98, и Jamal N. Islam, "Possible Ultimate Fate of the Universe", Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 18 (March 1977): 3–8. I.-J. Sackmann, A. I. Boothroyd, and K. E. Kraemer, "Our Sun. III. Present and Future", Astrophysical Journal 418 (1993): 457; Klaus-Peter Schroder and Robert C. Smith, "Distant future of the Sun and Earth revisited", Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 386, no. 1 (2008): 155-63. Знающий читатель отметит, что принцип запрета Паули должен был уже сыграть определенную роль в эволюции Солнца. Перед запуском гелиевого синтеза в ядре Солнца плотность его должна была быть достаточно велика, чтобы давление, обусловленное вырождением электронов в соответствии с принципом Паули, стало значимым. В самом деле упомянутая мною «зрелищная, но короткая вспышка», отмечающая переход к гелиевому синтезу, возникает из-за особых свойств газа из вырожденных электронов, населяющих ядро (этот газ не расширяется и не остывает в ответ на тепло, вырабатываемое при запуске гелиевого синтеза, что приводит к колоссальному разгону ядерной реакции, не слишком сильно отличающейся от действия гелиевой бомбы). Alan Lindsay Mackay, The Harvest of a Quiet Eye: A Selection of Scientific Quotations (Bristol, UK: Institute of Physics, 1977): 117.

Первоначальное признание ключевой роли принципа запрета Паули в строении белых карликов было сделано Р. Фаулером: R. H. Fowler, "On Dense Matter", Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 87, no. 2 (1926): 114-22. Важность релятивистских эффектов признал также Субраманьян Чандрасекар в: Subrahmanyan Chandrasekhar, "The Maximum Mass of Ideal White Dwarfs", Astrophysical Journal 74 (1931): 81–82. Его результат, известный как предел Чандрасекара, показывает, что сжатие любой звезды с массой меньшей, чем примерно 1,4 массы Солнца, будет точно так же остановлено сопротивлением, возникающим из-за принципа запрета Паули. Впоследствии выяснилось, что в более массивных звездах сила сжатия сможет заставить электроны сливаться с протонами с образованием нейтронов. Этот процесс позволяет звездам сжиматься и дальше, но в какой-то момент нейтроны окажутся упакованы так плотно, что принцип запрета Паули снова вступит в игру — и, опять же, остановит дальнейшее сжатие. Результат — нейтронная звезда.

Хотя в среднем расстояния между галактиками растут, существуют галактики, которые располагаются достаточно близко друг к другу, чтобы их взаимное гравитационное притяжение заставляло их сближаться. Мы еще поговорим о том, что именно так обстоят дела с галактиками Млечный Путь и туманность Андромеды. S. Perlmutter et al., "Measurements of Q and Л from 42 High-Redshift Supernovae", Astrophysical Journal 517, no. 2 (1999): 565; B. P. Schmidt et al., "The High-Z Supernova Search: Measuring Cosmic Deceleration and Global Curvature of the Universe Using Type IA Supernovae", Astrophysical Journal 507 (1998): 46.

Для полноты отметьте, что все объяснения ускоренного пространственного расширения, воспринимаемые всерьез, указывают на гравитацию. Но делают это они, в широком смысле, двумя разными способами. Либо поведение силы тяготения на космологических расстояниях отличается от того, что мы ожидаем увидеть на основании описаний Ньютона и Эйнштейна, либо источники тяготения отличаются от того, что мы ожидаем увидеть на основании традиционных представлений о веществе и энергии. Хотя оба подхода имеют право на существование, второй получил более полное развитие и нашел более широкое применение (при объяснении не только ускоренного расширения пространства, но и деталей в наблюдаемом реликтовом космическом излучении), так что именно этому подходу мы и будем следовать.

Плотность темной энергии составляет примерно 5 х 10–10 джоулей на кубический метр, или примерно 5 х 10–10 ватт-секунд на кубический метр. Для горения лампочки 100 Вт в течение одной секунды требуется в 2 х 1011 раз больше энергии, чем содержится темной энергии в одном кубическом сантиметре. Таким образом, этой энергии хватит на горение лампочки 100 Вт на протяжении около 5 х 10–12 секунды, или пяти триллионных долей секунды.

Если величина темной энергии не меняется во времени, то сама эта энергия идентична космологической постоянной Эйнштейна — отчаянному средству, которое Эйнштейн ввел в свои расчеты в 1917 г., когда понял, что уравнения общей теории относительности не в состоянии объяснить общепринятое мнение о том, что на больших масштабах Вселенная статична. Проблема, с которой столкнулся Эйнштейн, состояла в том, что статика требует равновесия, но гравитация, судя по всему, работает только в одном направлении. При отсутствии уравновешивающей силы статичная Вселенная казалась невозможной. К счастью, затем Эйнштейн понял, что с введением одного нового члена — той самой космологической постоянной — в уравнения общая теория относительности разрешает также отталкивающую гравитацию, которая способна уравновесить обычную притягивающую гравитацию и делает статичную Вселенную возможной. (Эйнштейн не учел, что такое равновесие неустойчиво — небольшое изменение размеров статичной Вселенной, ее увеличение или уменьшение, привело бы к нарушению баланса и, соответственно, ее расширению или сжатию.) Однако всего через десять с небольшим лет Эйнштейн узнал, что Вселенная расширяется. Осознав это, Эйнштейн совершил знаменитый шаг — исключил космологическую постоянную из своих уравнений. Но Эйнштейн выпустил джинна отталкивающей гравитации из бутылки общей теории относительности. Со временем отталкивающей гравитации суждено было сослужить космологии большую службу, обеспечив распирающее давление в момент Большого взрыва, а после этого предложив объяснение ускоренного расширения пространства. Как говорили многие, из всего этого видно, что даже неудачные идеи Эйнштейна хороши.