Вселенная с нуля. От Большого взрыва до абсолютной пустоты - Жак Поль

class="p1">Плотность темной энергии постепенно возрастает и расширение Вселенной ускоряется до такой степени, что все ее структуры, от скоплений галактик до атомных ядер, разлетаются на части.

Исследования фонового космологического излучения, выполненные европейским космическим зондом «Планк» с 2009 по 2013 год, показали, что основной компонент Вселенной – темная энергия. Эта гипотетическая форма энергии, заполняющая равномерно все пространство, определяет его повсеместное расширение – впервые к этому выводу пришли американские физики Перлмуттер, Шмидт и Рисс, в 2011 году получившие за это открытие Нобелевскую премию по физике. Судьба Вселенной, согласно этой теории, зависит прежде всего от ее главной составляющей: темной энергии. Однако об этой загадочной субстанции ничего или почти ничего не известно, кроме того, что именно она – единственный фактор, способный ускорять расширение Вселенной. Не будь темной энергии, Вселенная неизбежно должна была бы в конце концов сжаться под действием гравитации всей заключенной в ней материи.

Многие астрофизики считают, что, в отличие от материи, плотность которой в расширяющейся Вселенной уменьшается со временем, плотность темной энергии остается постоянной. Наблюдения за скоплениями галактик, расположенными на очень разных расстояниях, пока подтверждают вывод о том, что темная энергия заполняет все пространство и ее плотность не зависит ни от расстояния, ни от времени. Темная энергия, таким образом, заставляет вспомнить о космологической постоянной – параметре, который Эйнштейн в 1917 году ввел в систему уравнений общей теории относительности, чтобы привести теорию в соответствие с концепцией статической Вселенной. В рамках общей теории относительности введение космологической константы было эквивалентно заполнению всего пространства отрицательной энергией, способной уравновесить гравитацию и обеспечить стабильность Вселенной. После открытия на рубеже 1930-х годов расширения Вселенной Эйнштейн назвал введение космологической постоянной «самой большой глупостью в своей жизни».

Согласно опубликованным в 2003 году работам американского физика-теоретика Роберта Колдуэлла и его коллег, Вселенная может быть заполнена темной энергией, называемой еще фантомной, плотность которой возрастает по мере расширения Вселенной. Фантомная энергия со временем увеличивается, и в бесконечной временной перспективе ее плотность тоже стремится к бесконечности. Превзойдя по силе воздействия все иные процессы, способные обеспечить сцепление структур Вселенной, призрачная энергия разорвет все связи, и через двадцать миллиарда лет Вселенной придет конец в виде Большого разрыва. За сотни миллионов лет до Большого разрыва начнется распад галактических скоплений, а потом и самих галактик. За несколько лет до Разрыва придет очередь планетных систем, а за несколько минут – звезд. И наконец, в последнюю долю секунды распадутся атомы.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Расширение Вселенной ускоряется (4,8 миллиарда лет назад)

Через 100 миллиарда лет

Большое сжатие?

Нельзя исключить и ситуацию, в которой рост темной энергии со временем замедлится, а потом сменится спадом. Она объединится с гравитацией и ускорит общий коллапс Вселенной.

Будущее Вселенной, раздираемой гравитационными силами взаимного притяжения и отталкивающим воздействием темной энергии, несомненно, зависит от того, как эта последняя поведет себя со временем. Помимо того, что она оказывается основным содержанием Вселенной и играет ключевую роль в ускорении ее расширения, физики практически ничего об этой загадочной субстанции не знают. Очень многие ученые идентифицируют ее со знаменитой космологической постоянной, которую Эйнштейн вынужден был ввести в уравнения общей теории относительности. Но есть и другие – те, кто считает, что она представляет собой динамическую величину, изменяющуюся во времени и пространстве. Они называют ее «квинтэссенцией», в честь «пятого элемента», дорогого сердцу философов античной Греции. Американский космолог Роберт Колдуэлл полагает, что эта фантомная энергия приведет Вселенную к состоянию Большого разрыва, в котором все структуры будет разорваны…

Таким образом, вполне допустимо предполагать, что темная энергия со временем может ослабнуть и даже превратиться из отталкивания в притяжение, которое в сочетании с обычной гравитацией через сто миллиарда лет приведет Вселенную в состояние Большого сжатия. Космологи вновь допускают, что расширение Вселенной может прерваться и смениться фазой сжатия. Основными этапами этого «Большого взрыва наоборот» станут распад галактик, испарение звезд, распад атомов, дезинтеграция ядер, образование черных дыр, поглощающих все вокруг, и наконец, объединение всех черных дыр в одну гигантскую дыру, которая поглотит всю Вселенную. В результате должна образоваться одна сплошная сверхгорячая и сверхплотная сингулярность – вероятный зародыш новой Вселенной.

Некоторые космологи, как к примеру француз Орельен Барро, считают, что Большой взрыв – лишь переход к сегодняшней фазе расширения Вселенной от фазы сжатия, которая ей предшествовала. Этот переход следовало бы назвать не Большим взрывом, а скорее Большим отскоком – такое название подчеркивало бы идею смены фаз. Такие теоретические рассуждения вводят в научный обиход идею вечно существующей циклической Вселенной. Альберт Эйнштейн и американец Ричард Толман рассматривали циклическую модель еще в 1930-х годах в качестве вечной альтернативы модели расширяющейся Вселенной. Заметим, что философская концепция вечного возвращения пронизывает многие древние культуры: от индуистских верований до космогонии индейцев майя. Расцвет христианства в западном мире, несомненно, способствовал тому, что эти концепции были забыты. Однако в Европе эту идею подхватил великий немецкий философ Фридрих Ницше.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Большой взрыв (Начало расширения)

Расширение Вселенной ускоряется (4,8 миллиарда лет назад)

Радиус Шварцшильда (1916)

Большой разрыв? (Через 20 миллиарда лет)

Через 300 миллиарда лет

Коллапс Местной группы

Эллиптическая галактика Милкомеда, образованная в результате слияния Млечного Пути с туманностью Андромеды, поглощает остальные галактики Местной группы – формируется новая эллиптическая галактика невероятных размеров.

Далеко не все космологи склоняются к теориям Большого разрыва или Большого сжатия: большинство предлагают гораздо менее беспокойные сценарии будущего развития Вселенной. Темная энергия остается в этих сценариях главной действующей силой; ее истинная природа по-прежнему остается одной из самых больших загадок мироздания. Многие физики предпочитают трактовать ее как космологическую постоянную, величину, введенную Альбертом Эйнштейном, хоть он и отказался от нее несколько лет спустя. Это, несомненно, самая простая интерпретация: плотность темной энергии однородна и постоянна во всей Вселенной, не зависит от времени. Вдобавок, такая форма ее интерпретации кажется наиболее соответствующей результатам современных наблюдений. Темная энергия все быстрее растягивает ткань Вселенной; ее воздействие прослеживается в поведении гигантских гравитационно связанных структур, таких как скопления галактик, а в частности, и Местной группы.

Когда начнется процесс взаимопроникновения Млечного Пути и его соседки Мессье 31, Большой туманности Андромеды, многочисленные мелкие галактики Местной группы окажутся под воздействием гравитации двух огромных спиралей. Помимо двух Магеллановых Облаков, Млечный Путь удерживает еще десять карликовых эллиптических галактик. Одна из них, карликовая галактика в Стрельце, ближайшая к Млечному Пути, уже частично разрушена его мощными приливными силами. Среди «подданных» М31 тоже насчитывается добрая дюжина карликовых галактик, среди которых две самых крупных имеют эллиптическую форму – например М32,