Страница 3 из 6
Краткое примечание по поводу терминологии. Общепринятый научный термин «космология» относится к изучению Вселенной в целом и ее истории, включая ее компоненты, эволюцию и управляющие ею фундаментальные физические законы. В астрофизике космологом называют того, кто изучает по-настоящему удаленные от нас объекты, поскольку (1) это предполагает исследование довольно обширной части Вселенной и (2) в астрономии удаленные объекты также находятся в далеком прошлом, поскольку их свету порой требуются миллиарды лет, чтобы достичь Земли. Некоторые астрофизики изучают именно эволюцию или раннюю историю Вселенной, другие специализируются на исследовании удаленных объектов (галактик, их скоплений и т. д.) и их свойств. Как область физики космологию можно отнести, скорее, к теоретическому направлению. Например, некоторые космологи, работающие на физических факультетах (в отличие от сотрудников астрономических факультетов), изучают альтернативные формулировки моделей физики элементарных частиц, которые можно было бы применить к первой миллиардной миллиардной доли секунды существования Вселенной. Другие изучают модификации теории гравитации Эйнштейна, относящиеся к таким гипотетическим объектам, как черные дыры, которые могут существовать лишь в более высоких измерениях пространства. Третьи моделируют целые гипотетические Вселенные, полностью отличные от нашей, – Вселенные с совершенно иным устройством космоса, числом измерений и историей, чтобы понять математическую структуру теорий, которые однажды могут оказаться нам полезными[4].
В результате под термином «космология» разные люди подразумевают совершенно разные вещи. Космолог, изучающий эволюцию галактик, может совершенно растеряться в разговоре с космологом, выясняющим, как квантовая теория поля объясняет испарение черных дыр, и наоборот.
Лично мне космология нравится в любом виде. Впервые я поняла, что это стоящая наука, лет в десять благодаря книгам и лекциям Стивена Хокинга. Он говорил о черных дырах и искривлении пространства-времени, о Большом взрыве и многих других вещах, заставлявших мои мозги буквально шевелиться. Я никак не могла насытиться знаниями. Когда я узнала, что Хокинг называет себя космологом, я поняла, чем хочу заниматься. На протяжении многих лет я проводила исследования в нескольких областях физики и астрономии, изучая черные дыры, галактики, межгалактический газ, нюансы Большого взрыва, темную материю и возможность внезапного исчезновения Вселенной[5]. Я даже какое-то время баловалась экспериментальной физикой элементарных частиц, проводя юношеские годы в лаборатории ядерной физики, играясь с лазерами (что бы ни было написано в отчетах, тот пожар устроила не я) и плавая на надувной лодке по заполненному водой баку подземного детектора нейтрино (тот взрыв тоже произошел не по моей вине).
В настоящее время я занимаюсь в основном теорией, что, вероятно, лучше для всех. Это означает, что я не провожу наблюдений и экспериментов и не анализирую данные, хотя я часто делаю прогнозы относительно результатов будущих наблюдений или экспериментов. В основном я работаю в области, называемой феноменологией: она находится на границе между разработкой новых теорий и той сферой, в которой эти теории подвергаются фактической проверке. То есть я ищу новые пути объединения гипотез, выдвигаемых теоретиками относительно структуры Вселенной, с тем, что надеются обнаружить в своих данных астрономы-наблюдатели и физики-экспериментаторы. А это значит, что я должна знать кое-что обо всем[6], и это чертовски весело.
Предупреждение о спойлере
Когда я писала книгу, я смогла углубиться в вопрос о том, куда мы движемся, что все это значит и что мы можем узнать о нашей Вселенной, задавая подобные вопросы. Общепринятых ответов на них пока нет, вопрос о судьбе всего сущего остается открытым, и в этой области активно проводятся исследования, выводы которых могут резко измениться из-за небольших корректировок в интерпретации полученных данных. В этой книге мы рассмотрим пять сценариев, чаще всего обсуждаемых профессиональными космологами, и изучим лучшие из современных аргументов за и против каждого из них.
Каждый сценарий представляет собой совершенно особый вид апокалипсиса, обусловленного различными физическими процессами, однако все они сходятся в одном: конец неизбежен. Изучая современную космологическую литературу, я не обнаружила ни одного серьезного предположения о том, что Вселенная может существовать вечно без каких-либо изменений. Как минимум предполагается некий переход, который в любом случае уничтожит все, и в результате по крайней мере наблюдаемая часть космоса станет непригодной для существования какой бы то ни было организованной структуры. Учитывая вышесказанное, я буду называть это концом (приношу свои извинения читающим эти строки спонтанным квантовым флуктуациям, на время обретшим сознание)[7]. Некоторые из этих сценариев намекают на возможность обновления космоса и даже на повторение тех или иных событий, однако вопрос о сохранении какой-либо памяти о предыдущих итерациях по-прежнему остается предметом жарких споров, равно как и вопрос о принципиальной возможности избежать космического апокалипсиса. Наиболее вероятной представляется точка зрения, согласно которой конец нашего небольшого островка жизни, называемого наблюдаемой Вселенной, будет абсолютным. И в этой книге, помимо всего прочего, я расскажу вам, как именно это может произойти.
Чтобы восполнить возможные пробелы в знаниях, мы начнем с краткого обзора истории Вселенной с момента ее зарождения вплоть до сегодня. А затем мы поговорим о ее гибели. Каждая из пяти глав будет посвящена различным сценариям конца Вселенной, тому, как это может произойти, как это будет выглядеть и как изменение наших знаний о физическом устройстве реальности ведет нас от одной гипотезы к другой. Мы начнем с обсуждения так называемого Большого сжатия, впечатляющего коллапса Вселенной, который может произойти в том случае, если процесс ее расширения повернется вспять. В последующих двух главах будут описаны апокалиптические сценарии, обусловленные темной энергией. Один из них предполагает бесконечное расширение Вселенной, в ходе которого она будет становиться все более пустой и темной. В другом Вселенная буквально разрывается на части. Затем мы поговорим о распаде вакуума – спонтанном возникновении квантового пузыря смерти[8], пожирающего космос. Наконец мы зайдем на спекулятивную территорию циклической космологической модели: она допускает существование дополнительных пространственных измерений и уничтожение нашего космоса в результате столкновения с параллельной Вселенной… которое происходит снова и снова. В заключительной главе мы подведем итоги и познакомимся с последними новостями от нескольких экспертов, узнаем, какой из сценариев в настоящее время кажется наиболее правдоподобным и какие наблюдения, и эксперименты могли бы способствовать окончательному разрешению данного вопроса.
Какой смысл все это имеет для нас как для людей, живущих в необъятном и равнодушном пространстве, – уже совсем другой вопрос. В эпилоге будет представлен ряд точек зрения на возможность сохранения каких-либо следов существования сознания после нашего исчезновения[9].
Мы пока не знаем, что станет причиной уничтожения Вселенной, – огонь, лед или что-то экстраординарное. Однако бесспорным остается тот факт, что это огромное, красивое и потрясающее место, которое стоит исследовать. Пока это еще возможно.
Глава 2. От большого взрыва до наших дней
Начала подразумевают и требуют завершений.
4
Теоретики струн создают множество таких теорий. (Теория струн – это общий термин для теорий, которые пытаются по-новому объединить физику гравитации и элементарных частиц, однако большая часть работы, направленной на ее развитие, в настоящее время основывается, скорее, на математических аналогах, нежели на том, что имеет отношение к «реальному» миру.) Иногда в ходе лекции по теории струн мне приходится сдерживать себя, чтобы не поднять руку и не сказать о том, что ни одно из представленных вычислений не имеет отношения к нашей Вселенной, на тот случай, если кто-то из присутствующих ощущал такое же замешательство, какое испытала я, начав посещать лекции, посвященные данной теме.
5
Это одна из самых забавных вещей, над которыми я когда-либо работала, результатом чего и стала эта книга. Не могу точно сказать, почему мне так нравится данная тема. Не исключено, что это плохой знак.
6
А поскольку речь идет о Вселенной, выражение «обо всем» следует понимать буквально.
7
Потерпите до главы 4, в которой мы подробно поговорим о «больцмановском мозге».
8
Технически он называется «пузырем истинного вакуума», что, надо признать, звучит не менее зловеще.
9
Еще один спойлер: шансы невелики.