Какой будет конец Вселенной?

Конец света – традиционная тема в мифологии. Викинги считали, что Рагнарёк, или «рок богов», будет сопровождаться ледяным опустошением. В индуистской мифологии все вещество и энергия разрывает на куски Шива-Разрушитель, у ацтеков же церемония Нового огня превратила в ритуал разрушение и новое созидание Вселенной. Эта тема так же является благодатной почвой для игры воображения писателей-фантастов.

ГЕОМЕТРИЯ ПРОСТРАНСТВА

Вплоть до прошлого века ученые полагали, что Вселенная существовала всегда и конца ей не будет. После открытия Эдвином Хабблом расширяющегося космоса астрономы начали всерьез задумываться над этим вопросом. Хаббл доказал, что Большой взрыв обоснован и правдоподобен, и что пространство и время появились всего 13,7 млрд лет назад. Если у Вселенной есть точная дата рождения, значит, будущем она может погибнуть. Вопрос – как?

В зависимости от того, сколько в среднем есть массы, Вселенная имеет три возможные формы – их называют плоской, открытой или закрытой.

ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ

В открытой Вселенной расширение длится бесконечно. В плоской модели Вселенной расширение продолжается, но замедляется, поскольку гравитационный эффект массы сопротивляется ее расширению. В обоих случаях исходом Вселенной может быть тепловая смерть, впервые предложенная физиком и математиком Уильямом Томсоном, известным как лорд Кельвин.

Кельвин придерживался мнения, что в закрытых системах (включая Вселенную) энергия выравнивается и распределяется, пока не достигает универсального термодинамического равновесия – т. н. энтропии, когда во Вселенной больше нет энергии, поддерживающей ее в рабочем состоянии.

Повсюду в вечности энергия преобразуется в механическое движение, а затем в тепло, которое медленно рассеивается, по мере
того как Вселенная приближается (но никогда не достигнет) абсолютного нуля, самой холодной из возможных температур. Открытие космического микроволнового фонового излучения (реликтового излучения), или остаточного свечения от Большого взрыва, похоже, подтверждает эту гипотезу. Вселенная была бесконечно горячей, когда случился Большой взрыв, но с тех пор она остыла до нескольких градусов выше абсолютного нуля.

ГЕОМЕТРИЯ ПРОСТРАНСТВА

Теория относительности Эйнштейна ввела понятие искривленного пространства. Она переопределила гравитацию как искажение пространства-времени, вызываемое массивными объектами. Ученые говорят о геометрии космоса и используют двухмерные термины для описания трехмерной Вселенной. Ее судьба зависит от того, несет ли баланс между гравитацией и расширением пространству отрицательную, положительную или нулевую кривизну:

ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ КРИВИЗНА: Вселенная открыта и будет расширяться бесконечно.
ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ КРИВИЗНА: Вселенная закрыта и, в конце концов, обвалится сама на себя.
НУЛЕВАЯ КРИВИЗНА: Вселенная плоская и будет расширяться с убывающей скоростью.

РАЗОРВАННОЕ ПРОСТРАНСТВО

В 1998 году ученых повергло в шок заявление специалистов из Космологического проекта по изучению сверхновых о том, что расширение Вселенной не является ни постоянным, ни замедляющимся, а наоборот – ускоряется. Для объяснения этого феномена ученые ввели понятие особой формы антигравитации, которую назвали темной энергией.

Физик Роберт Колдуэлл из Дартмутского колледжа (одного из старейших университетов США) выдвинул предположение, что если бы Вселенная продолжала расширяться с растущей скоростью, материя могла бы достичь таких колоссальных скоростей, что ее раскромсало бы на субатомные частицы и радиацию. Эта теория, известная как Большой разрыв, имеет отголоски в индуистской мифологии.

Но пока никто не знает, что такое темная энергия, как она функционирует и даже существует ли она вообще. Гипотеза об ее существовании выросла из наблюдений за сверхновыми типа 1а, считавшимися объектами с фиксированной светимостью, дистанцию до которых, как предполагалось, можно точно измерить. Далекие сверхновые оказались более тусклыми, чем ожидалось, что указывало на большее расстояние до них, чем предыдущие расчеты космического расширения.

Но может быть, далекие сверхновые вели себя не так, как расположенные ближе? Тогда расширение Вселенной не ускоряется, и темная энергия становится излишней. Кроме того, Вселенная может быть достаточно плотной, чтобы сопротивляться расширению, и тогда выигрывает третий сценарий – модель закрытой Вселенной.

ВРЕМЯ ХЛОПКА

В какой-то момент в будущем гравитационное притяжение всей материи может остановить расширение Вселенной, и начнется «схлопывание» в обратную сторону. Вселенная свалится сама на себя (коллапсирует) до бесконечно малой плотной массы,
называемой сингулярностью, которая и существовала в тот момент, когда случился Большой взрыв. Эту теорию назвали Большим сжатием. Существует также вероятность, что вслед за этим Вселенная возродится в результате нового Большого взрыва – Большого отскока. В 2008 году физики-теоретики Абэй Аштекар, Алехандро Коричи и Парамприт Сингх предложили модель теории Большого отскока, которая добавляет к этому понятию еще и вес.

Эта теория получила название циклической модели Вселенной, которую впервые предложил советский математик и физик А. А. Фридман (1888-1925) еще в 1922 году, а в 1934 году ее развил американский физик Ричард Толмен (1881-1948).

МНОГОМИРИЕ

А может быть, правы были ацтеки? Идея о цикличности Вселенной появляется и во многих других мифологиях. Вполне вероятно, что современное состояние Вселенной – единственное, при котором возможно существование разумной жизни. Такой подход называют антропным принципом, он также применим к более обшей теории космологии, именуемой мультимирием.