Какой будет Вселенная через 10 100 лет? При ее неограниченном расширении все протоны распадутся,
галактики превратятся в черные дыры, а сами черные дыры «испарятся». Если Вселенная в будущем коллапсирует, то процессы ее расширения и сжатия могут циклически повторяться…

В последние годы успехи в изучении взаимодействий элементарных частиц при высоких энергиях способствовали значительному прогрессу в космологии. Попытки описать все основные силы природы как различные проявления одной фундаментальной силы частично оказались успешными в так называемых объединенных теориях взаимодействия элементарных частиц.

Такие теории позволяют хотя бы приближенно описать основные физические процессы в температурном интервале, начиная от крайне низких температур, близких к абсолютному нулю, до температур порядка 10 32 К. Они дают возможность составить общее представление о свойствах материи при плотностях, представляющих космологический интерес - от значений меньше 10 -300 г/см 3 до величин, превышающих 10 100 г/см 3 . Экстремальные условия, свойственные границам указанных интервалов, могут преобладать либо на очень ранних, либо на самых поздних стадиях эволюции Вселенной.

Сравнительно недавно несколько физиков и космологов, в том числе и авторы настоящей статьи, попробовали экстраполировать процесс развития Вселенной в далекое будущее, вплоть до того времени, когда ее возраст достигнет 10 100 лет.

Теория Большого взрыва

В основе метода экстраполяции лежит модель Большого взрыва. Согласно этой модели, началом расширения Вселенной послужил взрыв исключительно плотного компактного образования, произошедший
10-20 млрд. лет назад. В настоящее время считается общепризнанным, что эволюцию Вселенной определили первые моменты с начала ее расширения.

Использование терминологии, связанной со взрывом, объясняется тем, что материя и энергия в наблюдаемой Вселенной представляются как бы разлетающимися в пространстве. Правда, термин «Большой взрыв» не совсем удачный, поскольку ассоциируется с наблюдением взрыва как бы со стороны. Наблюдать же «со стороны» взрывное расширение Вселенной, включающей в себя все сущее, в прин-
ципе невозможно.

Само пространство тоже расширяется в том смысле, что все галактики удаляются друг от друга со скоростями, пропорциональными расстоянию между ними. Наблюдателю, находящемуся в нашей Галактике, другие галактики представляются «разбегающимися» от него. Чем дальше галактика, тем с большей скоростью она удаляется от нас. С увеличением расстояния на 1 млн. световых лет эта скорость возрастает на 17 км/с. Математической основой модели Большого взрыва являются уравнения общей теории относительности Эйнштейна.

Примерно через три минуты после начала расширения Вселенной ядерные реакции привели к синтезу гелия, а также других легких элементов, хотя и в гораздо меньших количествах. Однако Вселенная охладилась слишком быстро, для того чтобы успели образоваться углерод и другие более тяжелые элементы. Поэтому значительная часть водорода сохранилась и послужила ядерным горючим для звезд.

Наблюдаемый избыток вещества по сравнению с антивеществом, возможно, обусловлен реакциями, протекавшими всего через 10 ~ 38 с. после начала расширения. Именно на основе этого предположения большинство объединенных теорий взаимодействия элементарных частиц предсказывают возможность
распада любой ядерной материи.

Из-за недостаточности наших представлений о самых ранних стадиях расширения Вселенной пока нельзя ответить на важнейший вопрос космологии: будет ли Вселенная постоянно расширяться или силы гравитации остановят ее расширение и увлекут пространство и время вновь к состоянию изначального
«огненного шара» ?

Поскольку с помощью экспериментов и наблюдений пока не удается решить вопрос о замкнутости Вселенной, при прогнозировании ее далекого будущего приходится принимать во внимание обе возможности - и ее замкнутость, и открытость.

Открытая Вселенная

Сначала предположим, что критическая плотность не достигается и Вселенная открыта. Что произойдет с ее крупномасштабной структурой (т.е. каково будущее геометрических свойств Вселенной) и локальными образованиями (от протонов до галактик) ?

Согласно современным представлениям, эволюция локальных образований открытой Вселенной должна пройти шесть основных этапов.

• Первый из них займет 10 14 лет после Большого взрыва. За это время у всех звезд выгорит их «горючее». Основным ядерным горючим на протяжении почти всей жизни звезды является водород, который в ее недрах превращается в гелий. После того как большая часть водородного горючего исчерпана, размеры
  звезды быстро увеличиваются в несколько раз, и она становится красным гигантом. На этой стадии гелий превращается в углерод и другие более тяжелые элементы.

Термоядерные реакции в этих процессах «работают» в таком направлении: водород превращается в гелий, гелий в углерод, а углерод в более тяжелые элементы. Эта последовательность превращений обычно
завершается образованием железа. Ядра железа имеют самую низкую полную энергию на единицу массы по
сравнению с указанными элементами, так что при достижении «железного предела» энергия ядерного горючего Вселенной полностью исчерпывается.

• Второй этап эволюции Вселенной состоит в потере всеми звездами своих планет. Если к звезде, вокруг которой обращается планета (или планеты), приблизится другая звезда на расстояние, не превышающее радиус планетной орбиты, то последняя будет сильно изменена гравитационным полем приблизившейся звезды и планета может улететь в межзвездное пространство. Средний промежуток времени, в течение которого возможна подобная встреча, зависит от концентрации звезд в данной области пространства, радиуса планетных орбит и от скорости сближения звезд.

Концентрацию звезд в пространстве можно оценить по объему, в котором содержится по крайней мере одна звезда. Звезда с обращающейся вокруг нее планетой «заметает» в пространстве цилиндр, размер которого зависит от размера орбиты планеты и от скорости звезды.

Средний интервал времени между звездными сближениями равен времени, необходимому для того, чтобы объем этого цилиндра стал равен объему, содержащему по крайней мере одну звезду. Концентрация звезд в типичной галактике равна примерно одной звезде на 35 кубических световых лет пространства.

По оценке Ф. Дайсона (Институт высших исследований в Принстоне, США), средний радиус орбиты планеты примерно равен 100 млн. км, а скорость движения звезды в пространстве составляет 50 км/с. Объем цилиндра, «заметаемого» движущейся планетной системой, окажется по прошествии 10 15 лет равным 35 кубическим световым годам, поэтому встреча с другой звездой в течение этого промежутка времени вполне возможна.

На основании этого можно предположить, что примерно через 100 подобных сближений звезда лишится всех своих планет; следовательно, за время, равное 100 * 10 15 лет, т.е. за 10 17 лет, все звезды потеряют свои планеты.

• Третий этап эволюции Вселенной - результат еще больших сближений звезд. Когда две звезды проходят близко друг от друга, гравитационное взаимодействие между ними способно передать кинетическую энергию от одной звезды к другой. При достаточно большом сближении одна из звезд может приобрести настолько высокую скорость, что «вылетит» из галактики. В силу закона сохранения
  энергии кинетическая энергия второй звезды при этом соответственно уменьшится. В итоге эта звезда приблизится к ядру галактики.

Этот этап может быть назван этапом испарения галактик. Взаимодействие звезд воспроизводит в гигантском
масштабе взаимодействие молекул, испаряющихся с поверхности жидкости. Сходный по характеру обмен энергией, возможно, приведет к тому, что не только звезды, но и значительная часть межзвездного газа также покинет галактики.

После того как примерно 90 % массы галактик испарится, гравитационное поле станет «собирать» оставшиеся звезды и вещество в ядро с возрастающей плотностью. Галактики, которые мы наблюдаем в настоящее время, по-видимому, имеют в центре сверхмассивную черную дыру - область пространства, которую не могут покинуть ни вещество, ни излучение (не принимая во внимание особый случай, связанный с законами квантовой механики).

Даже если никакой черной дыры в центре галактики не существует, плотность ее ядра, вероятно, возрастет настолько, что гравитационные силы преодолеют сопротивление, оказываемое давлением газа, и ядро катастрофически быстро сожмется (коллапсирует). В результате образуется сверхмассивная черная дыра.

Расчеты, аналогичные проведенным нами для случая потери планет звездами, показывают, что испарение звезд из галактик, сопровождающееся коллапсом последних, произойдет к тому времени, когда возраст Вселенной достигнет 10 18 лет.

• Четвертый и пятый этапы эволюции открытой Вселенной - это космологические явления в поздних ее стадиях, предсказываемые большинством объединенных теорий взаимодействия элементарных частиц. Правда, эти явления не играют существенной роли, пока возраст Вселенной после эпохи коллапса галактик не увеличится по меньшей мере еще в 100 раз.

Если протон подвержен распаду, то процесс этот окажет существенное влияние на те звезды, которые не будут поглощены черными дырами в центре галактик. Это звезды, испарившиеся из галактик. Распад протонов и нейтронов будет поддерживать температуру звездного вещества, гораздо более высокую по сравнению с межзвездной средой.

Если предположить, что время жизни протона составляет 10 30 лет, то скорость распада в звезде размером с
Солнце должна быть порядка 10 27 протонов в год. Распад каждого протона порождает ливень энергетических электронов, позитронов, нейтрино и фотонов. Все эти дочерние частицы, за исключением нейтрино, поглощаются звездой, и поглощенная энергия поддерживает высокую температуру звездного вещества.

Точное значение температуры звезды в эпоху протонного распада можно определить следующим образом. Предположим, что интенсивность излучения звезды равна количеству тепловой энергии, выделяемой в единицу времени при распаде протонов. В этом равновесном состоянии температура зависит от массы звезды, площади поверхности, с которой излучается тепло, энергии покоя и времени жизни протона.

Вычисления показывают, что равновесная температура составляет 100 К для самых массивных «мертвых» звезд (которые, как это ни парадоксально, имеют наименьшие размеры) и примерно 3 К для больших по
размеру и менее массивных звезд.

Звезды охладятся до равновесной температуры к тому времени, когда возраст Вселенной составит 10 20 лет,
после этого их температура будет оставаться примерно постоянной до тех пор, пока большая часть протонов не распадется. Возраст Вселенной к этому времени достигнет 10 30 лет.

Интенсивность излучения звезд будет относительно невысокой, но отнюдь не ниже интенсивности фонового излучения, связанного с Большим взрывом. Температура, соответствующая фоновому излучению, зависит от свойств открытой расширяющейся Вселенной. Если плотность Вселенной меньше критической, то к тому времени, когда ее возраст достигнет 10 30 , эта температура уменьшится до 10 -20 К.

С другой стороны, если плотность в точности равна критической, то Вселенная будет расширяться медленнее и температура, соответствующая фоновому излучению, уменьшится до 10 -13 К. Таким образом, она будет на 13 - 20 порядков ниже температуры «мертвых» звезд.

• Шестой и последний этап в эволюции открытой Вселенной - это распад черных дыр. Как следует из эйнштейновской теории гравитации, ничто - ни вещество, ни излучение - не может выйти из черной дыры. Существует граница, называемая «горизонтом событий», на которой скорость, необходимая для ухода от черной дыры, оказывается равной скорости света.

Поэтому никакая частица, находящаяся за горизонтом событий, не может приобрести скорость, достаточную для пересечения этой границы. Однако в 1974 г. С. Хокинс из Кембриджского университета (Англия) показал, что в силу законов квантовой механики черная дыра может отдать всю энергию, связанную с ее массой, в результате чего она исчезнет.

Хокинс показал, что интенсивность излучения черной дыры обратно пропорциональна квадрату ее массы.
Сначала эта интенсивность невелика, но по мере уменьшения массы черной дыры она возрастает. Отсюда следует, что все черные дыры должны в конце концов исчезнуть, иначе говоря «испаряться».

К тому времени, когда возраст Вселенной достигнет 10 100 лет, все сверхмассивные черные дыры - результат коллапса галактик - испарятся. Эти процессы испарения, в особенности их последние стадии, будут сопровождаться все более нарастающей эмиссией фотонов. Таким образом, в возрасте 10 100 лет Вселенная будет состоять из крайне разреженного газа электронов и позитронов, нейтрино и фотонов малой энергии, испущенных задолго до испарения черных дыр, а также многочисленных расширяющихся сфер, состоящих из фотонов высокой энергии, родившихся в процессе испарения черных дыр.

Замкнутая Вселенная

Все высказанные выше предположения относятся к открытой Вселенной. Попробуем заглянуть в будущее Вселенной, предположив, что существует достаточное количество несветящейся материи, для того чтобы силы гравитации остановили расширение Вселенной и привели к ее сжатию.

Чем ближе средняя плотность к критическому зна-чению, тем дольше фаза расширения замкнутой Вселенной. Однако мы не знаем таких причин, в силу которых средняя плотность была бы достаточно близкой к критической, для того чтобы Вселенная расширялась в течение времени, достаточного для распада большей части протонов.

Поэтому в фазе максимального расширения замкнутая Вселенная, как и при расширении открытой Вселенной, вероятно, будет состоять из «мертвых» звезд, сверхмассивных черных дыр - остатков галактик, а также нейтрино и фотонов малой энергии.

Основные события в фазе расширения замкнутой Вселенной происходят в той же последовательности, как и события при расширении открытой Вселенной. (Коллапс открытой Вселенной, разумеется, невозможен.) С изучением коллапса связаны работы нескольких исследователей, включая М. Риса из Кембриджского университета (Англия).

По мере увеличения энергии фотонов при сжатии Вселенной они нагревают «мертвые» звезды, что приводит к их быстрому «сгоранию», взрыву или испарению. В процессе возрастания ее плотности черные
дыры поглощают вещество и при столкновении друг с другом сливаются.

Можно рассчитать, что во Вселенной, в которой на каждую галактику приходится по одной сверхмассивной
черной дыре, «мертвые» звезды поглощаются черными дырами вскоре после того, как из них начинает испаряться вещество. Все черные дыры в конце концов сливаются в одну гигантскую черную дыру (коллапс Вселенной).

Что же ждет нашу Вселенную?

Что касается будущего Вселенной, для человека наиболее важным, по-видимому, является вопрос о будущем жизни и разума. Сможет ли разум постоянно поддерживать условия, благоприятные для жизни?

Несколько космологов, в том числе Дайсон и С. Фраучи из Калифорнийского технологического института, предпринимают в настоящее время попытки анализа путей энергообеспечения жизни в далеком будущем, а также проблем связи при освоении цивилизацией все более удаленных областей космического пространства.

Дайсон полагает, что материальными носителями жизни и сознания совсем не обязательно должны быть
только клетки с их ДНК. Существенной особенностью сознания является определенная сложность структуры, которая в принципе может быть реализована в любом «подходящем материале». Тем самым он полагает, что идея о мыслящем компьютере или о мыслящем облаке не может быть отброшена из общих соображений, как философски неприемлемая.

С учетом этих предположений, изменения космической среды, вызванные гибелью или остыванием звезд и их испарением из галактик, не обязательно будут разрушительными для систем, которые можно считать «живыми» и «разумными».

Например, энергию в принципе, можно «добывать» из гравитационного поля сверхмассивной черной дыры. Однако распад протонов и нейтронов возможно приведет к фундаментальным изменениям, ибо кажется маловероятным, что разум может быть основан на системе из электронов и позитронов. Кроме того,
если Вселенная замкнута, то условия, необходимые для жизни, могут существовать только в определенные периоды в течение каждого цикла.

В открытой Вселенной «границы жизни» иные. С испарением черных дыр наступает космический энергетический кризис, поскольку по мере расширения Вселенной оставшиеся частицы вещества и фотоны теряют свою энергию. Любая постоянная скорость потребления энергии произвольными формами жизни в конце концов окажется недостаточной.

С другой стороны, Дайсон полагает, что увеличивающиеся периоды «гибернации», во время которых энергия не потребляется, могут сопровождаться периодами ее потребления. Таким образом, для очень долгого существования цивилизаций в открытой Вселенной потенциальная возможность имеется.

Невероятные факты

Одна из самых интересных вещей о Вселенной заключается в том, что мы слишком мало о ней знаем.

И так же, как мы хотим знать, что происходит после смерти, и наука задаётся вопросом о том, как Вселенная закончит своё существование.

Естественно настолько, насколько человек в состоянии думать о таких понятиях.

По-настоящему захватывает то, что теорий на эту тему существует очень много, при этом, они отличаются друг от друга очень сильно.

Теории конца света

10. Большое сжатие

Наиболее яркой теорией о том, как Вселенная начала своё существование, является теория Большого Взрыва, когда вся материя была сосредоточена в одной бесконечно плотной точке в бездне .

Потом нечто привело к взрыву. Материя выплеснулась наружу с невероятной скоростью, и, в конечном итоге, это привело к тому, что сформировалась Вселенная, которую мы знаем сегодня.

Большое сжатие, как вы, наверное, уже догадались, - это нечто противоположное теории Большого Взрыва. Вся та материя, которая выплеснулась в начале существования мира, находится под воздействием гравитации нашей Вселенной.

Согласно этой теории, гравитация, в конечном счёте, приведёт к тому, что процесс распространения материи сначала замедлится, а потом и вовсе остановится, и материя станет сокращаться.

Сокращение приведёт к тому, что весь "материал" (планеты, звёзды, галактики, чёрные дыры и т.д.) окажется снова в одной центральной супер плотной точке.

Таким образом, вся материя Вселенной сконцентрируется в бесконечно малой точке.

Однако, на основе имеющихся знаний, нечто подобное вряд ли может произойти, потому как согласно недавно полученным фактам, Вселенная, судя по всему, расширяется усиленными темпами.

9. Неизбежная тепловая смерть Вселенной

Подумайте о тепловой смерти, как о чём-то полностью противоположном Большому сжатию. В этом случае, гравитация оказывается недостаточно сильной, чтобы преодолеть расширение материи, поэтому Вселенная продолжает расширяться в геометрической прогрессии.

Галактики отдаляются друг от друга, а всеохватывающая ночь между ними становится всё шире и шире.

Вселенная подчиняется тем же правилам, что и любая термодинамическая система: тепло равномерно распределяется по всему пространству.

Таким образом, ветер рассеет всё вещество равномерно, даже по самым холодным, тёмным и серым уголкам.

В конце концов, все звезды, одна за одной, потухнут, а для того, чтобы зажглись новые, не будет достаточного количества энергии. В итоге, погаснет вся Вселенная.

Материя останется, но будет существовать в форме частиц, и их движение будет случайным. Вселенная будет находиться в состоянии равновесия, а эти частицы будут отражаться друг от друга, не обмениваясь при этом энергией.

В результате останется пустота с "живущими" в ней частицами.

Как мир закончит своё существование

8. Тепловая смерть из-за чёрных дыр

Согласно популярной теории, большая часть материи во Вселенной движется по кругу от чёрных дыр. Достаточно взглянуть на галактики, в которых есть всё, при этом центр которых является домом сверхмассивных чёрных дыр.

Большинство теорий о чёрных дырах предполагает поглощение звёзд или даже целых галактик в случае их попадания в дыры.

В определённый период эти чёрные дыры поглотят большую часть материи, и мы останемся с тёмной Вселенной. Время от времени можно будет наблюдать вспышки света, похожие на молнию .

Это будет означать, что излучающий энергию объект подошёл слишком близко к чёрной дыре, но его "сил" не хватило, и он оказался поглощённым.

В конце концов, мы останемся ни с чем, а гравитационные колодцы упадут в пропасть. Более массивные чёрные дыры поглотят своих маленьких "коллег", становясь при этом ещё больше.

Но всё же это не будет конечным состоянием Вселенной. Со временем чёрные дыры из-за потери массы и из-за излучения Хокинга испарятся.

Таким образом, после того, как умрёт последняя чёрная дыра , Вселенная останется равномерно заполненной субатомными частицами с излучением Хокинга.

Сценарии конца света

7. Конец времени

Если и существует что-то вечное, то, безусловно, это время. Существует ли Вселенная или нет, у времени на всё свой взгляд. В противном случае не было бы никакой возможности отличить текущий момент от следующего.

Но что если время потеряло момент или просто застыло? Что если моментов больше нет? Всё застыло . Навсегда.

Предположим, что мы живём во Вселенной, которая никогда не закончится. Обладая бесконечным запасом времени, всё, что может случиться, со 100-процентной вероятностью произойдёт.

То же самое происходит, если вы будете жить вечно. У вас в распоряжении бесконечное количество времени, поэтому всё, что может произойти, гарантированно произойдет (причём бесконечное количество раз).

Таким образом, если вы живёте вечно, то вероятность того, что вы можете надолго "выйти из строя" достигает 100 процентов, и вы можете потратить вечность на то, чтобы восстановиться.

Из-за перепутанности расчётов, которые пытаются предсказать итог существования Вселенной, учёные предположили, что время, в конечном счёте, может остановиться.

Если предположить, что вы это всё испытаете, вы никогда не поймёте, что что-то неладно. Время просто остановится , и всё превратится в одно мгновение, один снимок.

Но это не будет продолжаться вечно, это будет одно состояние времени. Вы бы никогда не умерли. Вы бы никогда не постарели. Это было бы своего рода псевдо бессмертие. Но вы бы никогда об этом не узнали.

Как наступит конец света

6. Большая кража

Теория Большой кражи похожа на Большое сжатие, но гораздо более оптимистична. Представьте себе такой же сценарий: гравитация замедляет расширение Вселенной и конденсирует всё обратно в одну точку.

В этой теории силы одного быстрого сжатия достаточно для того, чтобы случился ещё один Большой Взрыв, и Вселенная начала существование с нуля.

В этой модели все на самом деле не уничтожается, а просто "перераспределяется".

Физикам не нравится это объяснение, поэтому некоторые учёные утверждают, что, скорее всего, Вселенная не сможет пройти весь путь обратно до окончания в одной точке.

Вместо этого, всё случится очень близко к описываемому, но собранная в одном месте материя оттолкнётся от силы, подобно той, которая отталкивает мяч от пола при броске.

Эта Большая кража будет очень похожа на Большой Взрыв, и теоретически создаст новую Вселенную. В данной колеблющейся теории Вселенной, наша Вселенная может быть первой в системе, а может быть и 400-сотой.

Никто не сможет этого сказать.

5. Большой разрыв

Независимо от того, как закончится мир, учёные не почувствуют необходимости использования в описании этого явления слова "большой".

В этой теории невидимая сила называется "тёмной энергией", и она вызывает ускорение процесса расширения Вселенной, что мы и наблюдаем сегодня.

В конце концов, ускорение достигнет своего предела, и Вселенная разорвёт саму себя, чтобы уйти в небытие.

Самое страшное в этой теории заключается в том, что в то время, как большинство всех теорий в данном списке подразумевают конец света после того, как сгорят звёзды, Большой разрыв, по оценкам, случится примерно через 16 миллиардов лет.

На этом этапе существования Вселенной, планеты (а теоретически и жизнь) по-прежнему функционируют. А этот катаклизм вселенского масштаба убьёт всё живое и все планеты.

Но это можно только предполагать. Однако, смерть определённо будет насильственной, а не медленной и тепловой, как ожидают большинство людей.

Конец Вселенной: как?

4. Вакуумная метастабильность

Эта теория зависит от идеи, что Вселенная существует в принципиально нестабильном состоянии. Если вы посмотрите на значение квантовых частиц физики, то увидите, что многие теоретики квантовой физики полагают, что наша Вселенная балансирует на грани устойчивости.

Сторонники этой теории предполагают, что через миллиарды лет Вселенная "опрокинется". Когда это произойдёт, в какой-то момент во Вселенной появится пузырь.

Вероятнее всего это будет альтернативная Вселенная. Этот пузырь будет расширяться во всех направлениях со скоростью света, и уничтожит всё, к чему будет прикасаться, в итоге уничтожив всё во Вселенной.

Но не волнуйтесь: Вселенная всё ещё будет существовать. Этот пузырь "такой же, но другой" Вселенной просто изменит положение вещей. Законы физики будут другими, и может быть даже там будет жизнь.

3. Временной барьер

Если мы попробуем вычислить вероятности происхождения чего-либо в мультивселенной (где есть бесконечные вселенные, каждая отличающаяся от другой), то мы столкнемся с той же проблемой, как и в случае с бесконечной Вселенной: у всего есть 100-процентный шанс возникновения.

Чтобы обойти эту проблему, учёные просто взяли участок Вселенной и вычислили вероятности именно для него.

Это даёт возможность произвести верные расчёты , но границы, которые были установлены для проведения их «разрезают» Вселенную, что не совсем верно с точки зрения целостности.

Из-за того, что законы физики не работают в бесконечной вселенной, единственный вариант, когда эту модель имеет смысл рассматривать, это наличие реальных, физических границ, за пределы которых не может ничего выйти.

В соответствии с заявлениями физиков, в течение ближайших 3,7 миллиардов лет мы пересечём этот временной барьер, и вселенная закончится для нас.

Несмотря на то, что нам не хватает знаний по физике, чтобы точно описать это явление, перспективы всё равно страшные.

2. Этого не произойдёт, потому что мы живём в мультивселенной

В сценарии с бесконечными мультивселенными, вселенные могут просто возникать и исчезать. Они могут начинать своё существование благодаря Большому Взрыву, а заканчивать Большим Разрывом, в результате тепловой смерти и т.д.

Но это всё не важно, потому что в мультивселенной наша является лишь одной из многих. Несмотря на то, что "маленькие" вселенные могут враждовать и взрывать себя, а заодно и ту, которая рядом, самая большая вселенная всё равно будет существовать.

Несмотря на то, что само время может работать в других вселенных, в мультивселенной новые вселенные рождаются всё время. По заявлениям физиков, количество новых вселенных всегда будет больше, чем старых, поэтому в теории число вселенных только увеличивается.

1. Вечная Вселенная

Издавна говорили, что Вселенная всегда была, есть и будет. Это одна из первых концепций, которую люди выдвинули о природе Вселенной. Однако, у этой теории есть новый поворот с более серьёзным подходом.

Игнорируя теорию Большого взрыва как причину образования Вселенной, а, следовательно, и времени, сторонники данной концепции говорят, что время существовало и раньше.

При этом, сама Вселенная может быть результатом столкновения двух бран (листообразные структуры пространства, формирующиеся на высоком уровне бытия).

В этой модели Вселенная циклична и будет продолжать расширяться и сжиматься постоянно.

Наверняка мы сможем узнать это в ближайшие 20 лет, потому как у нас есть спутник Планк, который исследует геодезические пространства и фоновые излучения, и который сможет предсказать те или иные сценарии дальнейшего развития событий.

Это долгий процесс, но как только учёные смогут при помощи спутника составить диаграмму, будет легче понять, как же на самом деле зародилась Вселенная и чем все это закончится.

Занимает судьба Вселенной. Весьма интересен вопрос, что будет дальше со Вселенной. Как будет выглядеть Вселенная через миллионы лет. На этот счет существует множество мнений. Рассмотрим в этой статье несколько из тех, которые выглядят наиболее достоверно с точки зрения современной науке.

В качестве одного из вариантов конечной стадии развития Вселенной высказывается предположение о тепловой смерти . Вселенная, продолжая расширятся, будет продолжать остывать. С течением времени все звезды погаснут, завершив свое существование в виде белых карликов, нейтронных звезд и черных дыр . Вся запасенная во Вселенной энергия в конечном счете перейдет в тепловую. Все процессы во Вселенной прекратятся. В этот момент Вселенная станет практически темной. Все это произойдет примерно через 10 в 100 степени лет.

Несмотря на всю мрачность возникновение и поддержание жизни в такой Вселенной все еще возможно. Правда, только на небольшое время. Дело в том, что в условиях теплового равновесия возможно появление так называемой Больцмановской флуктуации. Это небольшой (в масштабах Вселенной) кусочек пространства, где это тепловое равновесие нарушено. В этой самой флуктуации идут процессы как в нашей Вселенной. В ней возможно возникновение и поддержание жизни.

Теория флуктуации настолько завлекла умы ученых, что существуют даже работы, в которых наш мир описывается как флуктуация в уже умершей Вселенной. Таким образом, некоторые предполагают, что тепловая смерть уже произошла. Все что мы видим вокруг себя, это лишь флуктуации энергии и остатки “былого величия”. Согласно такому мнению далекие Галактики уже остыли, и мы видим лишь свет от них, который летит до нас миллионы лет. Наше Солнце и еще некоторые звезды есть лишь крохотные флуктуации. Такие мнение нельзя назвать строго научным, так как оно имеет огромное количество противоречий. Однако, оно довольно популярно, и потому мы решили изложить его здесь.

Современная теория ускоренного расширения Вселенной вносит некоторые дополнительные соображения. Так, благодаря расширению большинство сейчас видимых Галактик будут находится так далеко, что станут невидимыми. Это начнет происходить еще за долго до тепловой смерти Вселенной. Большинство планетарных систем могут оказаться разрушенными. В дальнейшем, уже с наступлением тепловой смерти, расширятся будут отдельные звезды, планеты и черные дыры. В такой Вселенной невозможны никакие процессы, в том числе и возникновение жизни.

Еще недавно существовала еще одна модель, в которой расширение Вселенной в какой-то момент сменится сжатием. В этой модели эволюция Вселенной как-бы разворачивается в обратную сторону. Все космические объекты начинают постепенно сближаться и по прошествии примерно 10 в 14 степени лет Вселенная схлопнется в то нечто, из которого когда-то образовалась. Однако, последние измерения показали, что такое развитие ситуации невозможно. Массы вещества во Вселенной недостаточно чтобы противостоять ее ускоренному расширению, которое происходит в настоящий момент.

Стоит заметить, что все изменения во Вселенной происходят достаточно медленно. Так, скорей всего через 1 миллиард лет Вселенная изменится так незначительно, что мы этого не заметим или почти не заметим. Первые сколько либо значительные изменения могут быть только через несколько миллиардов лет. Тогда часть Галактик, видных в телескоп, начнут пропадать или становится тускней. Хотя и это справедливо с оговоркой на то, что существующая теория гравитации верна на таких масштабах. Возможно обнаружатся новые эффекты, способные по новому взглянуть на судьбу Вселенной.

Один из важнейших фактов, надежно установленных астрофизикой, сам факт эволюции Вселенной, ее направленное развитие вместо рисовавшихся ранее вечно повторяющихся процессов на неизменной в среднем "сцене". Вселенная расширяется, ее самые крупные структурные единицы - скопления галактик - удаляются друг от друга, и средняя плотность вещества уменьшается. Около 15 миллиардов лет назад эта плотность была необычайно велика, не было отдельных небесных тел, и вся материя представляла собой быстро расширяющуюся очень горячую плазму. Теоретическая астрофизика, воссоздала картину первых минут после начала расширения Вселенной, когда в Плазме при температуре миллиард градусов происходили процессы синтеза легких химических элементов. То, что картина воссоздана точно, сейчас уже не вызывает сомнений, один из неотвратимых аргументов "за" - наблюдаемое сейчас соотношение между количеством гелия и водорода. Успехи физики элементарных частиц позволяют заглянуть в еще более горячее прошлое, когда температуры достигали 10 28 К, а время от начала расширения составляло 10 -35 секунды. Мы изучаем прошлое, чтобы лучше понять настоящее и будущее, а близкое и отдаленное будущее человечества, будущее разума во многом зависит от будущего природы, от судеб Земли, Солнца, Галактики, Вселенной.

Изучение будущего Вселенной принципиально отличается от изучения прошлого. Прошлое оставило свои следы, и, обнаруживая их, мы проверяем правильность своих представлений. Картины будущего - это всегда экстраполяция - прямая проверка здесь невозможна. И тем не менее сегодня фундамент физических и астрофизических знаний настолько прочен, что позволяет с достаточной уверенностью рассматривать отдаленное будущее Вселенной. Этому посвящено уже немало работ, они и легли в основу нашего рассказа.

Прежде всего, конечно, возникает вопрос: неограниченно ли будет продолжаться расширение Вселенной? Ответ в принципе прост: если плотность материи во Вселенной достаточно велика, то силы тяготения в итоге остановят ее расширение, и оно сменится сжатием. Если плотность мала, то сил тяготения недостаточно, чтобы остановить расширение. Астрофизические наблюдения показывают, что средняя плотность видимого вещества во Вселенной примерно в 30 раз меньше критического значения (около 10 -29 г/см3 при современной скорости расширения), отделяющего один вариант будущего от другого.

Предположим сначала первый вариант - Вселенная расширяется неограниченно. Какие же процессы произойдут в этой неограниченно расширяющейся Вселенной? Первый из таких процессов сейчас ни у кого не вызывает сомнений - звезды погаснут. Солнце закончит свою активную эволюцию через несколько миллиардов лет и превратится в белый карлик размером с Землю, который будет постепенно остывать (см. цветную вкладку). Звезды массивнее Солнца проживут еще меньше п в зависимости от массы в конце концов превратятся либо в нейтронные звезды с поперечником всего в десятки километров, либо в черные дыры - объекты со столь сильным гравитационным полем, что оно не выпускает даже свет. Наконец, возможен катастрофический взрыв в конце "жизненного пути" звезды с полным ее разрушением. Звезды менее массивные, чем Солнце, живут дольше, но и они рано или поздно превращаются в остывшие карлики. В наше время возникают и новые звезды из межзвездной среды (по мнению академика В. А. Амбарцумяна, звезды возникают из сверхплотных тел). Настанет время, когда необходимые запасы ядерной энергии и вещества будут исчерпаны, новые звезды рождаться не будут, а старые превратятся в холодные тела или черные дыры. Звездная эра эволюции Вселенной закончится через 10 14 лет. Этот срок огромен, он в 10 тысяч раз больше времени, прошедшего от начала расширения Вселенной до наших дней.

А теперь о судьбах галактик. Звездные системы - галактики - состоят из сотен миллиардов звезд. В центрах галактик, вероятно, находятся сверхмассивные черные дыры, о чем свидетельствуют бурные процессы вокруг них, наблюдаемые астрофизиками. Для будущего галактик существенны очень редкие в наше время события, когда какая-либо звезда приобретает большую скорость в результате гравитационного взаимодействия с другими звездами и превращается в межгалактического странника. Звезды постепенно будут покидать галактику, а ее центральная часть будет понемногу сжиматься. Конечный этап - это сверхмассивная черная дыра, поглотившая остатки звезд центральной части галактики, и рассеивание примерно 90 процентов всех звезд в пространстве. Процесс разрушения галактик закончится примерно через 10 19 лет, все звезды к этому времени давно погаснут и потеряют право именоваться звездами.

Для дальнейших процессов определяющей является предсказываемая современной физикой нестабильность ядерного вещества. Имеется в виду, что протон хотя и очень долго живущая, но все же нестабильная частица. Среднее время его жизни оценивается примерно в 10 32 лет. Конечный продукт распада протона - один позитрон, излучение в виде фотонов, нейтрино и, возможно, одна или несколько электронно-по-зитронных пар. Хотя распад протона еще не наблюдался непосредственно, мало кто из физиков сомневается в неизбежности такого процесса. Нейтроны тоже нестабильны - в составе ядра они распадаются подобно протону, а в свободном состоянии в среднем за 15 минут распадаются на протон, электрон и антинейтрино.

Итак, примерно через 10 32 лет (обозначим это время как T r) ядерное вещество полностью распадется. Нораспад ядерного вещества уже задолго до этого срока начнет играть важную роль в эволюции Вселенной. Позитроны, возникающие при распаде нуклонов (это общее название протонов и нейтронов), аннигилируют с электронами, превращаясь в фотоны, которые вместе с фотонами, прямо возникающими при распаде нуклона, нагревают вещество. Только нейтрино свободно покидают звезду и уносят около 30 процентов всей энергии распада. Процесс распада будет поддерживать температуру умерших звезд и планет на уровне хоть и низком, но все же заметно отличном от абсолютного нуля. Так, белые карлики, остыв за 10 17 лет до температуры 5 К, будут потом сохранять эту температуру из-за выделения энергии при распаде вещества внутри них. Нейтронные звезды остывают за 10 19 лет до температуры около 100 К, после чего распад вещества в них будет поддерживать эту температуру (см. нижний график на цветной вкладке; изменение массы М, радиуса R и температуры Т умерших звезд в ходе распада ядерного вещества показано в сравнении с их начальными параметрами М 0 , R 0 и Т 0 , нейтронные звезды после уменьшения массы М примерно в 10 раз, то есть при М/М 0 ~0,1, взрываются).

Спустя 10 32 лет (T r) все ядерное вещество полностью распадется, звезды и планеты превратятся в фотоны и нейтрино.

Несколько иная судьба у рассеянного в пространстве газа, который останется после разрушения галактик (по массе он может составить около процента всего вещества Вселенной). Ядерное вещество этого газа тоже, разумеется, распадется через тр лет. Однако в этом случае позитроны, возникающие при распаде, уже не будут аннигилировать с электронами - из-за крайней разреженности газа вероятность встречи частиц чрезвычайно мала, и в результате образуется разреженная электронно-позитронная плазма.

К этому времени (T r) останутся еще черные дыры, возникшие из массивных звезд после их угасания, и сверхмассивные черные дыры, образовавшиеся в центрах галактик, о их судьбе мы скажем немного позже.

Что же будет происходить со Вселенной после распада ядерного вещества? В ту далекую эпоху во Вселенной будут присутствовать фотоны, нейтрино, электронно-пози-Тронная плазма и черные дыры. Основная часть массы окажется сосредоточенной в фотонах и нейтрино - начнется эра излучения.

С расширением Вселенной плотность массы излучения (фотонов и нейтрино) падает пропорционально четвертой степени размера (например, среднего расстояния между частицами), так как меняется и плотность числа частиц обратно пропорционально объему (куб размера) и энергия каждого кванта (а значит, и его масса) обратно пропорционально этому размеру. В отличие от излучения средняя плотность материи в виде электронно-позитронной плазмы и черных дыр убывает только из-за уменьшения их концентрации, то есть пропорционально кубу размера. Значит, плотность этих видов материи убывает медленнее, чем плотность излучения. Поэтому через время порядка 10 T r плотность материи уже будет определяться главным образом массой, заключенной в черных дырах (ее гораздо больше, чем в электронно-позитронной плазме). На смену эре излучения придет эра черных дыр.

Но и черные дыры не вечны. В поле тяготения вблизи черной дыры происходит рождение частиц, причем у черных дыр с массой порядка звездной и больше возникают кванты излучения. Такой процесс ведет к уменьшению массы черной дыры, она постепенно превращается в излучение - в фотоны, нейтрино), гравитоны. Но процесс этот чрезвычайно медленный, скажем, черная дыра с массой в 10 масс Солнца испарится за 10 69 лет, а сверхмассивная черная дыра, масса которой еще в миллиард раз больше, - за 10 69 лет. И все же постепенно все черные дыры превратятся в излучение, и оно вновь станет доминирующим по массе во Вселенной - снова наступит эра излучения. Однако вследствие расширения Вселенной плотность излучения, как уже говорилось, падает быстрее плотности электронно-позитронной плазмы, и через 10100 лет станет доминирующей именно эта плазма - кроме нее, во Вселенной не останется практически ничего.

На первый взгляд картина эволюции Вселенной в отдаленном будущем выглядит весьма пессимистически. Это картина постепенного распада, деградации, рассеяния.

К возрасту Вселенной 10 100 лет в мире останутся практически только электроны и позитроны, рассеянные в пространстве с ужасающе ничтожной плотностью: одна частица приходится на объем, равный 10 185 объемам всей видимой сегодня Вселенной. Означает ли это, что в будущем замрут все процессы, не будет происходить активных движений физических форм материи, невозможно будет существование каких-либо сложных систем, а тем более разума в какой бы то ни было форме? Нет, такой вывод был бы неверен. Конечно, с нашей сегодняшней точки зрения все процессы в будущем будут чрезвычайно замедлены, но ведь и пространственные масштабы тогда будут иными. Напомним, что в самом начале расширения Вселенной, когда температура была, например, 10 28 К и происходили процессы рождения вещества, текли бурные реакции, продолжительность которых исчислялась 10 -35 с, а пространственные масштабы были порядка 10 25 см. В подобных масштабах сегодняшние события во Вселенной, в том числе и наша жизнь, это нечто невероятно медленное, и чрезвычайно растянутое в пространстве По мнению известного американского физика Дайсона, в любом отдаленном будущем возможны будут сложные формы движения материи и даже разумная жизнь правда, в непривычных для нас формах и "пульс жизни будет биться все медленнее, но никогда не остановится".

Добавим к этому следующее: пока у нас речь шла о процессах, которые вытекают из надежно установленных физических законов, однако в будущем возникнут физические условия, недоступные нам в эксперименте (сверхнизкие температуры, малые плотности и т. д.), и вполне возможно проявление сил, возникновение процессов, совершенно нам пока неизвестных. А эти силы и процессы могут в корне изменить ситуацию.

Вот один из таких возможных процессов - распад вакуума, его превращение в расширяющейся Вселенной в реальное вещество. В прошлом, в упоминавшуюся уже эпоху 10 -35 секунды после начала расширения, - вакуум, вероятно, уже распадался, порождая частицы и античастицы больших энергий. Эта энергия соответствовала температуре 10 28 К, а плотность вещества составляла 10 75 г/см3. В современном вакууме (в том, что в просторечии называется пустотой) тоже, возможно, заключена некоторая плотность энергии. Но она если и есть, то очень мала и соответствует плотности массы не более чем 10 -28 г/см3, а может быть даже существенно меньше. Обнаружить такую плотность даже в астрономических наблюдениях крайне трудно. Теория полагает вероятным, что плотность массы вакуума в далеком будущем скачком перейдет в реальные частицы и античастицы, давая начало новым физическим процессам. Родившееся при этом вещество будет, конечно, разреженным, но все же несравненно более плотным, чем оставшееся к тому времени рассеянное вследствие расширения Вселенной "наше" вещество. Подобный "фазовый переход" вакуума может быть чрезвычайно существенным для судеб Вселенной. Так, в принципе этот переход может остановить расширение Вселенной и сменить его сжатием. Ясно, что при этом вся нарисованная нами картина будущего Вселенной изменится в корне.

И еще одно замечание. Речь шла о будущем Вселенной с учетом того, что нейтрино всех сортов представляют собой излучение,- предполагалось, что эти частицы подобно фотонам имеют массу только потому, что всегда движутся со световой скоростью, а их масса покоя равна нулю. В современной физике считается весьма вероятным, что масса покоя нейтрино хоть и очень мала, но не нулевая.

Влияния этого факта на судьбы Вселенной могут быть двоякого рода. Если масса покоя нейтрино очень мала, скажем, в сотни тысяч раз меньше массы электрона, то тяготение, создаваемое этой частицей в масштабах Вселенной, тоже очень мало и не оказывает никакого действия на темпы расширения. Однако в отдаленном будущем плотность массы нейтрино будет падать не как плотность массы фотонов (которая, как мы помним, обратно пропорциональна четвертой степени размера), а как плотность массы обычных частиц (обратно пропорционально кубу размера) и в электронно-позитронной плазме будет постоянная малая примесь нейтрино (и антинейтрино), имеющих массу покоя. Если же окажется, что масса покоя нейтрино близка к предсказываемому верхнему возможному пределу (примерно 0,00005 массы электрона), то суммарная масса всех этих частиц во Вселенной получится чрезвычайно большой, а средняя плотность вещества превысит критическую (10 -29 г/см3), и в будущем тяготение нейтрино остановит расширение Вселенной. Это может случиться гораздо раньше, чем распадется все ядерное вещество, и даже раньше, чем погаснут. все звезды. Тогда в будущем Вселенную снова ожидает сверхгорячая фаза со сверхбурными физическими процессами.

Как видите, в любом возможном сценарии эволюции Вселенной ее будущее представляется захватывающе интересным и многообразным. Но, конечно же, серьезные изменения во Вселенной (по сравнению с нынешним ее состоянием) во всех случаях могут начаться очень нескоро, не только в житейских, но и астрономических масштабах, как минимум через десятки, а может быть, тысячи миллиардов лет. Это во много раз больше нынешнего возраста видимой нами Вселенной, которой никак не больше 10 - 15 миллиардов лет от начала расширения.

Призрачно всё в этом мире бушующем

Есть только миг за него и держись

Есть только миг между прошлым и будущим

Именно он называется жизнь...

А. Зацепину и Л. Дербеневу как нельзя лучше удалось передать всю суть нашего бытия в этих четырех строках популярной в свое время песни, которая впервые прозвучала в кинофильме «Земля Санникова» (песню исполнил Олег Анофриев), который вышел на экраны в 1973 году.

Если же абстрагироваться от патетики, то можно сказать, что весь наш существующий ныне мир называется Вселенная, которая включает в себя время, космос и всё его содержимое: галактики, звёзды, планеты, их луны, все прочие тела, всю материю, всю энергию.

Несмотря на такую глобальность, Вселенная имеет свою дату рождения, и дату своей смерти. Конечно же, между этими двумя событиями пройдет колоссально большой временной промежуток, который человеку трудно себе представить, но, законы природы неумолимы, - когда-то придет время, когда нынешняя Вселенная прекратит свое существование.

Когда погибнет Вселенная ученые сказать точно не могут. О дате ее рождения также идут споры. Согласно официально принятой научной гипотезе Вселенная образовалась 13,799 ± 0,021 миллиарда лет назад в результате так называемого Большого взрыва, когда из одной точки нулевого размера с бесконечной плотностью и температурой образовался наш мир. Представить этот процесс рядовому обывателю вряд ли возможно, но «умные головы» утверждают, что это было именно так - была пустота, затем случился большой «бах» из которого стали образовываться планеты, звезды и другие составляющие нынешней Вселенной.

Процесс звездообразования продолжается и в наши дни. Первые звезды были образованы спустя 550 млн. лет после Большого взрыва. Постепенно звезд и планет становилось все больше и больше, они начали собираться в галактики и созвездия.

Наша Солнечная система начала свое формирование примерно 4,6 млрд. лет назад. Сначала было сформировано газопылевое облако, после этого какая-то часть облака сжалась в шар, из которого позже сформировалось Солнце. Параллельно по аналогичному сценарию формировались планеты Солнечной системы, включая Землю.

По меркам человеческой жизни наша планета просуществует еще очень долго. Ученые уверены, что человеческая цивилизация исчезнет гораздо раньше гибели Земли. В лучшем случае наши потомки переселятся на другие планеты, в худшем - мы исчезнем навсегда. Причин тому великое множество, начиная от глобального природного катаклизма, например, падение крупного астероида, и заканчивая социальными потрясениями, например, мировым военным конфликтом с применением оружия массового поражения.

Если же абстрагироваться от «грешных людишек», то можно сказать, что Солнце в данный момент находится примерно на середине своего жизненного пути. Светить ему еще 7-8 млрд. лет, после чего запасы водорода в его недрах подойдут к концу, и термоядерная реакция превращения водорода в гелий начнет затухать. В результате этих естественных природных процессов солнечное ядро начнет сжиматься, а внешняя оболочка, наоборот, расширяться. Солнце увеличится настолько, что поглотит Меркурий, и, может быть, Венеру. В этот период Земля превратится в безжизненный скальный кусок породы, вся вода выкипит и испарится в космос, а мощный солнечный ветер сорвет магнитную оболочку планеты.

Однако, до этого момента наша Солнечная система может и не дожить. С большой долей вероятности, уже через 2,4 млрд. лет наша галактика Млечный Путь столкнется с соседней галактикой Андромеды (в данный момент галактики движутся навстречу друг другу).

А что же будет с нашей Вселенной в целом?

На этот счет у ученых существует несколько различных гипотез с различными сценариями. Озвучивать их все не будем, остановимся вкратце на самом популярном из них, носящим название «Тепловая смерть».

Суть «Тепловой смерти» заключается в том, что через 100 триллионов лет во Вселенной полностью закончатся процессы формирования звезд. Когда погаснет последняя звезда, космос изредка будут озарять вспышки слияний двух белых карликов. Через 1015 лет планеты либо упадут на остатки своих бывших звёзд, либо уйдут к другим телам. Похожим образом через 1019—1020 лет объекты покинут галактики. Небольшая часть объектов упадёт в сверхмассивную чёрную дыру.

Дальнейший сценарий гибели Вселенной будет зависеть от того, стабилен протон или нет.

Однако, как признаются сами ученые, дальнейший ход событий во Вселенной может быть совершенно другим, поскольку все существующие на данный момент научные гипотезы зиждутся на определенном научном знании о темной материи. Некоторые ученые не исключают возможности существования других форм темной материи в первые моменты после Большого взрыва. Если это действительно так, то Вселенная может эволюционировать совершенно по другому сценарию.

Однако, как бы там ни было в действительности, по меркам человека жизнь и гибель Вселенной очень глобальное явление, рассматривать которое с масштаба продолжительности жизни одного человека, не имеет абсолютно никакого смысла.