"Все з нічого: як виник Всесвіт "

Звідки взявся всесвіт? Що було до неї? Чого чекати в майбутньому? Фізик Лоуренс Краусс робить спробу доступно відповісти на ці питання. Його нова книга "Все з нічого: Як виник Всесвіт "виходить у видавництві" Альпіна Нон-фікшн ". З цього приводу пропонує своїм читачам ознайомитися з уривком з неї, в якому Краусс пояснює, чому в далекому майбутньому нашу галактику оточить порожній і незмінний простір, а вчені не знайдуть ніяких слідів розширення Всесвіту.

Наше сумне майбутнє

В якомусь сенсі виявити, що живеш у Всесвіті, де всім править ніщо, цікаво і чудово. Структури, які ми бачимо, на зразок зірок і галактик, виникли з нічого в результаті квантових флуктуацій. У середньому повна ньютонівська гравітаційна енергія кожного об'єкта у Всесвіті дорівнює нічому. Насолоджуйтеся цією думкою, поки є можливість, оскільки, якщо все це правда, ми живемо мало не в найгіршому з всесвітів, принаймні з точки зору майбутнього всіх живих організмів.

Згадаймо, що всього 100 років тому Ейнштейн розробив ОТГ. Тоді всі вважали, що наш Всесвіт незмінний і вічний. Більш того, Ейнштейн не просто висміяв Леметра за припущення про Великий вибух, але навіть вигадав космологічну постійну, лише б зберегти стаціонарну модель Всесвіту.

Зараз, по закінченні століття, ми, вчені, можемо пишатися, що відкрили стільки фундаментального - і розширення Всесвіту, і реліктове випромінювання, і темну речовину, і темну енергію.

Але що таїть в собі майбутнє?

А майбутнє наше дуже поетичне. Якщо можна так висловитися.

Згадаймо: висновок про те, що в розширенні нашого Всесвіту домінує енергія порожнього на перший погляд простору, робиться на підставі того факту, що розширення відбувається з прискоренням. І, як і раніше йшло з інфляцією і як описано в попередній главі, наш спостережуваний Всесвіт стоїть на порозі розширення зі швидкістю більше швидкості світла. А з часом через розширення з прискоренням все стане тільки гірше.

Це означає, що чим довше ми будемо чекати, тим менше зможемо бачити. Галактики, які ми бачимо зараз, в один прекрасний день почнуть віддаляться від нас з надсвітовою швидкістю, а це означає, що вони стануть для нас невидимими: світло, яке вони випускають, не зможе подолати розширюється простір і ніколи до нас не долетить. Ці галактики зникнуть з нашого горизонту.

Станеться це не зовсім так, як ви, можливо, собі уявляєте. Галактики не те щоб раптом згаснуть і вмить зникнуть з нічного неба. Просто в міру наближення швидкості їх видалення до швидкості світла буде збільшуватися червоне зміщення. Зрештою все видиме світло від них зрушиться в інфрачервоне, мікрохвильове, потім радіовипромінювання і так далі до тих пір, поки довжина хвилі світла, який вони випускають, не стане більше розміру видимого Всесвіту, і в цей момент їх можна буде офіційно визнати невидимими.

Можна порахувати, скільки часу це займе. Оскільки галактики в нашому скупченні пов'язані взаємним гравітаційним тяжінням, вони не віддаляються від нас у зв'язку з фоновим розширенням Всесвіту, яке відкрив Хаббл. Галактики за межами нашої групи знаходяться приблизно на 1/5000 відстані до тієї точки, де швидкість видалення об'єктів наближається до світлової. Щоб туди дістатися, у них піде близько 150 млрд років, приблизно в 10 разів більше нинішнього віку Всесвіту, і тоді все світло від зірок в цих галактиках зрушиться в червоний бік приблизно в 5000 разів. Приблизно через 2 трлн років їх світло зрушиться в червону сторону настільки, що довжина його хвилі стане дорівнює розміру видимого Всесвіту - і вся інша частина Всесвіту буквально зникне.

Здавалося б, 2 трлн років - великий термін. Так і є. Однак з космічної точки зору це аж ніяк не вічність. Найбільш довгоживучі зірки головної послідовності (у яких така ж еволюційна історія, як і у нашого Сонця) проживуть набагато довше Сонця і через 2 трлн років будуть ще щосили світити (в той час як наше Сонце загине всього через 5 млрд років). Так що у віддаленому майбутньому на планетах навколо цих зірок цілком можуть бути цивілізації, що черпають енергію від своїх світил, з водою і органічними сполуками. І астрономи з телескопами теж цілком можуть бути. Подивляться вони в космос - а там все, що ми бачимо зараз, всі 400 млрд галактик, що складають на сьогодні наш видимий Всесвіт, візьмуть і зникнуть!

Я намагався донести цей довід до Конгресу, щоб переконати його збільшити фінансування космологічних досліджень прямо зараз, поки у нас ще є час спостерігати все це. Однак для конгресмена навіть два роки - довгий термін, а вже на 2 трлн років вперед він зазирнути просто не в змозі.

Так чи інакше астрономів далекого майбутнього чекав би великий сюрприз, якби тільки вони знали, що втрачають. Але цього вони знати не будуть. Як кілька років тому ми з'ясували колегою Робертом Шеррером з Університету Вандербільта, зникне не тільки весь інший Всесвіт - по суті, зникнуть і всі свідчення, які говорять нам сьогодні, що ми живемо в розширеному Всесвіті, що почався з Великого вибуху, разом з усіма свідченнями існування в порожньому просторі темної енергії, яку можна було б звинуватити в цій пропажі.

Адже не минуло й 100 років з тих пір, коли всі вважали, що Всесвіт незмінний і вічний, тобто зірки і планети з'являються і зникають, але на великих масштабах Всесвіт залишається як був. Виходить, що в далекому майбутньому, коли від нашої планети і цивілізації, швидше за все, не залишиться навіть праху на звалищі історії, ілюзія, яку наша цивілізація розділяла до 1930-х рр., повернеться і помститься за себе сторицею.

До емпіричного доказу Великого вибуху привели три основні віхи - три спостереження, завдяки яким, навіть якби на світі не було ні Ейнштейна, ні Леметра, нам все одно волею-неволею довелося б визнати, що Всесвіт на самому початку був щільним і гарячим. Це спостереження розширення Всесвіту, які виконав Хаббл; це спостереження космічного мікрохвильового фону; це відповідність спостережуваної поширеності у Всесвіті легких елементів - водню, гелію і літію - тим кількостям, які повинні були виникнути в перші кілька хвилин історії Всесвіту.

Почнемо з хабблівського розширення Всесвіту. Звідки ми знаємо, що всесвіт розширюється? Ми виміряли швидкість видалення далеких об'єктів залежно від відстані до них. Але, коли всі видимі об'єкти поза нашим галактичним скупченням (в якому всі ми пов'язані узами гравітації) зникнуть за горизонтом, не залишиться ніяких слідів розширення, які спостерігачі могли б зареєструвати, - ні зірок, ні галактик, ні квазарів, ні навіть величезних газових хмар. Розширення досягне таких масштабів, що винесе з нашого поля зору всі об'єкти, які від нас видаляються.

Більш того, на масштабі менше 1 трлн років всі галактики в нашій місцевій групі злипнуться в свого роду величезну надгалактику. Спостерігачі в далекому майбутньому побачать приблизно те ж саме, що ми могли побачити в 1915 р.: одну-єдину галактику, в якій знаходиться їх зірка і їх планета, оточену великим порожнім і незмінним простором.

Нагадаю також, що всі свідчення того, що порожній простір має енергію, ми отримуємо зі спостережень темпу, з яким прискорюється розширення нашого Всесвіту. А без ознак розширення зрозуміти, що воно ще й прискорюється, буде неможливо. Взагалі-то за дивним збігом ми живемо в ту єдину епоху історії Всесвіту, коли наявність темної енергії, що наповнює порожній простір, в принципі досить легко зареєструвати. Звичайно, ця епоха триває кілька сотень мільярдів років, але у вічно розширеному Всесвіті це всього лише мить космічного ока.

Якщо ми припустимо, що енергія порожнього простору відносно постійна, як було б у випадку космологічної постійної, то в набагато більш ранні часи щільність енергії речовини і випромінювання значно перевершувала б щільність енергії порожнього простору - просто тому, що при розширенні Всесвіту щільність речовини і випромінювання знижується, оскільки зростає відстань між частинками, тому в заданому обсязі залишається менше об'єктів. У більш ранні часи, скажімо 5-10 млрд років тому, щільність речовини і випромінювання була набагато більшою, ніж сьогодні. Тому у Всесвіті тоді і раніше переважали речовина і випромінювання зі своїм гравітаційним тяжінням. Розширення Всесвіту в ті ранні часи сповільнювалося, а гравітаційний вплив енергії порожнього простору неможливо було б зареєструвати.

З того ж міркування в далекому майбутньому, коли Всесвіту виповниться кілька сотень мільярдів років, щільність речовини і випромінювання стане ще меншою, і можна підрахувати, що середня щільність темної енергії буде перевершувати щільність всієї речовини, що залишилася у Всесвіті, і випромінювання набагато більше, ніж у тисячу мільярдів разів. До цього часу вона буде повністю керувати гравітаційною динамікою Всесвіту на великих масштабах. Однак у цю пізню епоху прискорене розширення Всесвіту стане неможливо поспостерігати. У цьому сенсі енергія порожнього простору по самій своїй природі забезпечує певний, кінцевий відрізок часу, в який його можна спостерігати, і ми, що примітно, живемо саме в цей космологічний момент.

Детальніше читайте: . Все з нічого: Як виник Всесвіт/Лоуренс Краусс; Пер. з англ. [Анастасія Бродоцька і Наталія Лісова, під науковою редакцією Ігоря Лісова] - М.: Альпіна нон-фікшн, 2019. - 283 с.