Но и в такой Вселенной все же есть дальнейшая эволюция. Мы привыкли к идее о радиоактивных элементах, определенных видах атомов, которые спонтанно распадаются. Например, обычный уран. Но мы меньше знакомы с идеей, что каждый атом, кроме железа, через достаточно долгое время становится радиоактивным. Даже самые стабильные атомы будут подвергаться радиоактивному распаду, испускать альфа и другие частицы, и, если мы подождем достаточно долго, останется только железо. Насколько долго? Американский физик Фримен Дайсон из Института перспективных исследований вычислил, что период полураспада железа составляет около 10500 лет – единица и пятьсот нулей – число настолько большое, что прилежному нумерологу потребовалось бы десять минут, чтобы только его написать. Так что, если мы подождем немного дольше – 10600 лет будет в самый раз, – не только звезды погаснут, но вся материя во Вселенной, кроме нейтронных звезд или черных дыр, превратится в мельчайшую ядерную пыль. В конце концов галактики полностью исчезнут. Солнце почернеет, материя распадется, и не останется потенциальной возможности для выживания жизни, или разума, или цивилизаций – холодная, темная, пустынная смерть Вселенной.
Но нужно ли Вселенной расширяться бесконечно? Если я встану на маленьком астероиде и подброшу камень вверх, он улетит с астероида, поскольку сила притяжения там недостаточно велика, чтобы притянуть камень обратно. Если я брошу тот же камень с той же скоростью с поверхности Земли, он, конечно, вернется и упадет из-за сильного гравитационного поля нашей планеты. Но та же физика применима и к Вселенной в целом. Если материи будет меньше определенного количества, силы гравитационного притяжения между галактиками будут недостаточными для того, чтобы существенно замедлить расширение Вселенной, и оно будет продолжаться вечно. С другой стороны, если материи будет больше определенной критической массы, расширение со временем замедлится, и мы будем спасены от телеологии опустошенной Вселенной, которая расширяется вечно.
Какова тогда будет судьба Вселенной? Что ж, тогда наблюдатель увидит, как расширение в конце концов сменится сжатием, галактики сначала медленно, а потом с увеличивающейся скоростью будут приближаться друг к другу, затем галактики, миры, жизнь, цивилизации и материя помчатся кубарем и столкнутся на всех парах, так что все структуры во Вселенной полностью разрушатся и вся материя в космосе превратится в энергию: Вселенная, вместо того чтобы найти конец в холодном рассеянии и опустошении, закончится горячим и плотным огненным шаром. Вполне вероятно, что такой огненный шар двинется обратным ходом и приведет Вселенную к новому расширению и, если законы природы останутся теми же, к новому появлению материи, сжатию галактик, звезд и планет, новой эволюции жизни и разума. Но информация из нашей Вселенной не просочится в следующую, и с нашей точки зрения такая циклическая космологическая модель является столь же бесповоротным и удручающим концом, как и расширение, которое никогда не прекратится.
Различие между Большим взрывом с вечным расширением и циклической моделью Вселенной явно заключается в количестве имеющейся материи. Если критическое количество материи превышено, мы живем в циклической Вселенной. В противном случае мы живем в той, что расширяется вечно. Время расширения – измеряемое десятками миллиардов лет – такое длительное, что эти космологические явления непосредственно не влияют на человека. Но они имеют большое значение для нашего представления о природе и судьбе Вселенной и – чуть в меньшей степени – о нас самих.
В замечательной научной статье, опубликованной в выпуске Astrophysical Journal от 15 декабря 1974 г., представлен широкий ряд наблюдений и доказательств по вопросу, будет ли Вселенная продолжать расширяться вечно («открытая» Вселенная) или она будет постепенно замедляться и снова сжиматься («закрытая» Вселенная), возможно, как часть бесконечного ряда циклов. Статья написана Дж. Ричардом Готтом III и Джеймсом Ганном, в то время работавшими в Калифорнийском технологическом институте, и Дэвидом Шраммом и Беатрис Тинсли из Техасского университета. В одном из своих рассуждений они приводят вычисления количества вещества в галактиках и между ними в «ближайших», доступных для наблюдения регионах космоса и экстраполируют их на остальную часть Вселенной: они приходят к выводу, что материи недостаточно, чтобы замедлить расширение.
Ядро атома обычного водорода состоит из одного протона. У тяжелого водорода, который называется дейтерий, ядро состоит из одного протона и одного нейтрона. Астрономический телескоп «Коперник» на орбите Земли впервые измерил количество дейтерия между звездами. Дейтерий должен был возникнуть в процессе Большого взрыва в количестве, которое зависит от плотности вещества в ранней Вселенной. Плотность в ранней Вселенной связана с плотностью в наши дни. Количество дейтерия, обнаруженное «Коперником», позволяет оценить плотность ранней Вселенной и показывает, что современной плотности материи недостаточно, чтобы помешать Вселенной расширяться вечно
[200]. И определенное сегодня значение постоянной Хаббла, которая показывает, насколько быстро возрастает скорость удаления галактик с увеличением расстояния до них, соответствует всему вышесказанному.
Готт и его коллеги подчеркнули, что в их доказательствах могут быть недочеты, что, возможно, межгалактическая материя спрятана так, что мы не можем ее обнаружить. Сейчас начали появляться доказательства присутствия такой недостающей массы. Астрономические обсерватории для регистрации излучения высокой энергии (High Energy Astronomy Observatory, HEAO) – это система спутников на орбите Земли, которые сканируют Вселенную на предмет частиц и излучения, которые мы не можем обнаружить здесь, внизу, под нашим толстым слоем воздуха. Такие спутники уловили интенсивное рентгеновское излучение от скопления галактик, из межгалактического пространства, где до настоящего времени не было и намека на материю. Очень горячий газ между галактиками был бы невидим для других экспериментальных методов и, следовательно, упущен при инвентаризации космической материи, проведенной Готтом и его коллегами. Более того, наземные радиоастрономические исследования, проведенные в обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико показали, что вещество простирается далеко за видимый в оптических лучах край галактики. Когда мы смотрим на фотографию галактики, мы видим край или периферию, за которой нет видимой светящейся материи. Но радиотелескоп Аресибо обнаружил, что материя исчезает очень медленно и что на границах и с внешней стороны галактик много темной материи, которая была упущена при предыдущих наблюдениях.
Чтобы наблюдаемое расширение Вселенной в будущем сменилось сжатием, необходимо в тридцать раз больше вещества, чем получается в стандартных подсчетах, таких как провел Готт. Но, возможно, темный газ и пыль во внешних частях галактик и удивительно горячий газ между галактиками, светящийся рентгеновскими лучами, в совокупности дают как раз достаточное количество материи, чтобы закрыть Вселенную, предотвратить вечное расширение, но обрекают нас на неотвратимый конец в космическом огненном шаре через 50–100 млрд лет. Этот вопрос все еще не решен. Доказательства, основанные на дейтерии, указывают на другое будущее Вселенной. Наши подсчеты полной массы вещества очень далеки от совершенства. Но, по мере того как будут развиваться новые техники наблюдения, у нас появится возможность распознавать все больше и больше недостающей массы, так что маятник наших представлений о Вселенной может качнуться к закрытой модели.
