3.5. Будущее вакуума

3.5. Будущее вакуума

Вакуумная энергия вселенной, проявляющаяся в общей теории относительности Эйнштейна как космологическая константа, может «отменить» момент возникновения вселенной, оказывать влияние на начальные моменты ее жизни и управлять ее расширением в настоящее время. Но самый значительный ее эффект еще впереди: это — власть над будущим вселенной. Энергия вакуума, проявляющаяся как космологическая константа Эйнштейна, останется константой и тогда, когда все прочие вклады в плотность вещества во вселенной: звезды, планеты, излучение, черные дыры будут рассеяны благодаря расширению. Если (как следует из наших наблюдений) энергия космического вакуума сравнительно недавно дала начало ускоряющемуся процессу расширения вселенной и это расширение будет продолжаться вечно, значит, в будущем ее власть возрастет до непреодолимой силы. Вселенная будет расширяться все быстрее и быстрее — вечно. Все быстрее будет падать температура, а звезды будут истощать свои запасы ядерного топлива и взрываться, оставляя после себя лишь плотные мертвые тела из тесно упакованных холодных атомов или концентрированных нейтронов либо крупные черные дыры. Даже гигантские галактики и скопления галактик постигнет та же судьба: по мере того как движение составляющих их звезд будет постепенно замедляться благодаря утечке гравитационных волн и излучения, они начнут спирально закручиваться внутрь себя. Огромные черные дыры в их центре будут поглощать все звезды, всю материю вокруг себя и становиться все больше. Наконец все эти черные дыры испарятся благодаря процессу, открытому Хокингом.

Удивительнее всего в космической энергии вакуума то, что в конце концов она побеждает все иные формы материи и энергии в борьбе за определение формы пространства и скорости расширения вселенной. Неважно, какова была структура вселенной в былые дни, прежде чем пришла к власти энергия вакуума; как все дороги древности вели в Рим, так и все вечно расширяющиеся вселенные стремятся к одной вполне определенной ускоряющейся вселенной, так называемой вселенной де Ситтера по имени Виллема де Ситтера, знаменитого голландского астронома, нашедшего в 1917 году это решение уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Эта вселенная отличается тем, что она — самая симметричная из всех возможных.

Это свойство ускоряющейся вселенной — потерю памяти о том, как она начиналась, иногда называют «характеристикой космической безволосости». Этот забавный термин подчеркивает тот факт, что все ускоряющиеся вселенные становятся одинаковыми: они не сохраняют индивидуальных отличительных черт (метафорически говоря, причесок). Это неотвратимое соскальзывание в одно–единственное будущее состояние сигнализирует о том, что при ускорении вселенной происходит потеря информации. Расширение идет так быстро, что информационное содержание сигналов, посылаемых через вселенную, также максимально быстро деградирует. Все сглаживается; различия в скорости расширения в разных направлениях при достаточно высокой скорости исчезают; распределение материи в космосе не создает новых участков сгущения; местное гравитационное притяжение проигрывает последнюю битву с непреодолимым отталкиванием, обусловленным силой лямбда.

Такое действие ускоряющегося космологического расширения имеет важные последствия для любых рассуждений о жизни в отдаленном будущем. Если жизнь требует для своего существования накопления и обработки информации, то мы должны спросить себя, всегда ли вселенная будет предоставлять условия для этого. Дайсон [13], а также Бэрроу и Типлер ([6], глава 10) показали, что при отсутствии энергии вакуума, когда расширение не ускоряется, имеются широкие возможности для сохранения этой самой основной формы жизни. Информация может храниться в состоянии элементарных частиц, которые приспособлены для этого гораздо лучше, чем наши нынешние компьютеры. Для неограниченного продолжения обработки информации живым системам необходимо создавать и поддерживать отклонения от абсолютной однородности температуры и энергии во вселенной[17]. При отсутствии ускоряющей энергии вакуума это всегда возможно, хотя, вероятно, и требует, чтобы жизнь использовала разницу гравитационных энергий, поддерживающую разность скоростей расширения вселенной на разных направлениях. Плотность энергии, поддерживающая эти различия, падает намного медленнее, чем у любой обычной формы материи. Небольшие отклонения в скорости расширения вселенной на различных направлениях могут привести к тому, что излучение будет охлаждаться с немного разной скоростью в разных направлениях. Этот температурный градиент можно будет использовать для совершения работы или для обработки информации. Конечно, это не означает, что жизнь в какой бы то ни было форме будет существовать вечно [11], не говоря уж о том, что она должна существовать вечно; речь идет лишь о логической и физической возможности, основанной на известных нам законах физики и предполагающей отсутствие энергии вакуума, пронизывающей вселенную.

Однако, как показали Бэрроу и Типлер (см. [6], р. 668), если энергия вакуума существует, все меняется — и меняется к худшему. Всякая эволюция неизбежно ведет к однородному состоянию, характеризующему ускоряющуюся вселенную де Ситтера. Обработка информации не может длиться вечно: она должна прекратиться. Чем ближе подходит материальная вселенная к состоянию однородности, тем меньше в ней полезной энергии будет доступно. Если энергия вакуума существует, но во вселенной недостаточно вещества, чтобы превратить ее расширение в сжатие прежде, чем энергия вакуума обретет контроль над расширением и начнет ускорять его[18], то вселенная, по–видимому, обречена на безжизненное будущее. Рано или поздно ускорение приводит к появлению коммуникационных барьеров. Мы уже не сможем получать сигналы из отдаленных областей вселенной. Мы окажемся как бы внутри черной дыры. Та часть вселенной, которая сможет влиять на нас (или на наших потомков) и с которой мы (они) сможем вступать в контакт, будет конечной. Чтобы избежать этого клаустрофобического будущего, было бы нужно уменьшение энергии вакуума. Мы полагаем, что она всегда должна оставаться постоянной, но возможно, что она незаметно уменьшается. Или, может быть, в один прекрасный день она внезапно перейдет в излучение и обычные формы вещества, и оставленная в покое вселенная понемногу соберется с силами и будет постепенно использовать гравитацию для того, чтобы вновь собирать материю, обрабатывать информацию. Однако возможно, что последствия будут и не столь благоприятны. Мы уже видели, что исчезновение энергии вакуума может предвещать падение вселенной даже на еще более низкий энергетический уровень, которому будут сопутствовать резкие перемены в ее физической природе. Возможно даже, что вакуум перейдет в новый вид материи, обладающий еще большей отталкивающей силой, чем сила лямбда. Если ее давление будет еще более негативным, в будущем нас ждут драматические события. Через какое?то конечное время расширяющаяся вселенная может превратиться в сингулярность бесконечной плотности[19].