Веер миров: Смерть и бесконечное возрождение

Сверхчувствительная аппаратура спутника Planck сможет разглядеть объекты, удаленные от нас на 14 млрд. световых лет: практически, это уже возраст нашего мира

Телескоп будет оснащен отдельными датчиками, позволяющими регистрировать коротковолновое (100−587 ГГц) и длинноволновое (20−70 ГГц) излучение

Хотя начало нашей Вселенной большинство космологов представляет приблизительно одинаково, относительно того, каким будет ее конец, существует целый спектр предположений. Как известно, почти все ученые убеждены, что Вселенная образовалась в результате Большого взрыва, произошедшего из точки с практически бесконечной плотностью и энергией. С этого момента и по сей день Вселенная расширяется, что можно легко проверить, измерив смещение удаленных звезд. Казалось бы, процесс расширения должен постепенно замедляться под действием гравитационных сил, стремящихся стянуть материю в одну точку. Однако исследования удаленных сверхновых дали сенсационный результат: расширение Вселенной ускоряется — в полном противоречии с классическими представлениями о гравитации и пространстве.

Чтобы объяснить этот факт, была введена категорию темной энергии, ответственной за расширение пространства. Что это такое конкретно, в точности непонятно, хотя и на эту тему существует масса предположений. Как бы то ни было, именно от поведения темной энергии зависит судьба нашей Вселенной. Если неведомая субстанция будет продолжать «расталкивать» пространство в разные стороны с той же силой, что и сейчас, Вселенная в конце концов распадется на множество изолированных кусочков, удаляющихся друг от друга со сверхсветовой скоростью и продолжающих расширяться изнутри. Однако не исключено, что темная энергия тоже меняется с течением времени. В какой-то момент ее знак может измениться на противоположный, пространство начнет сжиматься и снова схлопнется в точку. Это может стать началом следующего Большого взрыва, которой даст начало очередной Вселенной.

Физики-теоретики Лорис Бом (Lauris Baum) и Пол Фрамптон (Paul Frampton) из Университета Северной Каролины в Чапел Хилл предложили новую модель эволюции Вселенной, в рамках которой оба озвученных варианта являются правильными и неправильными одновременно. Согласно их концепции, каждый из бесчисленного множества фрагментов, на которые распадается пространство под действием темной энергии, в конечном итоге сходится в одной точке, образуя новую Вселенную. Эта идея может разрешить противоречие между существующими космогоническими моделями и современными представлениями об упорядоченности замкнутых систем.

Практически все космологи сходятся во мнении, что изначально Вселенная обладала очень низким уровнем энтропии. По мере расширения во в ней появлялось все больше и больше беспорядка, однако даже сейчас, спустя миллиарды лет после Большого взрыва, мы можем наблюдать в ней сложные упорядоченные структуры — галактики, планеты, звездные системы, живые организмы и т. д. Эти структуры являются своего рода островками былой упорядоченности, случайными и недолговечными флуктуациями в постоянно растущем океане хаоса. Подобная точка зрения закономерным образом вытекает из Второго закона термодинамики, согласно которому энтропия замкнутой системы при любом процессе либо возрастает, либо, при определенном стечении обстоятельств, остается неизменной. Вселенную логично представлять именно в виде замкнутой системы, не имеющей внешнего источника энергии. Следовательно, ее энтропия постоянно возрастает, а то, что было в самом начале, является наиболее упорядоченным ее состоянием.

Здесь логичная теория упирается в одно существенное «но». То, что мы знаем о поведении частиц в условиях крайне высоких энергий, характерных для первых мгновений после Большого взрыва, говорит о том, что их энтропия должна была быть наоборот, чрезвычайно высока. Каким образом эта колоссальная мешанина могла стать пределом упорядоченности, никто пока не объяснил. Кроме того, именно Второй закон термодинамики является основным камнем преткновения для ученых, разрабатывающих т.н. циклическую модель, в рамках которой расширение сменяется сжатием и новым Большим взрывом. По ряду причин с каждым подобным циклом уровень энтропии Вселенной должен возрастать, при этом колебания будут увеличивать свою длительность, а само мироздание «распухать», как снежный ком. «Экстраполируя этот процесс назад во времени, получаем, что колебания там становятся все короче и короче, что тоже неизбежно приведет к своеобразному единому Большому взрыву», — поясняет Фрамптон. Сторонники модели схлопывающейся Вселенной пытаются выйти из тупика с помощью допущения, согласно которому темная энергия оказывается способна «обмануть» Второй закон термодинамики, в результате чего каждая новая Вселенная вновь оказывается упорядоченной.

Идея Пола Фрамптона и Лориса Бома устраняет данное противоречие гораздо более простым и элегантным способом. Каждый из бесчисленных кусочков разорванного пространства несет в себе очень незначительную долю той энтропии, которую успела накопить материнская Вселенная. Это значит, что молодым Вселенным, образованным из этих кусочков, изначально будет свойственна очень высокая степень упорядоченности. Следовательно, процесс образования новых Вселенных действительно может продолжаться до бесконечности, как того требует циклическая концепция.

Пол Фрамптон надеется, что его идеи можно будет проверить уже в ближайшем будущем с помощью европейского спутника Planck, запуск которого запланирован на июль 2008 г. Предполагается, что он сможет измерить плотность и давление темной энергии, которая в теории должна быть равномерно распределена по пространству. Эти данные помогут оценить жизнеспособность выдвинутой модели — считают ее авторы.

О других деталях устройства нашего мира читайте также: «Человеколюбивое мироздание», «Забытый соперник Большого взрыва».

По публикации New Scientist Space