Многие ученые пытаются предсказать не только прошлое, но и будущее Вселенной. В прошлом веке (да и в начале нынешнего) доминировала пессимистическая картина тепловой смерти Солнечной системы.
Научно-популярные книжки по астрономии пестрели весьма впечатляющими картинками на эту тему. Крупнейшие астрономы мира соревновались в создании все более и более мрачных картин, рисующих безысходный конец Земли и Солнца.
Если бы сила света Солнца уменьшилась всего лишь на 3%, оно попало бы как раз на край главной ветви [диаграммы Герцшпрунга — Ресселла] и устремилось бы к состоянию белого карлика. Но при этом излучение видимого света и тепла упало бы столь значительно, что жизнь была бы изгнана с Земли.
Среди известных нам белых карликов спутник Сириуса есть тот, на который Солнце могло бы больше всего походить; но он. как мы знаем, испускает в четыреста раз меньше света и тепла, чем Солнце. Повторяя все это на менее техническом языке, мы должны сказать, что Солнце находится теперь очень близко от того ненадежного состояния (если только оно уже не пришло к нему), в котором звезды подвержены опасности начать сокращаться, доводя при этом свое излучение до весьма малой части того, которое Солнце испускает теперь.
При таком сокращении Солнца наши океаны превратились бы в лед, а наша атмосфера в жидкий воздух; представляется невозможным, чтобы жизнь на Земле могла продолжать существовать. В обширном небесном музее должны быть несомненно представлены экземпляры таких сжавшихся Солнц, вокруг которых обращаются планеты вроде нашей Земли. Но вопрос о том, несут ли на себе эти планеты замерзшие остатки жизни, некогда столь же кипучей, как теперь жизнь на Земле, остается, конечно, совершенно неприступным для нас.
После смены научной парадигмы взгляд на космическое будущее нашего мира изменился, но в нем вновь возобладали пессимистические ноты. Вот типичное рассуждение маститого автора на сей счет.
Звездная эра эволюции Вселенной закончится примерно через 1014 лет. Этот срок в 10 тысяч раз больше времени, прошедшего якобы от начала расширения Вселенной до наших дней. Дальше наступит очередь галактик, состоящих из сотен и сотен миллиардов звезд. В центрах галактик, по мнению сторонников концепции «Большого взрыва», находятся сверхмассивные «черные дыры», о чем вроде бы свидетельствуют бурные процессы в галактических ядрах, наблюдаемые астрофизиками.
Для будущего галактик существенны очень редкие в наше время события, когда какаялибо звезда в результате гравитационного взаимодействия с другими звездами приобретает большую скорость, покидает галактику и превращается в межгалактического странника.
Звезды постепенно будут покидать галактику, а ее центральная часть будет понемногу сжиматься, превращаясь в очень компактное звездное скопление. В таком скоплении звезды будут сталкиваться друг с другом, превращаясь в газ, и этот газ в основном будет падать в центральную сверхмассивную дыру, увеличивая ее массу. Звезды также будут разрушаться приливными силами, пролетая слишком близко от этой «черной дыры». Конечный этап — это сверхмассивная «черная дыра», поглотившая остатки звезд центральной части галактики, и рассеивание около 90% всех звезд внешних частей в пространстве. Процесс разрушения галактик закончится примерно через 1019 лет, все звезды к этому времени давно погаснут и потеряют право именоваться звездами.
Для дальнейших процессов определяющей является предсказываемая релятивистской физикой нестабильность ядерного вещества. Имеется в виду, что протон хотя и очень долго живущая, но все же нестабильная частица.
Итак, примерно через 1032 лет ядерное вещество полностью распадется. Из мира исчезнут даже погасшие звезды. Но распад 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% 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 1017 лет до температуры 5 Кельвинов, будут потом сохранять эту температуру из-за выделения энергии при распаде вещества внутри их. Нейтронные звезды остывают за 1019 лет до температуры около 100 Кельвинов, после чего распад вещества в них будет поддерживать эту температуру.
Спустя 1032 лет 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 одного процента всего вещества Вселенной). Ядерное вещество этого газа тоже, разумеется, распадется через Ю^лет. Однако в этом случае позитроны, возникающие при распаде, уже не будут аннигилировать с электронами — из-за крайней разреженности газа вероятность встречи этих частиц чрезвычайно мала, и в результате образуется разреженная электронно-позитронная плазма. К этому времени, то есть через 1032 лет, во Вселенной останутся еще черные дыры, возникшие из массивных звезд после их угасания, и сверхмассивные «черные дыры», образовавшиеся в центрах галактик.
Что же будет происходить во Вселенной после распада ядерного вещества? В ту далекую эпоху во Вселенной будут присутствовать фотоны, нейтрино, электронно-позитронная плазма и «черные дыры». Основная часть массы окажется сосредоточенной в фотонах и нейтрино. Ибо именно в эти виды материи превратится обычное вещество после распада. Начнется эра излучения. Правда, надо помнить, что это излучение чрезвычайно сильно остывшее. С расширением Вселенной плотность массы излучения быстро будет падать, так как уменьшается и плотность числа частиц, и энергия каждого кванта (а значит, и его масса). В отличие от излучения средняя плотность обычной материи в виде электронно-позитронной плазмы и «черных дыр» убывает только из-за уменьшения их концентрации при расширении Вселенной. Значит, плотность этих видов материи убывает медленнее, чем плотность излучения. Поэтому плотность материи уже будет определяться главным образом массой, заключенной в «черных дырах». Ее будет гораздо больше, чем в электронно-позитронной плазме. Если масса покоя нейтрино не ноль, как мы это разбирали выше, то значительная доля массы останется также в нейтрино. На смену эре излучения придет эра «черных дыр»!
Но и «черные дыры» не вечны. В поле тяготения вблизи «черной дыры» происходит, как мы знаем, 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 фотоны, нейтрино, гравитоны. Но процесс этот чрезвычайно медленный. Скажем, «черная дыра» с массой в 10 масс Солнца испарится за 1069 лет, а сверх массивная «черная дыра», масса которой еще в миллиард раз больше, — за 1096 лет. И все же постепенно все «черные дыры» превратятся в излучение, и оно вновь станет доминирующим по массе во Вселенной, снова наступит эра излучения.
