Время жизни и смерть Вселенной

В предыдущей статье была изложена история открытия закона Хаббла, который подтвердил теорию нестационарной вселенной. В этой статье будут разобраны следствия из вышеизложенных открытий.

Итак, после нескольких десятилетий научных исследований и споров, получив отлично описывающую поведение удаленных астрономических объектов теорию, стало возможным оценить возраст Вселенной. На основании величины красного смещения и расстояния до некоторых галактик удалось установить скорость их «разлета», то есть скорость расширения Вселенной. Если считать скорость неизменной, то существует момент, когда все галактики «вылетели» из одной точки — начало Вселенной. Можно определить время движения галактик из начальной точки до сегодняшнего положения, а следовательно, возраст Вселенной. На данный момент его оценивают в 13,81 миллиарда с погрешностью 120 миллионов лет. Сегодня эта цифра опирается на несколько наблюдений и расчетов, а не только на модель расширяющейся Вселенной.

Например, зная, как развиваются звезды, можно установить возраст хорошо изученных скоплений поблизости. Найдя самые старые из них, можно предположить, что они существуют со времен рождения Вселенной. И действительно, звезд возрастом 12 миллиардов лет и менее найдено очень много, но звезды возрастом 14 миллиардов лет и более на данный момент не обнаружены. Такие гипотетические старые звезды называют «Мафусаилами». Их поиск ведется до сих пор на пределе измерительных возможностей современных астрономических инструментов.

Другой пример: барионные акустические колебания (BAO), это колебания плотности обычной материи в космосе. Когда наша Вселенная состояла из одной только плазмы (электроны были оторваны от атомов) — по ней расходились волны плотности. В какой-то момент она расширилась настолько, что плазма стала рекомбинировать (протоны и нейтроны соединялись с электронами и образовывались нейтральные атомы), что воспрепятствовало движению волн плотности. Они «застыли», как если бы застыли волны на поверхности океана. А Вселенная продолжила расширяться, растягивая их. Измерив ширину этих волн, можно рассчитать, как давно они застыли.

Есть и другие методы. Все они дают различные оценки возраста в зависимости от показателя космологической постоянной (Λ, лямбда) и средней плотности вещества (m). Но их пересечение (область общих решений уравнений) дает довольно точные значения плотности и космологической постоянной, а также задает возраст Вселенной.

Еще одно понятие, которое обрело смысл в модели расширяющейся Вселенной — это время окончания ее жизни. Поскольку, как выяснилось, у Вселенной есть начало, то логично предположить, что у нее есть конец. Раз Вселенная расширяется, то есть несколько вариантов развития событий. Во всех вариантах Вселенная начинается с Большого взрыва, до которого она представляет собой единственную точку, в которую собрана вся ее энергия. Эту точку называют «сингулярность».

Откуда началась Вселенная — более-менее понятно, а вот в конце жизни ее могут ожидать разные исходы. В зависимости от величин физических и космологических констант и принятой модели развития существует несколько вариантов, приведенных на рисунке в начале раздела.

1. Плотность вещества Вселенной больше критического значения — гравитация замедляет расширение и обращает вспять, то есть в какой-то момент расширение прекратится и сменится сжатием. В этом случае Вселенная вновь сожмется в одну точку. Концом такой Вселенной будет сингулярность — тот самый «первичный атом» Леметра.

2. Плотность вещества Вселенной соответствует критическому значению — гравитация постепенно замедляет расширение. В этом случае Вселенная никогда не прекратит расширение, но с какого-то момента оно будет исчезающе мало. Можно будет утверждать, что Вселенная станет в итоге стационарной.

3. Плотность вещества Вселенной ниже критического значения — гравитация не способна замедлить расширение. Расширение равномерное под действием сил инерции от Большого взрыва. Оно никогда не остановится, что приведет к разлету всех объектов Вселенной на невообразимые расстояния. В конце концов все солнца потухнут, а планеты остынут. Наступит «тепловая смерть Вселенной».

Как видно, описанные выше варианты похожи на группы решений из теории Фридмана (описанной в одной из предыдущих статей), и основаны на отношении величин космологической постоянной Λ и плотности вещества m.

Сам Большой взрыв провоцирует вопросы на темы «а что же было до?» и «кто запустил Взрыв?». Рассуждения о «смерти» Вселенной заставляют задуматься о том, «что будет после?». Это порождает различные религиозные суждения и суждения о смысле существования Вселенной. Таким образом, Большой взрыв стал немалым культурным фактором в жизни человечества, потому что создал альтернативу божественному творению мира. И эта альтернатива, тем не менее, не противоречит идее существования творца, как хотелось бы утверждать научному сообществу.

В 2014 году папа римский Франциск признал официально правомерность эволюционной теории происхождения видов и теории Большого взрыва. Но с поправкой, что и на эволюцию видов и зарождение Вселенной — «на всё была воля Божья».

«Когда мы читаем о сотворении мира в Книге Бытия, мы рискуем представить Бога как мага с волшебной палочкой, который способен сделать все что угодно. Но это не так. Он создал человеческие существа и позволил им развиваться по их внутренним законам, чтобы они могли достигнуть совершенства», — заявил глава католической церкви. Заявление опубликовал журнал Independent. Иными словами, Франциск утверждал, что новые космологические теории не отменяют идею существования Бога-творца, а дополняют ее. Существование Творца закрывает прорехи в научной теории, отвечает на те вопросы, на которые теория не дает ответа.

По словам понтифика, «теория Большого взрыва, с помощью которой сегодня мы объясняем происхождение мира, не опровергает вмешательство Творца, но напротив, нуждается в нем». Франциск вообще славился своим новаторством, и не только в сфере вопросов о происхождении мира. Однако подобные утверждения звучали из уст и приверженцев других религий.

«Зарождение Вселенной объяснять нужно не сугубо через научные термины, а как божественный акт творения», — такое мнение выразил патриарх Московский и всея Руси Кирилл в ходе литургии в храме Христа Спасителя уже в 2019 году. «Никогда не опишут всего нынешние многие ученые, горделиво считающие себя теми, кто познал тайны бытия и не нашел в них Бога», — продолжил он. Таким образом, мы видим, что религиям в современном мире приходится адаптироваться к научной картине мира, чтобы не вступать с ней в открытое противостояние.

Ответом на эти заявления стали слова Вячеслава Докучаева в эфире НСН. Являясь ведущим научным сотрудником Института ядерных исследований РАН, он выразил мнение научного сообщества относительно акта осмысленного творения мира. По его словам, сегодняшняя наука шагнула далеко вперед по сравнению с наукой XX века. Сегодня Большой взрыв — лишь один из эпизодов жизни мультивселенной. Вселенные появляются и исчезают непрерывно, и никакого акта творения не было и в помине. К мультивселенной мы вернемся в одной из будущих статей.

В следующей статье описана история открытия Реликтового излучения и дополнение Георгия Гамова к теории Большого взрыва, после которого эта теория и получила всем известное название.