каковы бы ни были детали этого процесса, ясно, что в основе его лежит гравитационная неустойчивость.
Мы видели, что в процессе самоорганизации в открытых системах неустойчивость, развитие которой приводит к образованию определенной структуры, возникает за счет притока энергии извне. Вселенная не является открытой системой, поэтому в ней развитие неустойчивостей может происходить только за счет внутренней энергии. Конечно, такой энергией служит энергия гравитационного поля. Следует отметить одно важное обстоятельство. По мере развития гравитационной неустойчивости и образования все новых и новых структур энтропия Вселенной возрастает. При этом рост энтропии сопровождается появлением все новых и новых структур, и процессы не замирают, как можно было бы ожидать, а развиваются. За счет чего это происходит? Счастливое для Вселенной (и для нас с вами) обстоятельство состоит в том, что гравитационная энергия отрицательна. В процессе уплотнения сгущений потенциальная гравитационная энергия уменьшается (модуль ее растет, а сама энергия, будучи отрицательной, уменьшается). А так как полная энергия системы, равная сумме потенциальной и кинетической, сохраняется, то уменьшение потенциальной энергии сопровождается ростом кинетической. Положительная кинетическая энергия (не даром ее назвали «живая сила») может переходить в другие виды энергии и, следовательно, служить источником самых разнообразных процессов. Поэтому рост энтропии, сопровождающий развитие гравитационной неустойчивости, не приводит к замиранию процессов во Вселенной.
Развитие гравитационной неустойчивости во Вселенной означает, что в ней развивается динамический хаос. «Если Вселенная находится в состоянии динамического хаоса, — отмечает И. К. Розгачева, — то ей суждена эволюция с бесконечной сменой структур, которые могут оказаться более совершенными, чем наблюдаемые нами галактики, звезды и живые существа. Встав на эту точку зрения, можно не согласиться с замечанием С. Вайнберга, что “чем постижимей представляется Вселенная, тем более она кажется бессмысленной”. Конечно же в идеальном хаосе нет ни смысла, ни гармонии. В космическом же хаосе есть “законы, охраняющие сокровища жизни, которыми украшает себя Вселенная” (Гете)»[152].
2.2.5. Будущее Вселенной.
Как бы интересна ни была история Вселенной — она уже состоялась, и мир, в котором мы живем, существует. А какова дальнейшая судьба этого мира и населяющих его разумных существ, каково будущее Вселенной? В отличие от прошлого, которое оставило свои следы, помогающие воссоздать историю Вселенной, будущее не имеет следов в нашем мире. Изучение его может основываться только на экстраполяции протекающих сегодня процессов. Зная законы механики, мы можем на много лет вперед предвычислять положение планет, предсказывать солнечные затмения и т. д. Точно так же, зная законы развития Вселенной, можно предсказать ее будущее. Чем точнее мы знаем законы эволюции, и чем ближе по времени рассматриваемый момент к современной эпохе — тем точнее будут наши предсказания. Не исключено, что в будущем (в реальной Вселенной, а не в нашей идеальной модели!) возникнут такие условия, при которых проявятся неизвестные нам законы природы. Тогда наши предсказания, основанные на известных сегодня законах, окажутся неточными, а для далекого будущего — неверными. Все это надо иметь в виду при изучении будущего Вселенной. С учетом этих оговорок рассмотрим, какова картина будущего, вытекающая из установленных на сегодня фундаментальных законов физики, какова судьба окружающего нас физического мира.
Мы видели, что будущее развитие Вселенной зависит от плотности материи. Если средняя плотность физической материи меньше или равна критической, Вселенная будет расширяться неограниченно; если она больше критической — расширение сменяется сжатием. Рассмотрим оба сценария в отдельности. Начнем с открытой модели.
В своей увлекательной книге «Как взорвалась Вселенная» И. Д. Новиков приводит слова одного из создателей современной космологии бельгийского астронома Ж. Деметра: «Эволюцию мира можно сравнить со зрелищем фейерверка, который мы застали в момент, когда он уже кончается: несколько красных угольков, пепел и дым. Стоя на остывшем пепле, мы видим медленно угасающие солнца и пытаемся воскресить исчезнувшее великолепие начала миров»[153]. Похоже, что аббат Деметр несколько сместил акценты. Наша Вселенная, скорее всего, находится в самом расцвете своего развития. Но несомненно, что в будущем, когда исчерпаются запасы ядерного горючего в звездах, они перестанут светить, превратившись в холодные черные карлики (см. и. 2.1.3). Это произойдет через 1014 лет. Любопытно, что длительность звездной стадии эволюции Вселенной по порядку величины совпадает с Махакальпой (см. стр. 258).
По окончании звездной стадии галактики будут состоять из остывших звезд и черных дыр, образовавшихся при вспышках сверхновых. Сами галактики также постепенно разрушаются. Это происходит из-за того, что отдельные звезды в результате гравитационного взаимодействия с другими звездами (очень редко, но все же) приобретают большую скорость, при которой они покидают галактику. Этот процесс аналогичен медленному испарению воды при комнатной температуре. В результате такого «испарения» звезды будут постепенно уходить из галактики, а ее центральная часть будет понемногу сжиматься. В конце концов, около 90 % всех звезд рассеются в пространстве, а оставшиеся в центральной части галактики поглотятся черной дырой, находящейся в галактическом ядре. Процесс завершится через 1019 лет. К концу этого периода Вселенная будет состоять из рассеянных в пространстве остывших звезд, планет и черных дыр с массой от нескольких масс Солнца до 1010 М⊙ . Останется также крайне разреженный межзвездный газ, масса которого составляет около 1 % от всей массы Вселенной. Этой, казалось бы, незначительной составляющей в дальнейшем суждено сыграть важнейшую роль в эволюции Вселенной.
Что же произойдет дальше? Во Вселенной идет очень медленный, но неуклонный процесс разрушения самого вещества, связанный с распадом протона. Время жизни протона порядка 1032 лет. Оно невообразимо велико по сравнению с современным возрастом Вселенной, поэтому протон считается очень стабильной частицей. Но все же оно не бесконечно! Через 1032 лет все вещество звезд и планет полностью распадется. Образующиеся в процессе распада позитроны аннигилируют с электронами, в результате остаются только фотоны и нейтрино. Что касается межзвездного газа, то при его распаде из-за крайней разреженности вещества вероятность столкновения электрона и позитрона очень мала, поэтому аннигиляция не происходит, и, наряду с фотонами и нейтрино, образуется очень разреженная электрон-позитронная плазма.
Остаются еще черные дыры, но основная масса Вселенной после распада вещества будет сосредоточена в излучении (фотонах и нейтрино[154]). В теории горячей Вселенной мы видели, что плотность излучения убывает быстрее, чем плотность вещества. Поэтому через 1033 лет плотность материи будет определяться массою вещества, а не излучения. Вещество в это время будет состоять из электрон-позитронной плазмы и черных дыр, в которых и будет сосредоточена основная масса Вселенной. Но и это еще не конец. Оказывается, черные дыры тоже не
