Черные дыры и молодые вселенные - читать онлайн книгу. Автор: Стивен Хокинг cтр.№ 30

Конечно, и научные прогнозы могут оказаться не надежнее, чем предсказания оракулов и пророков. Можно вспомнить прогнозы погоды. Но представляется, что в определенных ситуациях мы можем дать надежный прогноз, и будущее Вселенной, в очень большом масштабе, попадает в число таких тем.

За последние триста лет мы открыли научные законы, управляющие существованием материи в нормальных условиях. Но для экстремальных ситуаций мы по-прежнему законов не знаем. Эти законы важны для понимания того, как возникла Вселенная, но они не влияют на ее будущее развитие, если только (или пока) Вселенная опять не сожмется в сверхплотное состояние. По сути, мерилом того, как мало эти законы высоких энергий влияют на нынешнюю Вселенную, является тот факт, что для их проверки мы тратим огромные деньги на строительство гигантских ускорителей частиц.

Даже зная соответствующие законы, управляющие Вселенной, мы не можем использовать их для предсказания далекого будущего. Это объясняется тем, что решения физических уравнений могут проявить свойство, известное как хаотичность, то есть уравнения могут оказаться нестабильными: малейшее изменение в параметрах – и поведение системы вскоре совершенно изменится. Например, если вы чуть-чуть измените усилие, с которым толкнули колесо рулетки, то измените выигрышный номер. Выигрышный номер практически невозможно предугадать – иначе физики сколачивали бы себе состояние в казино.

В нестабильных хаотических системах, как правило, можно выявить некий временной масштаб, характеризующийся тем, что в нем малое изменение в неких начальных условиях возрастает вдвое. В приложении к земной атмосфере этот временной масштаб составляет порядка пяти дней – примерно столько, сколько нужно ветру, чтобы облететь вокруг Земли. На период около пяти дней предсказать погоду можно довольно точно, но чтобы предсказать ее дальше, нужно очень точно знать настоящее состояние атмосферы и произвести невероятно сложные вычисления. Нет способа предсказать погоду на шесть месяцев вперед точнее, чем дать среднее сезонное значение.

Мы также знаем основные законы химии и биологии и в принципе могли бы определить, как работает мозг. Но описывающие мозг уравнения почти наверняка имеют хаотический характер, и малейшее изменение начального состояния ведет к совершенно иному результату. Поэтому на практике мы не можем предсказать человеческое поведение, даже если бы знали уравнения, им управляющие. Наука не может предсказать будущее человечества, даже если это будущее есть. Опасность заключается в том, что наша способность разрушать и губить окружающую среду и друг друга возрастает гораздо быстрее, чем наша мудрость в использовании этой способности.

Что бы ни случилось на Земле, остальная Вселенная не обратит на это внимания. Представляется, что движение планет вокруг Солнца в конечном счете хаотично, хотя и в далекой перспективе. Это означает, что ошибки в предсказании становятся с течением времени больше. Далее какого-то времени движение в деталях предсказать невозможно. Мы можем быть относительно уверены, что Земля очень долго не встретится с Венерой, но не можем гарантировать, что малые возмущения орбит не сложатся так, что через миллиард лет это столкновение произойдет. Движение Солнца и других звезд вокруг центра Галактики и движение Галактики вокруг центра группы галактик тоже хаотичны. Мы наблюдаем, что другие галактики удаляются от нас, и более отдаленные удаляются быстрее. Это означает, что Вселенная расширяется в близлежащее пространство: расстояние между галактиками со временем возрастает.

Наблюдаемое нами фоновое микроволновое излучение из внешнего пространства свидетельствует, что это расширение равномерно и нехаотично. Вы можете сами наблюдать это излучение, настроив ваш телевизор на свободный канал. Небольшая часть пятнышек, увиденных вами на экране, вызвана микроволнами, пришедшими из-за пределов Солнечной системы. Это тот же вид излучения, что и в микроволновой печи, просто гораздо слабее. Оно может разогреть пищу лишь до 2,7 градуса выше абсолютного нуля и потому не очень подойдет для приготовления пиццы. Считается, что это излучение осталось от ранней – горячей – стадии развития Вселенной. Но самое замечательное в нем то, что почти одно и то же количество излучения поступает со всех направлений. Его очень точно измеряет спутник-исследователь космического фона. Карта неба, сделанная по результатам этих наблюдений, показала бы разную температуру излучения. С разных направлений приходит излучение разной температуры, но отклонения очень невелики – не более чем 1 часть на 100 000. Какая-то разница в микроволнах, пришедших с разных направлений, должна быть, так как Вселенная не совершенно равномерна – в ней есть местные аномалии вроде звезд, галактик и скоплений галактик. Но отклонение микроволнового фона мало, насколько это возможно, учитывая наблюдаемые нами местные аномалии. С точностью не хуже чем 99,999 % микроволновый фон одинаков во всех направлениях.

В древние времена люди верили, что Земля находится в центре Вселенной. И потому они бы не удивились, что фон со всех сторон одинаков. Однако со времен Коперника нас понизили до одной из малых планет, вращающихся вокруг очень заурядной звезды на окраине обыкновенной галактики – одной из ста миллиардов видимых нами. Теперь мы стали настолько скромны, что не можем претендовать на особое положение во Вселенной, и потому должны допустить, что фон одинаков во всех направлениях почти в любой галактике. Это возможно только в том случае, если средняя плотность Вселенной и скорость ее расширения везде одинаковы. Любое отклонение средней плотности или скорости расширения в большой области привело бы к тому, что фон с разных направлений различался бы. Из этого следует, что в очень большом масштабе поведение Вселенной просто и нехаотично и потому можно делать предсказания на далекое будущее.

Поскольку расширение Вселенной столь равномерно, его можно описать одним числом – расстоянием между двумя галактиками. В настоящее время оно возрастает, но можно предположить, что гравитационное притяжение между разными галактиками замедляет это возрастание. Если плотность Вселенной больше некоторой критической величины, гравитационное притяжение в конце концов остановит расширение и снова заставит Вселенную сжиматься. Произойдет Большое Сжатие. Это будет подобно Большому Взрыву, с которого Вселенная началась. Большое Сжатие окажется так называемой сингулярностью – состоянием с бесконечной плотностью, в котором нарушаются физические законы. Это означает, что даже если бы после Большого Сжатия были какие-то события, предсказать их невозможно. Но без причинной связи между событиями нет никакого осмысленного способа определить, что за чем последует. Наша Вселенная может даже закончиться Большим Сжатием, и тогда любое событие «после» этого будет частью другой, особой Вселенной. Это немного напоминает перевоплощение, реинкарнацию. Какое значение можно придавать утверждению, будто новорожденный ребенок – тот же человек, что и умерший, если ребенок не унаследовал никаких свойств и никаких воспоминаний из своей предыдущей жизни? Точно так же можно сказать, что это другая личность.

Если средняя плотность Вселенной меньше критического значения, она не будет сжиматься, а ее расширение продолжится. Через какое-то время ее плотность станет так мала, что гравитационное притяжение не будет оказывать существенного влияния на скорость расширения, и галактики продолжат разлетаться с постоянной скоростью.