До конца времен. Сознание, материя и поиск смысла в меняющейся Вселенной - читать онлайн книгу. Автор: Брайан Грин cтр.№ 84

Эти открытия, захватывающие сами по себе, важны для нашего рассказа потому, что на 23-м этаже Земля (считая, опять же, что до этого момента она будет находиться на орбите), потеряв энергию посредством процесса, аналогичного описанному, — медленной, но безостановочной генерации гравитационных волн — упадет по спирали на давно мертвое Солнце. С другими планетами произойдет примерно то же самое, хотя временные ориентиры, возможно, будут иными. Более мелкие планеты производят в ткани пространства меньшее возмущение и потому спускаются по более пологой спирали; так же происходит и с планетами, орбиты которых далеки от звезды. Взяв Землю в качестве примера тех планет, которые будут упрямо держаться за свои орбиты, мы заключаем, что к 23-м этажу такие планеты, примирившись со своей судьбой, нырнут наконец вниз и соединятся со своим холодным солнцем в последнем крепком объятии.

Галактики на последних этапах существования ожидает примерно такая же последовательность событий. В центре большинства галактик имеется громадная черная дыра массой в миллионы или даже миллиарды масс Солнца. На подъеме к 23-му этажу в галактиках из звезд останутся только выгоревшие угольки; избежав участи быть выброшенными прочь, они будут медленно двигаться по орбитам вокруг центральной черной дыры своей галактики. И если планеты, орбитальная энергия которых постепенно уходит в гравитационные волны, медленно по спирали спускаются к центру системы, то звезды, с которыми происходит нечто аналогичное, по спирали спускаются к центральной черной дыре галактики. Оценив скорость передачи энергии, ученые пришли к выводу, что к 24-му этажу большая часть звездных огарков будет уже поглощена черной бездной, притаившейся в центре соответствующей галактики25. Если в галактике найдутся упрямцы — выгоревшие звезды, которые достаточно малы и далеки от центра, — центральная черная дыра предложит им дополнительную помощь, неустанно притягивая эти звезды и приманивая их все ближе к месту последнего упокоения. Учитывая оба эти влияния, центральные черные дыры начисто выметут звезды из большинства галактик к 30-му этажу, то есть через 1030 лет после Большого взрыва, если не раньше.

К этому времени экскурсия по космосу превратится в мероприятие, не слишком богатое событиями. Вокруг будет лишь темное безжизненное пространство, прерываемое тут и там холодными планетами, выгоревшими звездами и чудовищными черными дырами.

Судьба сложной материи

Может ли жизнь уцелеть среди происходящих в окружающей среде чрезвычайных превращений, о которых мы говорили? Это очень непростой вопрос, не в последнюю очередь потому, что, как подчеркивалось в начале этой главы, мы представления не имеем о том, как будет выглядеть жизнь далекого будущего. Лишь одна характеристика кажется верной: жизнь любого сорта должна будет обуздать подходящую энергию, чтобы питать ею свои функции жизнеобеспечения — метаболическую, репродуктивную и все остальные. По мере того как звезды прогорают и выбрасываются за пределы галактик в глубокий космос или спускаются по спирали во всепожирающие черные дыры, эта задача будет становиться все более сложной. Есть, конечно, креативные идеи, такие как обуздание частиц темной материи, пронизывающей, как мы считаем, все пространство; эти частицы могут вырабатывать энергию при столкновении друг с другом и превращении их в фотоны26. Но вот незадача: даже если какая-то форма жизни сумеет взять на вооружение новый источник полезной энергии, то позже, когда мы продолжим подъем, появится, скорее всего, следующая проблема, более значимая, чем все остальные.

Само вещество может распасться и исчезнуть.

В основе всех атомов, складывающихся в молекулы и образующих все сложные материальные структуры, от жизни до звезд, лежат протоны. Если бы протоны обладали склонностью к распаду на несколько более легких частиц (таких как электроны и фотоны), вещество распалось бы и Вселенная изменилась радикально27. Наше существование наглядно свидетельствует о стабильности протонов, по крайней мере на временных масштабах, сравнимых с промежутком времени, миновавшим после Большого взрыва. Но как насчет куда более масштабных временных промежутков, которые мы сейчас рассматриваем? Почти полвека физики то и дело натыкались на интригующие математические намеки, согласно которым на подобных громадных промежутках времени протоны все же могут распадаться.

Еще в 1970-е гг. физики Говард Джорджи и Шелдон Глэшоу разработали первую теорию Великого объединения — математическую концепцию, которая объединяет, по крайней мере на бумаге, все три негравитационных взаимодействия28. Хотя сильное и слабое ядерные взаимодействия и электромагнитное взаимодействие обладают очень разными свойствами, если рассматривать их в лабораторных экспериментах, — в схеме Джорджи и Глэшоу эти различия сильно уменьшаются, когда все три взаимодействия исследуются на все меньших и меньших расстояниях. Так что Великое объединение предполагало: эти три взаимодействия на самом деле представляют собой разные проявления одного и того же главного взаимодействия — единства природных механизмов, которое проявляется только на самых мелких масштабах.

Джорджи и Глэшоу понимали, что связи между взаимодействиями, которые предполагаются Великим объединением, означают и новые связи между частицами вещества. И эти связи разрешают множество новых взаимных превращений частиц, включая и такие, результатом которых должен стать распад протонов. К счастью, процесс этот должен протекать медленно. Расчеты показали, что если держать на ладони кучку протонов и дожидаться их полураспада, то держать их пришлось бы примерно тысячу миллиардов миллиардов миллиардов лет — достаточно долго, чтобы добраться до 30-го этажа нашей башни. Это забавное предсказание может показаться непроверяемым. Кому достанет терпения выполнить такой тест?

Получить ответ помогает простой, но красивый ход. Как шансы на то, что в очередном выпуске еженедельной лотереи найдется победитель, будут близки к нулю, если продано всего несколько билетов, но сильно вырастут, если продажи билетов взлетят до небес, так и шансы увидеть распад протона в маленьком образце почти отсутствуют, но вырастут многократно при увеличении размеров образца29. Так что наполните громадный бак миллионами галлонов30 очищенной воды (в каждом галлоне содержится около 1026 протонов), окружите этот образец самыми чувствительными детекторами и наблюдайте неустанно, день и ночь, в поисках характерных признаков продуктов распада протона (которыми, по гипотезе Джорджи — Глэшоу, является частица под названием пион в комплекте с антиэлектроном).

Поиск конкретных микроскопических обломков единственного распавшегося протона, плавающего в море своих собратьев настолько многочисленном, что их число намного превосходит число песчинок на всех пляжах и во всех пустынях нашей планеты, может показаться задачей, оставляющей далеко позади пресловутый поиск иголки в стоге сена. Но факт остается фактом: блестящие команды физиков-экспериментаторов уже не раз наглядно продемонстрировали, что если бы какой-нибудь протон в баке распался-таки, то датчики непременно подняли бы тревогу.

Я был одним из студентов Джорджи в середине 1980-х гг., когда его единая теория подверглась испытанию. Я изучал более фундаментальные дисциплины, так что даже не понимал до конца, что происходит. Но я чувствовал всеобщее предвкушение и нетерпеливое ожидание. Единство природы должно было вот-вот проявиться; мечта Эйнштейна стала близка к реализации. Год прошел без признаков распада хотя бы одного протона. За ним еще год. И еще. Неудача этого эксперимента позволила ученым установить нижнюю границу времени жизни протона, которая нынче составляет примерно 1034 лет.