Различные вероятные схемы развития Вселенной. Реальная, ускоряющаяся версия, показана справа. Пройдёт достаточно времени, и ускорение изолирует все связанные галактические или сверхгалактические структуры Вселенной, а все остальные безвозвратно отдалятся от них.
Одной из величайших опасностей в науке считается принятие поспешных решений на основании ограниченных данных, имеющихся у нас на руках. Мы никогда не сможем пронаблюдать всё с произвольной точностью, поэтому мы всегда вынуждены экстраполировать на основе того, что мы видим. Но что, если нам как раз недостаёт той критической информации, которая способна привести нас к правильному выводу? Такая ситуация возникнет через миллиарды лет с Большим взрывом. Этот пугающий вывод привёл к прекрасному вопросу, который задаёт наш читатель:
Если разумная жизнь снова появится в нашей солнечной системе через несколько миллиардов лет, к тому моменту в небе останется видно лишь несколько точек света. Какую теорию Вселенной эти существа смогут изобрести? Она почти наверняка будет неверной. Почему мы считаем, что то, что мы видим, может привести нас к «правильной» теории, если за несколько миллиардов лет до нас всё могло выглядеть совершенно по-другому?
Давайте поговорим о том, что увидит кто-нибудь в далёком будущем, допустим, через десятки миллиардов лет.
Галактика Центавр А обладает пылевым диском, но у неё преобладает эллиптическая форма и гало из спутников: свидетельство давно развивающейся галактики, испытавшей множество слияний в прошлом
В небе всё ещё будет видно сотни миллиардов звёзд, и какая бы разумная форма жизни ни возникла, она сможет увидеть их при помощи тех же самых телескопов, что есть у нас сегодня. Но некоторые детали будут отличаться:
- будет меньше пыли и нейтрального газа,
- пропорционально более старых, красных звёзд малой массы будет больше,
- участков активного формирования звёзд будет гораздо меньше,
- звёзды будут распределены в большом эллиптическом гало, а не в такой плоскости, как Млечный путь.
Основной причиной этого будет то, что за 4-7 млрд лет Млечный Путь, Андромеда, и в итоге все галактики местной группы сольются в одну.
Покадровое изображение слияния Млечного Пути с Андромедой, и того, как изменится внешний вид неба с Земли. Это слияние произойдёт примерно через 4 млрд лет, с огромным всплеском формирования звёзд, что приведёт к появлению эллиптической галактики, заполненной красными и мёртвыми звёздами, и не имеющей свободного газа: Милкдромеды.
Когда происходят такие крупные слияния, появляется огромное количество новых звёзд, которые захватывают большую часть газа и пыли, присутствовавшие в галактике. Когда появляется небольшой регион очень активного формирования звёзд, мы называем это явление вспышкой звездообразования. Когда этот регион охватывает всю галактику, мы называем это галактикой со вспышкой звездообразования. В таких случаях нейтральные атомы очень быстро собираются вместе и формируют новые звёзды повсюду, но наиболее массивные из них живут очень мало. Спустя всего несколько сотен миллионов лет наиболее массивные звёзды исчезают, оставляя гореть лишь солнцеподобные и менее массивные. После того, как пройдёт десятки миллиардов лет, останутся только самые холодные и красные звёзды. Они, возможно, будут не такими яркими, но и количество пыли, которая могла бы блокировать их свет, будет гораздо меньшим.
Галактика со вспышкой звездообразования Henize 2-10, расположенная в 30 млн световых лет от нас. Когда во всей галактике появляются звёзды, происходит вспышка звездообразования. Но после этой вспышки остаётся очень мало неиспользованного материала для последующих поколений звёзд
Но всё это верно только для звёзд нашей Галактики (и местной группы): для будущей гигантской эллиптической галактики Милкдромеды. Если цивилизация далёкого будущего заглянет за пределы нашей будущей Галактики, она увидит лишь пустоту. С продолжением развития Вселенной все галактики, не принадлежащие к местной группе, с ускорением будут двигаться от нас благодаря наличию тёмной энергии. Сейчас ближайшие галактики находятся примерно в 10 миллионах световых лет от нас, но Вселенная ускоряется. Когда Вселенной будет в два раза больше лет, эти галактики будут в два раза дальше; когда ей будет в три раза больше, они будут в четыре раза дальше; после учетверения возраста они будут в восемь раз дальше, и так далее. К тому времени, как Вселенной исполнится 100 млрд лет, ближайшая к нам галактика будет расположена в миллиарде световых лет. Ускоренное расширение Вселенной приведёт к тому, что нам будет казаться, будто мы одни во всём мироздании.
Крупные спиральные галактики после объединения сольются в одну гигантскую эллиптическую галактику. Со временем звёзды внутри неё будут краснее, поскольку голубые погибают быстрее всего. Блокирующие свет газ и пыль в итоге либо будут использованы для создания новых поколений звёзд, или полностью исчезнут после вспышки звездообразования.
Также не будет наблюдаться никаких признаков реликтового излучения. Сегодня существуют сотни остаточных фотонов на кубический сантиметр, с температурой в пару градусов выше абсолютного нуля, попадающих в микроволновую часть спектра. С расширением Вселенной как плотность, так и энергия этих фотонов будут падать. После 100 млрд лет останется меньше одного фотона на кубический сантиметр, а реликтовое излучение уже будет не в микроволновом диапазоне, а только в дальней части радиодиапазона. Если кто-нибудь не догадается о существовании ультрадалёких галактик и этих слабых радиосигналов, то цивилизации далёкого будущего могут и не открыть Большой взрыв.
С расширением ткани Вселенной длина волны удалённых источников света увеличивается. Что до остаточного свечения Большого взрыва, то его можно было наблюдать в видимой части спектра в момент его испускания, потом оно сдвинулось в инфракрасную, а затем в микроволновую часть, и в итоге перейдёт в радио часть спектра с продолжением расширения. Его мощность и интенсивность, а также плотность фотонов, со временем будут продолжать падать.
Вместо этого они бы сделали вывод, что их галактика представляет собой всю Вселенную. Что вокруг них больше ничего нет, и есть только они. Без каких-то подсказок о существовании чего-то ещё не появится стремления искать что-то на больших, неизученных расстояниях, пытаться найти ультрадалёкие галактики, которые сегодня находятся ближе всего к нам. Не будет никакого мотива предполагать существование послесвечения Большого взрыва, поскольку расширения Вселенной никто не заметит. Всё, что у нас будет, это наша Галактика, Милкдромеда, простирающаяся на пару сотен тысяч световых лет. Они, возможно, найдут тёмную материю в собственной Галактике, но и всё. Если только они не наткнутся на ультрадалёкие ультратусклые следы дальних частей Вселенной, они, возможно, даже смогут поверить в гипотезу стационарной Вселенной.
Наше местное суперскопление, Ланиакея, содержит Млечный Путь, нашу местную группу галактик, скопление Девы и множество более мелких групп и скоплений на задворках. Однако каждая группа и скопление гравитационно связаны только сами с собой, и тёмная энергия, расширяющая Вселенную, разнесёт их друг от друга. После 100 млрд лет даже ближайшая к нам галактика за пределами нашей местной группы будет находиться примерно в миллиарде световых лет о нас, и будет во много тысяч, или даже миллионов раз (учитывая смену поколений звёзд внутри её) более тусклой, чем сегодняшние ближайшие к нам галактики. Сегодня мы можем увидеть их в современные телескопы, но поймём ли мы, что их надо искать, и повезёт ли нам посмотреть в нужном направлении?
Они будут задаваться вопросами вроде, откуда появилась их Галактика? Почему она только одна? Откуда взялась материя для формирования долгоживущих звёзд? Почему так мало молодых, голубых звёзд? Без свидетельств расширения Вселенной, Большого взрыва или удалённых объектов за пределами Млечного Пути они определённо будут делать неверные выводы столетия, если не вечность. После бесчисленных поколений поисков глубочайших бездн Вселенной, не найдя ничего, они будут вынуждены заключить, что они одиноки. Есть только их галактика, только их звёзды, только они. Одни в бесконечной бездне тёмного одиночества.
Изолированная галактика MCG+01-02-015, одна-одинёшенька на протяжении более 100 000 000 световых лет во всех направлениях, сейчас считается самой одинокой галактикой во Вселенной [галактика войда – одна из галактик, встречающихся в космических войдах / прим. перев.] В далёком будущем Милкдромеда будет ещё более одинокой.
Нам досталась привилегия дойти в своих изысканиях до того состояния, в котором мы находимся, как эволюционно, так и технологически, пока Вселенная ещё так молода. Мы сегодня живём во времена, когда ближайшие галактики продемонстрировали нам расширяющуюся Вселенную, намекнув нам на необходимость поиска признаков тех времён, когда Вселенная была меньше, плотнее и горячее. И мы нашли очень надёжные признаки тех времён, как вблизи, так и вдалеке, и мы знаем, что нужно искать на огромных космических расстояниях благодаря тому, что находится рядом с нами. Но если бы мы не увидели ничего? Если бы мы считали, что наша Галактика – всё, что существует? Мотивации искать далее просто не было бы. В отдалённом будущем цивилизации придётся заглядывать на расстояния в сотни или даже тысячи раз большие, чтобы увидеть ближайшие объекты за пределами Галактики.
Наши заключения по поводу текущего состояния нашей Вселенной и её истории зависят от того, когда мы появились.
Вселенная с тёмной энергией: наша Вселенная. Мы можем обнаружить эту тёмную энергию только потому, что живём сегодня; если бы мы появились 11 млрд лет назад, мы бы её не заметили. Может быть, мы что-то упускаем, потому что живём сегодня, а не раньше или позже?
Заставляет ли это задуматься вас, как задумался наш читатель, существуют ли важные компоненты или свойства Вселенной, уже утраченные? Мы предполагаем, что Вселенная состоит из нормальной материи, излучения, тёмной материи, нейтрино, чёрных дыр и тёмной энергии – вот, практически, и всё. Но если заглянуть назад, мы знаем, что нейтрино и излучение тогда были гораздо важнее, чем сейчас, и что тёмная энергия не проявляла себя на обнаружимом уровне до тех пор, пока Вселенной не стукнуло несколько миллиардов лет. Могут ли во Вселенной быть другие типы энергии, исчезнувшие раньше излучения, о существовании которых нам неизвестно из-за того, что отсутствуют свидетельства их наличия?
Различные компоненты и вклады в плотность энергии Вселенной, и времена, когда они доминируют. Если бы космические струны или стены доменов существовали в каком-то ощутимом количестве, они бы вносили значительный вклад в расширение Вселенной. Могут быть и другие компоненты, такие, которые мы уже не можем увидеть, и такие, которые ещё не появились!
Всё, что мы сейчас можем сделать, это установить ограничения на эти компоненты из имеющихся у нас свидетельств. Реалистично говоря, эти ограничения не очень хороши. Нам видно достаточную часть Вселенной для того, чтобы мы могли уверенно утверждать правильность гипотезы Большого взрыва, и что у Вселенной должно было быть инфляционное происхождение, подготовившее и породившее Большой взрыв. Но кроме этого у Вселенной могут быть и другие компоненты, которые на самом деле играли важную роль в отдалённом прошлом, и их признаков более не существует. Учёные очень редко концентрируются на подобной возможности, поскольку наши теории неплохо воспроизводят то, что мы наблюдаем. Но в далёком будущем ситуация будет точно такой же – предположение о стационарной Вселенной, существовавшей без изменений десятки миллиардов лет будет очень хорошо работать.
Это отрезвляющее напоминание о том, что как бы хорошо ни работали наши научные теории, их всегда могут пересмотреть, и что мы никогда не должны останавливать поиск пробелов в них. Именно на границе измеримого и наблюдаемого находим мы новые способы движения вперёд. Без зондирования всё более удалённых горизонтов, от субатомных до космических, мы никогда не раскроем глубочайших истин Вселенной. Мы узнали уже очень много, но, как и у многих учёных, у меня есть ощущение, что нам ещё очень много предстоит пройти. И чтобы дойти туда, потребуется скромность, и, возможно, поиски в маловероятных местах.
Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].
