Далекое будущее Вселенной Эсхатология в космической перспективе
Шрифт:
Ведущие богословы также не стеснялись обсуждать эти прогнозы. Ученые, сведущие и в науке, и в богословии, такие, как Варнс или де Шарден, встречали вызов с высоко поднятой головой. Наиболее глубоко и подробно исследует эту тему работа Уильяма Инджа, впоследствии декана собора Святого Павла в Лондоне, чья влиятельная книга «Бог и астрономы» (1934), основанная на лекциях 1931–1933 годов, полностью посвящена размышлениям о сценариях тепловой смерти, которые Джинс и Эддингтон предлагали для обсуждения в своих широко известных лекциях и писаниях. Индж, как и многие другие богословы, фактически приветствовал концепцию тепловой смерти, поскольку представление о будущем, в котором всякая жизнь неизбежно придет к концу, наносило удар по материалистической концепции самодостаточности природы и человечества. Такая «самоубийственная» вселенная не могла быть эмоционально приемлемой в качестве гостеприимного дома для человечества. Мишенью Инджа стали приверженцы «модернистской философии», будь то атеистические материалисты или богословы, очарованные идеей «эволюционирующего Бога», который подстраивается к нуждам вечно меняющейся вселенной:
Мысль
3.2. Эсхатология современной физики
В наше время рассмотрением судьбы вселенной с точки зрения всех известных нам законов физики и астрономии наиболее подробно занимался Дайсон, в 1979 году [13] писавший о долгосрочной судьбе вещества и астрономических структур в расширяющейся вселенной, а также Бэрроу и Типлер в 1978 [5] и 1986–м [6] годах предложившие свои размышления об эволюции анизотропии и неоднородности вселенной, распаде протонов и других аспектах современных объединенных калибровочных теорий, а также новых форм быстрой передачи информации, и исследовавшие тепловую смерть с точки зрения гравитационной энтропии, подчеркнутой Фраучи [18] в 1982 году. Из этих исследований понятно, что предсказывать будущее беспрерывно расширяющейся вселенной — по меньшей мере, столь же сомнительное занятие, как и реконструировать ее историю. В дальнейшем появились новые исследования, добавляющие некоторые детали [30, 26] и развивающие спекулятивные размышления о природе и возможных последствиях неограниченной обработки информации [32].
Чтобы включить в свое предсказание далекого космического будущего все возможные неопределенности, мы должны оценить все динамические возможности, открытые для расширяющейся вселенной: последствия поправок к нашей нынешней теории гравитации, на данный момент незначимо малых, но имеющих значение в долгосрочной перспективе, крупномасштабные топологические ограничения, возможности сверхслабых природных сил и легчайших элементарных частиц, роль которых в далеком будущем, с расширением вселенной, может чрезвычайно возрасти, и термодинамическую судьбу материи и энергии во всех их формах. А если мы хотим предсказать будущее жизни, то должны дать ей достаточно широкое определение, которое позволило бы ей избежать полностью предсказуемой судьбы всех атомных структур. Определение жизни как информационного процесса, требующего неравновесности, а также времени и пространства для хранения информации, делает возможным вопрос о том, какие типы вселенной позволят этой минимальной жизни — обработке бесконечного объема информации — продолжаться вечно. Этот вопрос переводит «проблему времени» из области общей теории относительности на иной, более высокий уровень. Необходимо спросить, что представляет собой естественная временная шкала, в рамках которой будет совершаться обработка информации в далеком будущем? Возможно, речь идет о самом простом времени наших бытовых представлений, как обычно предполагают; но, если обработка информации примет глобальные формы, куда уместнее будет измерять ее с помощью времени, которое внутренне определяется кривизной вселенной, без обращения к каким-либо артефактам [13] .
13
См. Barrow and Tipler [6], ch. 10. Это рассуждение ставит перед нами вопрос о том, какова должна быть структура пространства–времени для того, чтобы в будущем можно было обработать бесконечное число битов информации.
Интересным следствием этих исследований стало понимание того факта, что традиционная картина тепловой смерти вселенной нуждается в коренном пересмотре. Открытие Хокинга, установившего, что гравитационные поля являются носителями энтропии, означает, что максимальная возможная для вселенной энтропия может возрастать быстрее, чем реальная энтропия вещества и излучения. Таким образом, энтропия вещества и излучения вселенной может неуклонно возрастать в соответствии с нашими ожиданиями, основанными на втором законе термодинамики, однако эта энтропия будет все дальше и дальше от достижения того максимального значения, которое может иметь энтропия вселенной. Таким образом, несмотря на постоянное возрастание энтропии, вселенная уходит все дальше и дальше от термального равновесия и конечной тепловой смерти.
Этот комплекс возможностей и неизбежностей предоставляет как философам, так и богословам неисчерпаемое богатство потенциально важных вопросов для размышления:
• Каков ответ на конечность будущего земных (или даже любых) форм жизни?
• Что, если жизнь в каком-либо определенном смысле слова способна существовать вечно?
• Как относиться к печально знаменитым парадоксам бесконечного повторения, неразрывно связанным с понятием бесконечности [17, 31]?
• Можно ли согласовать картину жестко структурированного пространства–времени в будущем со свободой воли?
Проблема меняется, если наша вселенная начнет сжиматься в далеком будущем, устремляясь в конце концов к «большому краху», который наступит через конечное время. Наблюдения могут сообщить нам лишь о том, может ли эта судьба постичь видимую часть нашей вселенной [2]. Мы находимся в дразнящей близости к точке, отделяющей бесконечное расширение в будущем от коллапса, и малые флуктуации местного характера на больших масштабах во вселенной могут породить весьма крупномасштабные области коллапса, в то время как остальная вселенная продолжит вечное расширение. Интересно, что популярная сейчас инфляционная модель вселенной позволяет ожидать существование подобного неоднородного состояния в любом месте вселенной и в любое время. Если же отдельная область (или даже
вся вселенная) впадет в коллапс — возможно, вслед за этим она вновь начнет расширяться, осуществив таким образом осциллирующую версию древней стоической и восточной концепции циклически возрождающегося мира.3.3. Взлеты и падения пульсирующих вселенных
Если наша расширяющаяся вселенная, со знакомыми нам звездами и галактиками, не возникла вдруг спонтанно и из ниоткуда — каково же ее происхождение? Одно из мнений, имеющее длинную родословную, гласит, что она вовсе не имела начала. Она существовала всегда. Неизменно обаятельные мифы повествуют о циклической истории вселенной, которая периодически сгорает в великом пламени и затем, как феникс, возрождается из пепла [16, 6]. Современные космологические модели расширяющейся вселенной вторят этому сценарию. Говоря о закрытых вселенных, имеющих историю расширения, расширяющихся до максимума и затем снова сжимающихся до нуля, нельзя исключить, что этот эпизод космической истории будет повторяться и дальше. Предположим, что вселенная расширяется и сжимается снова, и снова, и снова — и так до бесконечности. Если это возможно, нет никаких причин думать, что мы находимся в первом цикле. Можно вообразить себе неисчислимое множество пульсаций в прошлом и подобное же количество — в будущем. Однако мы игнорируем тот факт, что в начале и в конце каждого цикла возникает сингулярность. Возможно, что отталкивающая гравитация остановит вселенную поблизости от точки бесконечной плотности, или же в момент сингулярности произойдет что-то еще более экзотическое… но все это — голословные предположения.
Впрочем, нельзя сказать, что такие предположения не ограничены ничем, кроме нашей фантазии. Возьмем за основу, что эволюцией от цикла к циклу управляет один из центральных принципов, управляющих жизнью всей природы — второй закон термодинамики, сообщающий нам, что полная энтропия (или беспорядок) закрытой системы никогда не может убывать [14] . Упорядоченные формы вещества будут превращаться в беспорядочное излучение, а энтропия излучения будет постоянно возрастать. В результате будет повышаться общее давление, оказываемое веществом и излучением на вселенную, и размер вселенной будет увеличиваться в каждой последующей максимальной точке расширения [15] . По мере развития циклов они становятся все больше и больше! Парадоксальным образом вселенная все приближается и приближается к критическому состоянию уплощенности, которое мы воспринимаем как следствие непомерного расширения. Если же оглянуться в прошлое, то мы увидим циклы, в которых вселенная была все меньше и меньше: предположение о ее начале во времени здесь оказывается излишним, хотя понятно, что жизнь могла возникнуть лишь после того, как циклы стали достаточно большими и достаточно длительными для формирования атомов и биологических элементов.
14
Предположение здесь состоит в том, что в моменты, когда вселенная «поворачивает» в своем развитии, ничто не противоречит второму закону термодинамики.
15
Об этом впервые заговорил Р. К. Толмэн [33, 34]. Новый детальный анализ был сделан недавно Бэрроу и Дабровски [4].
Довольно долго эта последовательность событий принималась за свидетельство того, что в прошлом вселенная не переживала бесконечного ряда пульсаций, поскольку возрастание энтропии в конце концов должно было сделать невозможным существование звезд и жизни (см., например, [20]), а число фотонов, которое мы измеряем в среднем по вселенной на каждый протон (около миллиарда), дает оценку производства энтропии в прошлом. Однако теперь мы знаем, что эта величина не обязательно должна возрастать от цикла к циклу. С ее помощью нельзя измерить возрастание энтропии. В момент обращения развития вселенной все смешивается, а в дальнейшем число протонов, сравниваемое с числом фотонов, устанавливается достаточно ранними процессами. Одной из проблем такого рода может оказаться проблема черных дыр. Если уж крупные черные дыры, вроде тех, что мы наблюдаем в центре многих галактик, включая Млечный Путь, формируются, они будут иметь тенденцию накапливаться во вселенной от цикла к циклу, становясь все массивнее, пока наконец не поглотят всю вселенную, конечно, при условии, что они не разрушаются при каждом обращении или не превращаются в отдельные «вселенные», которые мы не можем ни увидеть, ни ощутить гравитационно. Смолин [29] предложил занимательную схему, согласно которой, вслед за коллапсом черная дыра разворачивается в новую расширяющуюся вселенную, параметры физических констант в которой немного сдвинуты. В долгосрочной перспективе это может привести к возникновению целой популяции новых вселенных, преобладать в которой будут производящие больше всего черных дыр. Очень небольшие сдвиги в физических константах могут снизить производство черных дыр в нашей вселенной. Однако вполне возможно, что такие вселенные не допускают существования наблюдателей, поэтому наш сценарий должен звучать так: мы, скорее всего, находимся во вселенной, которая максимизирует производство черных дыр, при условии, что в ней могут существовать наблюдатели.
Любопытный постскриптум к истории циклических вселенных открыт недавно Мариушем Дабровски и мною [4]. Мы показали, что если космологическая константа Эйнштейна существует, то при любом, сколь угодно малом положительном значении ее эффект отталкивающей гравитации в конце концов прекратит пульсацию циклической вселенной. Осцилляции будут становиться все больше и больше, пока наконец вселенная не станет так велика, что космологическая константа возобладает над притяжением материи. Когда это случится, вселенная впадет в фазу ускоряющегося расширения, из которой она уже никогда не сможет выйти, если только в отдаленном будущем каким-то таинственным образом не исчезнет вакуумная энергия, создающая давление космологической константы. Таким образом, при наличии положительной космологической константы пульсирующая вселенная может в конце концов избежать судьбы бесконечных осцилляции. Если в прошлом и существовало бесконечное число осцилляции, то в настоящем мы можем ожидать, что находимся в последнем бесконечно расширяющемся цикле, если только это тот самый цикл, в котором может существовать и развиваться жизнь.