Пять возрастов Вселенной

Предположим, что через двадцать миллиардов лет, достигнув максимального размера, Вселенная действительно переживает повторное сжатие. В то время Вселенная будет примерно в два раза больше, чем сегодня. Температура фонового излучения составит около 1,4 градуса Кельвина: вполовину меньше сегодняшнего значения. После того как Вселенная остынет до этой минимальной температуры, последующий коллапс нагреет ее при стремительном движении к Большому сжатию. Попутно, в процессе этого сжатия будут разрушены все структуры, созданные Вселенной: скопления, галактики, звезды, планеты и даже сами химические элементы.

Приблизительно через двадцать миллиардов лет после начала повторного сжатия Вселенная вернется к размеру и плотности современной Вселенной. А в промежуточные сорок миллиардов лет Вселенная движется вперед, имея примерно один и тот же вид крупномасштабной структуры. Звезды продолжают рождаться, эволюционировать и умирать. Небольшие звезды, сберегающие топливо, вроде нашего близкого соседа Проксима Центавры, не имеют достаточно времени, чтобы пережить сколько-нибудь значительную эволюцию. Некоторые галактики сталкиваются и сливаются в пределах их родительских скоплений, но большинство из них сохраняется в практически неизменном виде. Отдельной галактике требуется куда больше сорока миллиардов лет, чтобы изменить свою динамическую структуру. Обращая закон расширения по Хабблу, некоторые галактики станут приближаться к нашей галактике, вместо того чтобы удаляться от нее. И только эта любопытная тенденция к смещению в голубую часть спектра позволит астрономам мельком увидеть надвигающуюся катастрофу.

Отдельные скопления галактик, рассеянные в необъятном пространстве и свободно связанные в комья и нити, останутся в целости и сохранности до тех пор, пока Вселенная не сожмется до размера в пять раз меньше, чем сегодня. В момент этого гипотетического будущего соединения скопления галактик сливаются. В сегодняшней Вселенной скопления галактик занимают всего около одного процента объема. Однако как только Вселенная сжимается до пятой части ее сегодняшнего размера, скопления заполняют фактически все пространство. Таким образом, Вселенная станет одним гигантским скоплением галактик, но сами галактики в эту эпоху, тем не менее, сохранят свою индивидуальность.

По мере продолжения сжатия Вселенная очень скоро станет в сто раз меньше, чем сегодня. На этом этапе средняя плотность Вселенной будет равна средней плотности галактики. Галактики перекроют друг друга, и отдельные звезды уже не будут принадлежать какой-либо конкретной галактике. Тогда вся Вселенная превратится в одну гигантскую галактику, наполненную звездами. Фоновая температура Вселенной, создаваемая космическим фоновым излучением, вырастает до 274 градусов Кельвина, приближаясь к точке таяния льда. Из-за увеличивающегося сжатия событий после этой эпохи продолжать рассказ гораздо удобнее с позиций противоположного конца временной шкалы: времени, остающегося до Большого сжатия. Когда температура Вселенной достигает точки таяния льда, у нашей Вселенной остается десять миллионов лет будущей истории.

До этого момента жизнь на планетах земного типа продолжается достаточно независимо от происходящей вокруг эволюции космоса. На самом деле, теплота неба в конечном итоге растопит замороженные объекты типа Плутона, дрейфующие по периферии каждой солнечной системы, и предоставит последний мимолетный шанс на расцвет во Вселенной жизни. Эта относительно короткая последняя весна завершится по мере дальнейшего повышения температуры фонового излучения. С исчезновением жидкой воды по всей Вселенной более или менее одновременно происходит массовое вымирание всего живого. Океаны выкипают, а ночное небо становится ярче, чем дневное небо, видимое нами с Земли сегодня. Когда до финального сжатия остается лишь шесть миллионов лет, любые выжившие формы жизни должны либо оставаться глубоко в недрах планет, либо развить продуманные и эффективные механизмы охлаждения.

После окончательного разрушения сначала скоплений, а потом и самих галактик следующими на линии огня оказываются звезды. Если бы не случилось ничего другого, звезды, рано или поздно, столкнулись бы и разрушили друг друга перед лицом продолжающегося и всеразрушающего сжатия. Однако столь жестокая судьба обойдет их стороной, потому что звезды разрушатся более постепенным образом задолго до того, как Вселенная станет достаточно плотной, чтобы произошли звездные столкновения. Когда температура непрерывно сжимающегося фонового излучения превышает температуру поверхности звезды, равную от четырех до шести тысяч градусов Кельвина, поле излучения может значительно изменить строение звезд. И хотя в недрах звезд продолжаются ядерные реакции, их поверхности испаряются под действием очень сильного внешнего поля излучения. Таким образом, основной причиной разрушения звезд служит фоновое излучение.

Когда начинают испаряться звезды, размер Вселенной примерно в две тысячи раз меньше сегодняшнего. В эту бурную эпоху ночное небо выглядит таким же ярким, как поверхность Солнца. Краткостью оставшегося времени сложно пренебречь: сильнейшее излучение сжигает любые сомнения в том, что до конца остается менее миллиона лет. Любые астрономы, у которых хватит технологической смекалки, чтобы дожить до этой эпохи, возможно, с покорным изумлением вспомнят, что наблюдаемый ими бурлящий котел Вселенной — звезды, застывшие на небосклоне ярком, как Солнце, — есть не что иное, как возвращение парадокса Ольберса о бесконечно старой и статической Вселенной.

Любые ядра звезд, или коричневые карлики, дожившие до этой эпохи испарения, будут самым бесцеремонным образом разорваны на куски. Когда температура фонового излучения достигнет десяти миллионов градусов Кельвина, что сравнимо с современным состоянием центральных областей звезд, любое оставшееся ядерное топливо может воспламениться и привести к сильнейшему и эффектнейшему взрыву. Таким образом, звездные объекты, которые умудрятся пережить испарение, внесут свой вклад в общую атмосферу конца света, превратившись в фантастические водородные бомбы.

Планеты в сжимающейся Вселенной разделят участь звезд. Гигантские газовые шары, вроде Юпитера и Сатурна, испаряются гораздо легче звезд и оставляют после себя лишь центральные ядра, неотличимые от планет земного типа. Любая жидкая вода уже давным-давно испарилась с поверхностей планет, а совсем скоро ее примеру последуют также их атмосферы. Остаются только голые и бесплодные пустыри. Каменистые поверхности плавятся, и слои жидкого камня постепенно утолщаются, в конечном итоге, захватывая всю планету. Гравитация удерживает гибнущие расплавленные остатки от разлетания, а они создают тяжелые силикатные атмосферы, которые, в свою очередь, утекают в космическое пространство. Испаряющиеся планеты, окунаясь в ослепительное пламя, исчезают без следа.

Когда планеты покидают сцену, атомы межзвездного пространства начинают распадаться на составляющие их ядра и электроны. Фоновое излучение становится настолько сильным, что фотоны (частицы света) получают достаточную энергию, чтобы высвободить электроны. В результате этого в последние несколько сотен тысяч лет атомы прекращают свое существование и вещество распадается на заряженные частицы. Фоновое излучение сильно взаимодействует с этими заряженными частицами, в силу чего вещество и излучение тесно переплетаются. Космические фоновые фотоны, которые беспрепятственно путешествовали на протяжении почти шестидесяти миллиардов лет с момента рекомбинации, попадают на поверхность их «следующего» рассеивания.

Рубикон перейден, когда Вселенная сжимается до одной десятитысячной ее настоящего размера. На этом этапе плотность излучения превышает плотность вещества — так было только сразу после Большого взрыва. Во Вселенной снова начинает доминировать излучение. Из-за того что вещество и излучение ведут себя по-другому, поскольку претерпели сжатие, дальнейшее сжатие немного изменяется, когда Вселенная переживает этот переход. Осталось всего десять тысяч лет.

Когда до финального сжатия остается лишь три минуты, начинают распадаться атомные ядра. Этот распад продолжается до последней секунды, к которой разрушатся все свободные ядра. Эта эпоха антинуклеосинтеза весьма существенно отличается от бурного нуклеосинтеза, произошедшего в первые несколько минут первичной эпохи. В первые несколько минут истории космоса образовались только самые легкие элементы, главным образом, водород, гелий и чуть-чуть лития. В последние же несколько минут в космосе присутствуют самые разнообразные тяжелые ядра. Ядра железа удерживают самые прочные связи, поэтому их распад требует самой большой энергии на частицу. Однако сжимающаяся Вселенная создает все более высокие температуры и энергии: рано или поздно в этой безумно разрушительной среде погибнут даже ядра железа. В последнюю секунду жизни Вселенной в ней не остается ни одного химического элемента. Протоны и нейтроны вновь становятся свободными — как и в первую секунду истории космоса.