Параллельные
§&вижение второй пластинки. Однако проведя эксперимент при рас-
жүктеу/скачать 2.82 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Большой адронный коллайдер
- Настольные ускорители частиц
- ЧАСТЬ III ПОБЕГ В ГИПЕРПРОСТРАНСТВО ГЛАВА 10 Конец всего
- Три начала термодинамики
- Пять этапов развития вселенной
- Этап 1: приморлиальный период
- | Этап 3: эпоха вырождения
- : Может ли выжить разумная жизнь
| §&вижение второй пластинки. Однако проведя эксперимент при рас-
стояниях до 108 миллионных долей метра, физики не обнаружили такого отклонения. «Пока Ньютон еще держит свои позиции», — сказал Д. Хойл из Университета Тренто в Италии, который проводил анализ данного эксперимента для журнала «Нэйчер» (Nature). Итак, полученный результат оказался отрицательным, но он лишь раздразнил аппетит других физиков, которые хотят проверить закон [Ньютона на предмет отклонения при расстояниях микроскопиче- ского масштаба. ПроведениеещеодногоэкспериментапланируетсявУниверситете Пердью. Там физики хотят измерить крошечные отклонения от зако- на Ньютона не на миллиметровом уровне, а в масштабах атома. Они [рассчитывают провести такой эксперимент, используя нанотехно- 1логию для измерения разницы между никелем-58 и никелем-64. Эти даа изотопа обладают одинаковыми электрическими и химическими !свойствами, но у одного изотопа на 6 нейтронов больше, чем у вто- рого. В принципе, единственное, в чем различны эти изотопы, — это их вес. } Ученые планируют создать устройство Казимира, состоящее из f двух наборов пластинок с нейтральным зарядом, сделанных из этих ji двух изотопов. Обычно, когда эти пластинки располагают близко \ друг к другу, ничего не происходит, поскольку они не имеют заряда. Но если их расположить чрезвычайно близко друг к другу, то имеет место эффект Казимира: пластинки слегка притягиваются друг к дру- гу; этот эффект был измерен в лаборатории. Но поскольку наборы параллельных пластинок сделаны из двух различных изотопов, они будут притягиваться друг к Другу с несколько различной силой. Для того чтобы максимально увеличить эффект Казимира, пла- I стинки должны располагаться очень близко друг к Другу. (Этот ; эффект обратно пропорционален четвертой степени расстояния. I Отсюда следует, что сила эффекта стремительно увеличивается при J сближении пластинок.) Физики Университета Пердью воспользуют- !'Ся нанотехнологией для того, чтобы расстояние между пластинками 'i было сравнимо с размерами атома. Ученые используют новейшие микроэлектромеханические торсионные генераторы для измере- ния крошечных колебаний пластинок. Тогда любое различие между пластинками из никеля-58 и никеля-64 можно приписать действию гравитации. Таким образом, ученые надеются измерить отклонения от законов механики Ньютона на уровне атомарных расстояний. Если при помощи этого гениального устройства им удастся обна- ружить отклонения от знаменитого закона обратных квадратов, это может сигнализировать о присутствии вселенной, существующей в дополнительных, более высоких измерениях, которая находится на расстоянии атома от нашей вселенной. Большой адронный коллайдер И все же устройством, которое окончательно решит многие из упомянутых вопросов, является Большой адронный коллайдер, строительство которого близится к завершению возле Женевы в Швейцарии в знаменитой ядерной лаборатории ЦЕРН (Евро- пейской организации по ядерным исследованиям). В отличие от предыдущих экспериментов по обнаружению незнакомых форм вещества, в естественном виде существующего в мире, Большой адронный коллайдер, возможно, будет обладать достаточной энер- гией, чтобы создать эти формы вещества прямо в лаборатории. При помощи Большого адронного коллайдера можно будет исследовать малые расстояния до 10~19 м, что в 10000 раз меньше протона, а также создавать температуры, невиданные со времен Большого Взрыва. «Физики уверены, что у природы припасены новые фокусы, которые могут обнаружиться в ходе этих столкновений, — возмож- но, это будет экзотическая частица, известная под названием бозон Хиггса, возможно, доказательство такого чудесного явления, как суперсимметрия, а возможно, обнаружится что-либо неожиданное и поставит с ног на голову всю физику», — пишет Крис Ллевеллин Смит, бывший генеральный директор ЦЕРН, а теперь президент Университетского колледжа в Лондоне. Уже сейчас оборудованием ЦЕРН пользуются около 7 тысяч специалистов, что составляет более половины всех физиков планеты, экспериментирующих с ча- стицами. И многие из них будут самым непосредственным образом Властвовать в экспериментах, проводимых при помощи Большого кронного коллайдера. I Большой адронный коллайдер представляет собой мощную кон- струкцию в виде кольца диаметром 27 километров. Размеры этого ^кольца достаточно велики, чтобы окружить многие города мира. ^Туннель коллайдера настолько длинен, что он фактически пересе- кает границу между Францией и Швейцарией. Большой адронный [коллайдер представляет собой настолько дорогостоящее устрой- ство, что для его строительства потребовались совместные усилия ^нескольких европейских стран. После запуска коллайдера в 2007 го- >ду мощные магниты, расположенные вдоль всего кругового туннеля, ^заставят пучок протонов циркулировать со все возрастающими [энергиями, до тех пор, пока они не приблизятся к 14 триллионам электронвольт. По мере прохождения частиц по кругу в туннель подается энер- гия, увеличивая скорость протонов. Когда пучок в конце концов по- падает в цель, происходит колоссальный выброс излучения. Следы, образовавшиеся в результате этого столкновения, фотографируют при помощи группы детекторов с целью обнаружения новых экзоти- ческих субатомных частиц. Большой адронный коллайдер — это поистине гигантское устройство. В то время как детекторы LIGO и LISA бьют все рекорды В плане чувствительности, Большой адронный коллайдер уникален уже благодаря своей колоссальной мощности. Его мощные магниты, искривляющие пучок протонов в изящную дугу, генерируют поле в 8,3 теслы, которое в 160 ООО раз сильнее магнитного поля Земли. Для создания такого чудовищного по силе поля физики пропускают ток силой в 12000 ампер по ряду витков, охлажденных до температуры в -271°С, при которой витки теряют сопротивление и становятся сверхпроводниками. В целом на Большом адронном коллайдере уста- новлено 1232 магнита, каждый из которых имеет 15 метров в длину. Таким образом, магниты расположены вдоль 85 % всей окружности коллайдера. В туннеле протоны к моменту удара по цели ускоряются до скоро- сти, равной 99,999999 % скорости света. Цели находятся в четырех ^местах по всей длине туннеля. Таким образом, каждую секунду про- исходят миллиарды столкновений. Там же расположены гигантские детекторы (каждый из которых размером с семиэтажный дом), за- дачей которых является анализ следов столкновения и обнаружение неуловимых субатомных частиц. Как было ранее замечено Смитом, в задачи Большого адронного коллайдера входит обнаружение неуловимого бозона Хиггса, пред- ставляющего собой последний элемент Стандартной модели, кото- рый до сих пор не удавалось обнаружить. Эта задача имеет большое значение, поскольку эта частица отвечает за спонтанное нарушение симметрии в теориях частиц и дает начало массам квантового мира. По предварительным оценкам, масса бозона Хиггса может быть 115-200 миллиардов электронвольт (для сравнения, масса протона около 1 миллиарда электронвольт). (Теватрон, устройство гораздо меньших размеров, размещенное в лаборатории Ферми на окраине Чикаго, станет, возможно, первым ускорителем, при помощи кото- рого удастся заполучить неуловимый бозон Хиггса, при условии, что масса этой частицы не слишком велика. В принципе, Теватрон может произвести до 10 ООО бозонов Хиггса, если все будет идти, как запланировано. Однако энергия генерирования частиц Большого адронного коллайдера будет в семь раз больше. При 14 триллионах электронвольт Большой адронный коллайдер вполне сможет стать «фабрикой» бозонов Хиггса, миллионы которых будут создаваться при столкновениях протонов.) В задачи Большого адронного коллайдера входит также создание условий, невиданных со времен самого Большого Взрыва. В част- ности, физики полагают, что изначально Большой Взрыв состоял из хаотичного скопления чрезвычайно горячих кварков и глюонов, на- зываемого кварк-глюонной плазмой. Большой адронный коллайдер сможет произвести такую кварк-глюонную плазму, которая преоб- ладала во вселенной в первые десять микросекунд ее существования. В Большом адронном коллайдере можно будет столкнуть ядра свин- ца при энергии в 1,1 триллиона электронвольт. В ходе такого мощно- го столкновения могут «расплавиться» четыре сотни протонов и нейтронов, которые высвободят кварки в эту горячую плазму. Таким образом, космология постепенно сможет стать в меньшей степени наукой, основанной на астрономических наблюдениях, и точные эксперименты на кварк-глюонной плазме будут ставиться прямо в лабораториях. j» Можно надеяться, что при помощи Большого адронного кол- лайдера удастся обнаружить черные мини-дыры среди остатков, образовавшихся в результате столкновения протонов при фантасти- чески высоких энергиях, как уже было упомянуто в главе 7. Обычно [образование квантовых черных дыр должно происходить при энер- !гии Планка, что в квадриллион раз превышает энергию Большого адронного коллайдера. Но если в миллиметре от нашей вселенной I существует параллельная вселенная, то энергия, при которой воз- можно измерение квантовых гравитационных эффектов, снижается, (благодаря чему создание черных мини-дыр оказывается в пределах | возможностей Большого адронного коллайдера. \ И наконец, ученые возлагают надежды на то, что при помощи | Большого адронного коллайдера удастся найти подтверждение ; суперсимметрии, что стало бы историческим прорывом в физике \ частиц. Считается, что эти счастицы являются партнерами обычных 1 частиц, которые мы можем наблюдать в природе. Хотя струнная Te- l: ория и суперсимметрия и предсказывают, что у каждой субатомной : частицы есть «близнец» с отличающимся спином, суперсимметрия никогда не наблюдалась в природе, — вероятно, потому, что наши приборы не обладают достаточной мощностью для ее обнаружения. Подтверждение существования суперчастиц помогло бы дать ответ на два наболевших вопроса. Во-первых, верна ли струнная теория? Несмотря на то что обнаружить струны прямым путем чрез- вычайно сложно, может оказаться возможным обнаружить нижние октавы или резонансы струнной теории. Если будут открыты счасти- цы, то это станет большим сдвигом в струнной теории, обеспечивая ее экспериментальное подтверждение (хотя все же это не будет пря- мым доказательством ее истинности). Во-вторых, это предоставило бы наиболее вероятного претен- дента на роль темного вещества. Если темное вещество состоит из субатомных частиц, то они должны обладать стабильностью и ней- тральным зарядом (иначе они были бы видимы), а также между ними должно быть гравитационное взаимодействие. Все эти три качества являются характерными для частиц, которые предсказывает струн- ная теория. • Когда будет запущен Большой адронный коллайдер, он станет самым мощным ускорителем частиц. И все же для большинства физи- ков это не предел мечтаний. В 1980-е годы президент Рональд Рейган одобрил проект постройки Сверхпроводящего суперколлайдера (SSC), гигантской конструкции, достигающей 80 км в окружности. Строительство этого ускорителя частиц планировалось произвести возле Далласа (штат Техас). По сравнению с Суперколлайдером Большой адронный коллайдер показался бы просто крошкой. В то время как Большой адронный коллайдер позволяет сталкивать частицы с энергией в 14 триллионов электронвольт, по проекту Суперколлайдер должен обеспечить столкновения частиц с энерги- ей в 40 триллионов электронвольт. Первоначально проект получил одобрение, но в последние дни слушаний Конгресс Соединенных Штатов внезапно отклонил его. Это стало тяжелым ударом по фи- зике высоких энергий и задержало развитие этой области на целое поколение. Поначалу предметом спора являлись стоимость проекта, состав- ляющая 11 миллиардов долларов, и научные приоритеты. Мнения представителей научного сообщества по поводу Сверхпроводящего суперколлайдера разделились: некоторые физики заявляли, что про- ект выкачает средства, которые могли бы пойти на их собственные исследования. Спор разгорелся настолько, что даже «Нью-Йорк тайме» опубликовала критическую редакционную статью, где гово- рилось об опасностях «большой науки», которая может задушить «малую науку». (Эти аргументы беспочвенны, поскольку средства на строительство Сверхпроводящего суперколлайдера должны были поступать из других источников, а не из бюджета «малой науки». Реальным соперником проекта была космическая станция, которая многими учеными рассматривалась поистине как пустая трата де- нег.) Но оглядываясь назад, можно сказать, что суть спора сводилась к умению говорить с широкой общественностью на доступном языке. В некотором смысле, мир физики привык к тому, что строительство чудовищных ускорителей частиц получало одобрение со стороны Конгресса, поскольку русские строили свои ускорители. В сущности, русские строили свой ускоритель УНК (Ускорительно-накопитель- ное кольцо. — Прим. перев.), соревнуясь со Сверхпроводящим супер- коллайдером. На карту были поставлены честь и престиж нации. Но Советский Союз развалился^7\ строительство было остановлено, и шостепенно ветер перестал надувать паруса программы постройки ^Сверхпроводящего суперколлайдера. Настольные ускорители частиц С появлением Большого адронного коллайдера физики постепенно приближаются к верхнему пределу энергии, которую можно по- лучить при помощи современного поколения ускорителей частиц. Стоимость этих ускорителей исчисляется в десятках миллиардов долларов, а по размеру они превосходят многие большие современ- ные города. Они настолько грандиозны, что их строительство воз- можно лишь при совместной деятельности нескольких государств. Если мы хотим преодолеть барьер, ограничивающий возможности традиционных ускорителей, то нам необходимы принципиально новые идеи и подходы. Святой Грааль для физиков, занимающихся частицами, — это создание «настольного» ускорителя частиц, ко- торый сможет создать пучки с энергией в миллиарды электронвольт, существенно экономя на размерах и стоимости по сравнению с тра- диционными ускорителями. Чтобы понять, в чем заключается проблема, представьте себе эста- фету, участники которой расставлены по кругу вдоль длинной бего- вой дорожки. Соревнуясь в беге, участники передают друг другу па- лочку. Теперь представьте, что каждый раз, когда палочка переходит от одного бегуна к другому, участникам сообщается дополнительная энергия, то есть они начинают бежать все быстрее и быстрее. Нечто похожее наблюдается в ускорителе частиц, где роль палоч- ки выполняет пучок субатомных частиц, которые двигаются по кругу. Каждый раз, когда пучок переходит от одного участника к другому, в пучок инжектируется высокочастотная энергия, все больше и боль- ше разгоняя его. По такому принципу строились ускорители частиц на протяжении последних пятидесяти лет. Проблема традиционных ускорителей частиц состоит в том, что мы подходим к пределу высо- кочастотной энергии, которую можно использовать для приведения ускорителя частиц в действие. Для решения этой досадной проблемы ученые экспериментиру- ют с кардинально новыми способами закачки энергии в пучок, на- пример ''^пользованием мощныхлазерныхлучей, мощность которых экспоненциально растет. Одним из преимуществ лазерного света является его «когерентность», то есть все световые волны вибриру- ют точно в унисон, благодаря чему возможно создание невероятно мощных лучей. Сегодня лазерные лучи могут генерировать мощный энергетический импульс в триллионы ватт (тераватты) мощности за короткий промежуток времени. (Для сравнения, атомная электро- станция способна генерировать какой-то несчастный миллиард ватт мощности, но она стабильна). В настоящее время становится возможным использование лазеров, которые могут генерировать до тысячи триллионов ватт (квадриллион ватт, или петаватт). Лазерные ускорители частиц работают по следующему принци- пу. Лазерный свет достаточно горяч, чтобы создать газ из плазмы (скопления ионизированных атомов), который затем движется с волнообразными колебаниями на высоких скоростях, подобно при- ливной волне. Затем пучок субатомных частиц ловит эту попутную волну плазмы. При инжектировании большего количества лазерной энергии движение волны плазмы ускоряется, сообщая дополни- тельную энергию пучку частиц на этой волне. Недавно ученым из Лаборатории Резерфорда-Эпплтона в Англии удалось, направив лазер в 50 тераватт в твердую цель, произвести пучок протонов, несущий до 400 миллионов электронвольт (МэВ) энергии в колли- мированном пучке. Физики из Парижской политехнической школы разогнали электроны до 200 МэВ на расстоянии в один миллиметр. Созданные на данный момент лазерные ускорители частиц от- личаются малыми размерами и небольшой мощностью. Но пред- ставим на секунду, что масштабы такого ускорителя частиц можно увеличить таким образом, чтобы он работал на расстоянии не мил- лиметра, а целого метра. Тогда он мог бы разогнать электроны до 200 ГэВ на расстоянии одного метра; тем самым была бы достигнута цель создания настольного ускорителя частиц. Еще одним важным этапом стало ускорение электронов на расстоянии 1,4 метра фи- зиками из Стэнфордского центра линейного ускорителя (SLAC) в 2001 году. Вместо лазерного луча они создали плазменную волну путем инжектирования пучка заряженных частиц. Хотя полученная ими энергия была достаточно низкой, этот опыт продемонстриро- вал, что плазменные волны могут ускорять частицы на расстоянии метра. ? Темпы исследований в этой перспективной области очень высо- ки: энергия, достигаемая при помощи этих ускорителей, возрастает в 10 раз каждые пять лет. При таком развитии событий уже не за го- рами создание прототипа настольного ускорителя частиц. Если это предприятие окажется успешным, то Большой адронный коллайдер будет смотреться как последний динозавр. Какой бы перспективной ни казалась эта затея, на пути ее реализации стоит множество пре- град. Подобно серфингисту, которому сложно не упасть, катаясь на предательской волне, очень сложно поддержать пучок так, чтобы он должным образом «ехал» на плазменной волне (в число про- блем входит фокусировка пучка и поддержание его стабильности и интенсивности). Однако ни одна из этих проблем не представляется непреодолимой. Будущее Есть несколько задумок для доказательства струнной теории. Эдвард Виттен выражает надежду на то, что в момент Большого Взрыва вселенная расширялась столь стремительно, что, возможно, вместе с ней растянулась и струна, в результате чего в космосе образовалась струна астрономических размеров. Он размышляет: «Несмотря на то что это звучит несколько нереально, это мой любимый сценарий доказательства струнной теории, поскольку ничто не решит вопрос настолько радикально, как наблюдение струны в телескоп». Брайан Грин перечисляет пять вероятных примеров эксперимен- тальных данных, которые могли бы подтвердить струнную теорию или, по крайней мере, придать ей правдоподобие:
; го многообразия Калаби-Яу.
Моя собственная точка зрения состоит в том, что верификация струнной теории может осуществиться скорее благодаря чистейшей математике, нежели экспериментальным путем. Поскольку предпо- лагается, что струнная теория — это теория всего, она должна быть также теорией повседневных энергий, равно как и космических. Таким образом, если мы в конце концов найдем решение этой тео- рии, то, вероятно, сможем вычислить свойства обычных объектов, а не только экзотических, которые обнаруживаются в открытом кос- мосе. Для примера, если струнная теория сможет вычислить массы протона, нейтрона и электрона исходя из первых принципов1, то это стало бы достижением первой величины. Во всех физических моде- лях (за исключением струнной теории) массы этих известных частиц подставляются вручную. В некотором смысле, нам не нужен Большой адронный коллайдер для подтверждения этой теории, поскольку мы уже знаем массы огромного количества субатомных частиц, и все они должны быть определены струнной теорией без всяких настраивае- мых параметров. Как сказал Эйнштейн: «Я убежден, что посредством чисто мате- матических построений мы можем определить концепции и законы... которые дадут нам ключ к пониманию естественных явлений. Опыт может подсказать нам нужные математические концепции, но они не могут быть выведены из него... Таким образом, в некотором смысле, я верю в то, что чистая мысль может охватить реальность, о чем меч- тали древние». Если М-теория (или любая другая теория, которая в конечном счете приведет нас к квантовой теории гравитации) окажется вер- ной, то она сделает возможным последнее путешествие для всей ра- зумной жизни во вселенной, побег из нашей умирающей вселенной в новый дом через триллионы и триллионы лет. ЧАСТЬ III ПОБЕГ В ГИПЕРПРОСТРАНСТВО ГЛАВА 10 Конец всего [Рассматривая] точку зрения, которой придерживается большинство физиков, а именно, что Солнце, а также все остальные планеты с течением времени станут слишком холодными для жизни, если только какое-нибудь большое небесное тело не врежется в Солнце, дав ему тем самым новую жизнь, — при той вере, которую я испытываю в то, что человек в далеком будущем будет намного более совершенным существом, невыносима даже сама мысль о том, что он и все сознательные существа обречены на полное вымирание после такого продолжительного медленного прогресса. Чарльз Дарвин Согласно скандинавской легенде, конец света, или Рагнарек, Сумерки Богов, будет сопровождаться большими катаклизма- ми. Мидгард (Средиземье), а также небеса окажутся в тисках про- бирающего до костей мороза. Пронизывающие ветра, ослепляющие метели, разрушительные землетрясения и голод охватят землю, а мужчины и женщины будут беспомощно вымирать в огромных коли- чествах. Три такие зимы одна за другой парализуют землю, а ненасыт- ные волки поглотят Солнце и Луну, и мир погрузится в беспросвет- ную тьму. Звезды будут срываться с неба, земля будет дрожать, горы разрушатся. Вырвутся на свободу чудовища, а также бог хаоса Локи, сея войны, разрушение и раздоры в этих унылых землях. Один, отец богов, соберет своих храбрых воинов для последней битвы в Валгалле. В конце концов, когда боги один за другим погиб- шут, злой бог Сурт дохнет огнем и серой и нестерпимый жар охватит небо и землю. Когда вся вселенная утонет в языках пламени, земля ■Погрузится в океаны, а само время остановится. t Но из мирового океана явится новое начало. Новая, не похожая на Прежнюю земля постепенно поднимется из моря, а на плодородной вочве в изобилии взойдут новые экзотические растения, плодовые деревья. Родится новая человеческая раса. Легенда викингов о повсеместном холоде, за которым последуют языки пламени и финальная битва, представляет собой мрачную историю о конце света. Подобные мотивы можно обнаружить в ми- фологиях всего мира. Конец света обычно сопровождается серьез- ными климатическими катаклизмами, как правило, великим пожаром, землетрясениями или метелью, за которыми следует последняя битва Добра и Зла. Но присутствует также и идея надежды. Из пепла при- ходит возрождение. Ученые, имеющие дело с «холодными» законами физики, сегод- ня вынуждены столкнуться с подобными мотивами. Точку зрения ученых на конец Вселенной определяют не мифы, шепотом пере- даваемые из уст в уста у походных костров, а достоверные данные. Однако мотивы, подобные мифологическим, могут доминировать И в научном мире. Среди решений уравнений Эйнштейна мы видим (Такие возможные варианты будущего, где также фигурируют великий колод, огонь, катастрофа и конец Вселенной. Но будет ли после всего витого возрождение?
^ержно и расти экспоненциально быстро. ■
В конечном счете это означает, что тридцать шесть галактик в Местной Группе будут составлять всю видимую вселенную, в то время как миллиарды соседних галактик унесутся за пределы нашего горизонта событий. Когда пространство, разделяющее галактики, начнет расширяться быстрее скорости света, наша вселенная ока- жется ужасно одинокой. Температуры упадут, а оставшаяся энергия будет рассеяна в пространстве. Когда температуры опустятся почти до абсолютного нуля, разумным видам придется встретиться лицом к лицу со своей окончательной судьбой: замерзнуть насмерть. Три начала термодинамики Если весь мир — сцена, как сказал Шекспир, то в конце концов должен быть и заключительный, третий акт. В первом у нас были Большой Взрыв, зарождение жизни и сознания на Земле. Во втором мы, вероятно, начнем исследовать звезды и галактики. И, наконец, в третьем мы столкнемся с окончательной гибелью вселенной в Большом Охлаждении. В конечном счете мы приходим к тому, что сценарий должен соот- ветствовать законам термодинамики. В девятнадцатом веке физики сформулировали три начала термодинамики, которые управляют тепловой физикой, и начали размышлять о конечной смерти вселен- ной. В 1854 году великий немецкий физик Герман фон Гельмгольц понял, что начала термодинамики можно применить ко вселенной как к целому, а это означает, что всему, что нас окружает, в том числе звездам и галактикам, в итоге наступит конец. Первое начало термодинамики гласит, что общее количество ве- щества и энергии остается неизменным. Хотя вещество и энергия мо- гут превращаться друг в друга (с помощью знаменитого уравнения Эйнштейна Е = тс2), общее количество вещества и энергии создать или уничтожить нельзя. Второе начало самое загадочное и глубокое. Оно гласит, что об- щее количество энтропии (хаоса, или беспорядка) во вселенной все время возрастает. Иными словами, в конце концов все должно соста- риться и прийти к своему завершению. Лесные пожары, ржавление машин, падение империй, старение человеческого тела — все эти процессы представляют возрастание энтропии в мире. К примеру, Легко сжечь клочок бумаги. Этот процесс представляет собой чистый прирост общего количества энтропии. Однако невозможно загнать дым обратно в бумагу. (Энтропию можно заставить снизиться при привлечении механической работы, наподобие того, как это сделано I в холодильнике, но лишь для небольшой близлежащей области. Что | касается общей энтропии всей системы — холодильник плюс все его
Артур Эддингтон однажды так сказал о втором законе: «Закон, согласно которому энтропия все время возрастает, — Второй закон термодинамики — занимает, по моему мнению, высшее положение среди всех законов Природы... Если обнаруживается, что ваша тео- рия противоречит Второму закону термодинамики, я не думаю, что у нее есть какие-то шансы; этой теории остается лишь потерпеть унизительное поражение». (Поначалу кажется, что существование сложных форм жизни на Земле противоречит Второму закону. Удивляет, что из хаоса ранней Земли появилось невероятное разнообразие жизненных форм, даже обладающих разумом и сознанием, что снижает количество энтро- пии. Некоторые принимают это чудо за подтверждение того, что к созданию приложил свою руку некий благожелательный творец. Но вспомним о том, что жизнь движется согласно законам эволюции и что Солнце бесконечно поставляет дополнительную энергию, пита- [ ющую жизнь. Если рассматривать Землю и Солнце вместе, то общая | энтропия системы все же возрастает.) ; Третье начало гласит, что ни один холодильник не может достичь , температуры абсолютного нуля. Можно дойти до температуры, на
' скорость каждой молекулы, а это противоречило бы принципу не- 1 определенности.) Если применить Второе начало в масштабах всей вселенной, ; то это означает, что вся Вселенная в конечном счете остановится. Звезды израсходуют свое ядерное топливо, галактики больше не | будут освещать небо, а от Вселенной останется безжизненное ско- пление мертвых звезд-карликов, нейтронных звезд и черных дыр.
Некоторые космологи пытались обойти эту «тепловую смерть», выдвинув теорию пульсирующей Вселенной. В такой Вселенной энтропия постепенно возрастала бы по мере ее расширения, и в конечном счете — сжатия. Но после того, как произойдет Большое Сжатие, непонятно, что станет с энтропией во Вселенной. Некоторые поддерживают мысль о том, что Вселенная, возможно, могла бы про- сто-напросто в точности повторить самое себя в течение следую- щего цикла. Более реалистичной выглядит возможность того, что энтропия перенесется в следующий цикл, а это означает, что срок жизни Вселенной будет постепенно увеличиваться с каждым новым циклом. Но вне зависимости от того, как мы будем рассматривать этот вопрос, результатом развития пульсирующей Вселенной, так же как открытой и закрытой Вселенной, станет уничтожение всякой разумной жизни. Большое Сжатие Одной из первых попыток применения физики для объяснения кон- ца вселенной стала работа, написанная в 1969 году сэром Мартином Рисом. Она называлась «Коллапс вселенной: эсхатологическое ис- следование». В те времена о значении со было мало что известно, а потому из предположения Риса, что со = 2, вытекало, что вселенная в конечном счете прекратит свое расширение и погибнет не от Большого Охлаждения, а от Большого Сжатия. Рис подсчитал, что расширение вселенной в конце концов пре- кратится, когда галактики будут находиться на расстоянии вдвое большем, чем сейчас: тогда гравитация наконец преодолеет перво- начальное расширение вселенной. Красное смещение, которое мы наблюдаем в небе сегодня, превратится в синее, когда галактики ри- нутся по направлению к нам. Согласно этой версии, приблизительно через 50 миллиардов лет, считая от настоящего времени, произойдут катастрофические со- бытия, которые явятся сигналом последней предсмертной агонии вселенной. За сто миллионов лет до Большого Сжатия галактики все- Ьенной, в том числе и наша Галактика Млечный Путь, начнут сталки- ваться друг с другом и в конце концов сольются. Как это ни странно, |?ис обнаружил, что отдельные звезды прекратят свое существование рце до того, как начнут сталкиваться друг с другом, — по двум при- чинам. Во-первых, возрастут энергии излучения других звезд по мере того, как вселенная будет сжиматься; таким образом, звезды [будут купаться в обжигающем, сместившемся в синюю сторону ревете, исходящем от других звезд. Во-вторых, возрастет температура .фонового микроволнового излучения, связанная с резким скачком температуры всей вселенной. Совместное действие этих двух эффек- тов создаст температуры, превосходящие температуры поверхности ;3везд, звезды будут поглощать тепло быстрее, чем смогут от него из- бавиться. Иными словами, звезды, вероятно, разрушатся и рассеются в сверхгорячие газовые облака. Разумная жизнь при таких условиях неизбежно погибнет, сгорев в ; космическом жаре, изливающемся из близлежащих звезд и галактик. Спасения нет. Как написал Фриман Дайсон: «Как ни прискорбно, я вынужден согласиться, что в этом случае мы не избежим зажари- вания. Как бы глубоко мы ни вкопались в Землю, чтобы защититься от фонового излучения с синим смещением, мы сможем лишь на не- сколько миллионов лет отсрочить свой жалкий конец». Если вселенная стремится к Большому Сжатию, то остается про- блема того, что, сжатая, она может затем снова расшириться, как в модели пульсирующей вселенной. Именно такой сценарий описы- вается в романе Пола Андерсона «Тау Ноль». Если бы вселенная была ньютонианской, то это было бы возможно при условии доста- точного смещения в момент слияния галактик. В этом случае, может быть, звезды не сожмутся в одну точку, а пролетят мимо друг друга в момент максимального сжатия, так и не столкнувшись, и, таким об- разом, вселенная снова начнет расширяться. Однако наша вселенная — отнюдь не ньютонианская; она пови- нуется уравнениям Эйнштейна. Роджер Пенроуз и Стивен Хокинг показали, что при самых общих обстоятельствах сжимающееся скопление галактик обязательно придет к сингулярности. (Это про- изойдет потому, что поперечное движение галактик обладает энерги- ей, а отсюда следует, что оно взаимодействует с гравитацией. Таким образом, гравитационное притяжение для сжимающихся вселенных в теории Эйнштейна намного сильнее, чем то, которое дает теория Ньютона, и наша вселенная сжимается в одну точку.) Пять этапов развития вселенной Однако последние данные, полученные со спутника WMAP, свиде- тельствуют в пользу сценария Большого Охлаждения. Для анализа жизненного пути вселенной такие ученые, как Фред Адаме и Грег Лафлин из Мичиганского университета, попытались разделить срок жизни вселенной на пять этапов. Поскольку речь идет о поистине астрономических временных масштабах, мы примем логарифми- ческую систему временного отсчета. Таким образом, 1020 лет будут представлены как 20. (Эта временная шкала была составлена еще до того, как ученые полностью осознали все последствия, вытекающие из факта расширения вселенной. Но в целом разделение пути разви- тия вселенной на этапы не изменилось.) Этап 1: приморлиальный период На первом этапе своего развития, между -50 и 5 (т. е. между 10"so и 105 секунд), вселенная стремительно расширялась, но также и стремительно остывала. По мере ее остывания различные взаимо- действия, прежде объединенные в единую основную «сверхсилу», постепенно отделялись друг от друга, а результатом этого распада являются четыре известных нам сегодня взаимодействия. Первой отщепилась гравитация, затем сильное ядерное взаимодействие, и на- конец — слабое ядерное взаимодействие. Поначалу вселенная была непрозрачной, а небо — белым, поскольку свет поглощался слишком быстро после своего возникновения. Но спустя 380 ООО лет после Большого Взрыва вселенная уже достаточно остыла для того, чтобы атомы образовались и больше не разбивались из-за невероятного жара. Небо стало черным. Микроволновое фоновое излучение вос- ходит именно к этому временному отрезку В этот период происходил синтез первичного водорода с обра- зованием гелия, в результате чего по вселенной распространилась современная смесь звездного топлива. На этом этапе развития веселенной известная нам жизнь представлялась невозможной. ' ЖаР был слишком силен; любые образовавшиеся ДНК или другие i аутокаталитические молекулы разрушились бы из-за беспорядоч- I ных столкновений с другими атомами, что делало невозможным [..создание устойчивых соединений, необходимых для существования , жизни. Этап 2: звездная эпоха Сегодня мы живем во втором временном периоде (между 6 и ; 14, т. е. между 10 и 10 секунд), когда водород сжался и зажглись звезды, осветившие небо. В эту эпоху мы видим богатые водородом звезды, которые не перестают гореть на протяжении миллиардов лет, пока не истощится их ядерное топливо. Космический телескоп Хаббла сфотографировал звезды на всех этапах их развития, в том числе молодые звезды, окруженные вращающимся диском пыли и обломков, — вероятно, предшественников планет и солнечных систем. На этом этапе развития условия для создания ДНК и жизни иде- альны. Учитывая невероятно большое количество звезд в видимой вселенной, астрономы попытались обосновать с помощью извест- ных научных законов аргументы в пользу возможности зарождения разумной жизни в других планетарных системах. Но любая форма разумной жизни будет вынуждена столкнуться с самыми разнообраз- ными космическими препятствиями, многие из которых она сотво- рит сама, например, -— загрязнение окружающей среды, глобальное потепление и ядерное оружие. Предположим, разумная жизнь не уничтожит себя сама, но она должна будет столкнуться с устраша- ющим количеством стихийных бедствий, каждое из которых может закончиться глобальной катастрофой. Спустя десятки тысяч лет нас может ожидать ледниковый пе- риод, подобный тому, который похоронил Северную Америку под слоем льда в полтора километра, не давая развиться там человече- ской цивилизации. Более десяти тысяч лет тому назад люди жили стаями, как волки, добывая крохи пищи, сбиваясь в маленькие изолированные племена. Информация и знания не накапливались. Письменности не существовало. Перед человечеством стояла одна цель — выжить. Затем, по причинам и доселе нам непонятным, ледниковый период закончился, и человечество начало свое стре- мительное восхождение «от льда к звездам». Однако этот краткий межгалактический период не может длиться вечно. Возможно, еще через десять тысяч лет новый ледниковый период покроет коркой льда большую часть мира. Геологи считают, что эффекты самых незначительных отклонений во вращении Земли вокруг ее оси в конечном итоге накладываются, позволяя потокам льда спускаться с полярных шапок в низкие широты, окутывая Землю ледяным поло- гом. В этот момент нам, возможно, придется уйти под землю, чтобы не замерзнуть. Когда-то Земля была полностью покрыта льдом, и это может случиться снова. Спустя тысячи, а то и миллионы лет нам необходимо будет при- готовиться к ударам метеоров и комет. Вероятнее всего, именно удар метеора или кометы стал причиной вымирания динозавров 65 миллионов лет назад. Ученые считают, что объект внеземного происхождения, возможно километров 15 в поперечнике, вре- зался в полуостров Юкатан в Мексике. В результате этого удара образовался кратер диаметром 300 км, а также произошел выброс в атмосферу достаточного количества обломков, чтобы закрыть солнечный свет, и на Земле стало темно. Следствием этого стали чрезвычайно низкие температуры, которые убили растительность и преобладающую в те времена форму жизни на Земле — динозав- ров. Менее чем за год динозавры, а также большинство других видов на Земле исчезли. Судя по частоте столкновений с внеземными телами в прошлом, существует 1 шанс из 100 000, что в ближайшие пятьдесят лет столк- новение с астероидом станет причиной коллизий мирового мас- штаба. Если рассматривать временной отрезок в миллионы лет, то вероятность серьезного столкновения возрастет почти до 100 про- центов. (Во внутренней части Солнечной системы, где находится Земля, вращается тысяча-полторы астероидов диаметром километр и бо- лее и около миллиона астероидов диаметром не менее 50 метров. Смитсоновская астрофизическая обсерватория в Кембридже про- изводит около 15 000 наблюдений астероидов в день. К счастью, лишь для 42 из известных астероидов существует хоть и малая, но конечная вероятность столкновения с Землей. В прошлом бывали Якожные тревоги по поводу этих астероидов, самая известная из кото- рых была связана с астероидом 1997XF11: тогда астрономы попали № первые страницы газет и журналов всего мира со своим ошибоч- ; ным прогнозом о том, что этот астероид может столкнуться с Землей ^через 30 лет. Тем не менее, тщательно изучив орбиту астероида с ^номером 1950DA, ученые подсчитали, что существует малая — но «е нулевая — вероятность его удара о Землю 16 марта 2880 года. (Компьютерное моделирование, проведенное в Калифорнийском ♦университете в Санта-Круз, показывает, что в случае, если этот асте- роид попадет в океан, он создаст приливную волну около 120 метров •высотой, которая затопит все прибрежные территории, нанеся ко- | лоссальный ущерб.) |! Спустя миллиарды лет нам придется поволноваться о том, что [ Солнце может поглотить Землю. Солнце уже сегодня на 30 % горя- | чее, чем на ранней стадии своего развития. Компьютерный анализ | показывает, что через 3,5 миллиарда лет Солнце будет на 40 % ярче < нынешнего, а это означает, что Земля будет постепенно разогревать- ■ ся. Солнце будет светить на небосводе все ярче и ярче до тех пор, пока не заполнит большую часть неба от горизонта до горизонта. ; Через весьма небольшой срок живые создания, отчаянно пытающи- j еся спастись от палящего солнечного зноя, могут быть вынуждены : вернуться обратно в океаны, обращая вспять историческое шествие эволюции на этой планете. В конце концов и сами океаны закипят, что сделает невозможным существование известной нам жизни. Приблизительно через 5 миллиардов лет ядро Солнца истощит весь свой запас водорода и мутирует в красную звезду-гигант. Некоторые красные гиганты настолько велики, что, будь они расположены на месте нашего Солнца, выходили бы за орбиту Марса. Однако Солнце, вероятно, расширится всего лишь до орбиты Земли, погло- тив Меркурий и Венеру и расплавив земные горы. Поэтому весьма вероятно, что Земля погибнет в огне, а не во льду и на орбите Солнца останется лишь прогоревший уголек. Некоторые физики утверждают, что перед тем, как это произой- дет, мы сможем использовать передовые технологии для того, чтобы передвинуть Землю от Солнца на более далекую орбиту, если к тому времени мы уже не мигрируем с Земли на другие планеты в гигант- ских космических ковчегах. «До тех пор, пока люди умнеют быстрее, чем разгорается Солнце, Земля будет процветать», — замечает астроном и писатель Кен Кросвелл. Ученые предлагают несколько вариантов перемещения Земли с ее нынешней околосолнечной орбиты. Одним из простых спосо- бов является осторожное перенаправление астероидов из пояса астероидов таким образом, чтобы они ударили по Земле. Такое воз- действие — которое можно сравнить с выстрелом из рогатки — «подстегнет» орбиту Земли, увеличив ее расстояние от Солнца. С каждым таким ударом орбита будет увеличиваться лишь на самую малость, но у нас будет полно времени, чтобы перенаправить сотни астероидов и завершить это предприятие. «В течение нескольких миллиардов лет до того, как Солнце раздуется в красного гиганта, наши потомки смогут поймать проходящую мимо орбиты Солнца звезду, а затем перебросить Землю с ее солнечной орбиты орбиту во- круг этой новой звезды», — добавляет Кен Кросвелл. Что касается нашего Солнца, то ему угрожает другая судьба: оно умрет не в огне, а во льдах. В конце концов, просуществовав 700 мил- лионов лет в качестве красного гиганта, сжигающего гелий, Солнце израсходует большую часть своего ядерного топлива, и гравитация сожмет его в белого карлика размером примерно с Землю. Размеры нашего Солнца слишком малы, чтобы оно подверглось катастрофе под названием «сверхновая» и превратилось в черную дыру. Когда наше Солнце превратится в белого карлика, оно в конце концов остынет, светясь сначала слабым красным светом, затем коричневым, и наконец станет черным. Оно будет дрейфовать в космической пустоте как кусочек мертвого ядерного пепла. Будущее почти всех атомов, которые мы сегодня наблюдаем вокруг нас, — в том числе атомов наших собственных тел и тел наших близких — в том, чтобы закончить свое существование на прогоревшем угольке, вращаю- щемся вокруг черной звезды-карлика. Поскольку масса этой звезды- карлика будет составлять всего лишь 0,55 солнечной массы, то, что останется от Земли, перейдет на орбиту, проходящую на 70 % дальше от Солнца, чем сегодня. На этой шкале мы видим, что процветание животных и растений на Земле продлится всего лишь миллиард лет (и сегодня мы на- ходимся на полпути через эту золотую эпоху). «Мать-Природа не S6bi\a спроектирована, чтобы сделать нас счастливыми», — говорит Астроном Дэвид Браунли. В сравнении с жизненным сроком всей |вселенной благополучие жизни длится лишь кратчайший миг. | Этап 3: эпоха вырождения I На третьем этапе (между 15 и 39) энергия звезд во вселенной | наконец истощится. Кажущийся бесконечным процесс сжигания во- | дорода, а затем гелия завершится, оставив после себя безжизненные [ куски мертвого ядерного вещества в виде звезд-карликов, нейтрон- \ ных звезд и черных дыр. Звезды перестанут сиять в небе, вселенная ■' постепенно погрузится во тьму. Во время этого этапа температуры будут сильно падать, в то время как звезды останутся без своих ядерных двигателей. Любая планета, вращающаяся вокруг мертвой звезды, замерзнет. Если предположить, что Земля все еще будет цела и невредима, тогда то, что останется от ее поверхности, покроется коркой льда, заставляя тем самым раз- умную жизнь искать себе новый дом. В то время как гигантские звезды могут продержаться несколько миллионов лет, а звезды, сжигающие водород, — такие, как наше Солнце, — миллиарды лет, крошечные красные карлики могут го- реть триллионы лет. Вот почему попытка перенести орбиту Земли таким образом, чтобы она вращалась вокруг красного карлика, имеет смысл. Ближайшая звездная соседка Земли, Проксима Центавра, и есть красный карлик, который находится на расстоянии всего лишь 4,3 светового года от Земли. Масса нашей соседки составляет всего лишь 15 % массы нашего Солнца, которое в 400 раз ярче нее, а потому любая планета, вращающаяся вокруг этой звезды, должна находиться чрезвычайно близко к ней, чтобы использовать ее благотворный свет. Чтобы мы получали то же самое количество звездного света, Земля должна была бы вращаться по орбите, удаленной от этой звезды на расстояние в 20 раз меньшее, чем то, на которое сейчас наша орбита удалена от Солнца. Но находясь на орбите вокруг красного карлика, планета была бы обеспечена энергией на триллионы лет. В конце концов единственными звездами, продолжающими сжи- гать ядерное топливо, станут красные карлики. Со временем, однако, даже они потемнеют. Через сотню триллионов лет наконец потухнут и последние красные карлики. Этап 4: эпоха черных дыр На четвертом этапе (между 40 и 100) единственным источником энергии останется медленное испарение черных дыр. Как доказали Джейкоб Бекенштейн и Стивен Хокинг, черные дыры — в действи- тельности не черные: они испускают слабое количество энергии, этот процесс называется испарением. (В действительности это испа- рение черной дыры слишком мало, чтобы его можно было наблюдать экспериментально, но на больших отрезках времени оно в конечном счете определяет судьбу черной дыры.) Срок жизни испаряющихся черных дыр различен. Черная мини- дыра размером с протон может излучать 10 миллиардов ватт в тече- ние жизни всей вселенной. Черная дыра массой с Солнце испарится за 1066лет. Черная дыра массой с гигантское галактическое скопление испарится за 101|7лет. Однако когда жизненный срок черной дыры подходит к концу, после медленного испускания излучения она внезапно взрывается. Возможно, разумная жизнь, подобно бездом- ным, теснящимся у затухающего костра, соберется рядом со слабым теплом, излучаемым испаряющимися черными дырами, пытаясь извлечь из них хоть немножко тепла, пока они не испарятся оконча- тельно. Этап 5: темная эпоха На пятом этапе (101 и более) мы вступим в темную эпоху вселен- ной. В этот период все источники тепла истощатся. На этом этапе вселенная будет двигаться к окончательной тепловой смерти, темпе- ратура приблизится к абсолютному нулю. К этому моменту и сами атомы остановятся. Возможно, даже протоны распадутся, оставив за собой море фотонов и жиденький суп частиц, участвующих в слабом взаимодействии (нейтрино, электронов и их античастиц — по- зитронов). Вселенная может состоять из нового типа «атома» под названием позитроний, состоящего из электронов и позитронов, вращающихся вокруг друг друга. Некоторые физики предположили, что эти «атомы» могут стать новыми кирпичиками разумной жизни в темную эпоху. Однако трудности, встающие перед такой теорией, огромны. По размеру атом позитрония сравним с обычным атомом. Но атом позитрония |в темную эпоху был бы диаметром 1012 мегапарсеков, что в миллио- ны раз больше, чем вся видимая вселенная сегодня. Таким образом, образовавшиеся в темную эпоху «атомы» будут размером с целую вселенную. Поскольку сама вселенная в темную эпоху расширится та невероятные расстояния, она легко вместит в себя эти гигантские |1 атомы позитрония. Но поскольку атомы позитрония настолько I велики, это означает, что любые «химические реакции» с участием I этих «атомов» длились бы чрезвычайно долго, коренным образом | отличаясь от любой известной нам реакции. \ Космолог Тони Ротман пишет: «Итак, в конечном счете по про- jj шествии 10117 лет космос будет состоять из нескольких электронов и ! позитронов, замкнутых на огромных орбитах, нейтронов и фотонов, | оставшихся после распада барионного вещества, а также блуждаю- | щих протонов, оставшихся после аннигиляции позитрония, и чер- : ных дыр. Ибо это также записано в Книге Судеб». : Может ли выжить разумная жизнь Учитывая трудновообразимые условия в конце Большого Охлаж- ! дения, ученые ведут жаркие споры о том, сможет ли выжить какая- ; либо форма разумной жизни. Поначалу кажется совершенно бес- смысленным говорить о разумной жизни на пятом этапе, во время которого температуры приблизятся к абсолютному нулю. Однако 1 все же физики с большим воодушевлением обсуждают возможность | выживания разумной жизни. 1, Споры крутятся вокруг двух ключевых вопросов. Первый из них ' таков: смогут ли разумные существа управлять своими машинами, когда температуры приближаются к абсолютному нулю? Согласно законам термодинамики, поскольку энергия перетекает от более вы- ; сокой температуры к более низкой, это движение можно использо- вать для осуществления полезной механической работы. Например, механическая работа может быть получена при помощи теплового двигателя, соединяющего две области с различной температурой. Чем больше разность температур, тем выше эффективность двигате- , ля. На этом были основаны машины, которые обеспечивали промыш- > ленную революцию, — такие, как паровой двигатель и локомотив. На I, первый взгляд кажется невозможным получить какую-либо работу из теплового двигателя на пятом этапе развития вселенной, поскольку температуры везде будут одинаковы. Второй вопрос заключается в следующем: сможет ли форма ра- зумной жизни отправлять и получать информацию ? Согласно теории информации, минимальная единица информации, которую можно отправить и получить, пропорциональна температуре. По мере того как температура приблизится к абсолютному нулю, способность обрабатывать информацию также будет серьезно повреждена. Биты информации, которые можно передавать, будут становиться все меньше и меньше по мере того, как вселенная остывает. Физик Фриман Дайсон и другие ученые произвели пересмотр фи- зики разумной жизни, пытающейся выжить в условиях погибающей вселенной. Эти ученые задаются вопросом, могут ли быть найдены оригинальные способы выживания для разумных форм даже в усло- виях снижения температур почти до абсолютного нуля. Когда по всей вселенной начнет падать температура, поначалу существа могут попытаться снизить температуру своих тел при по- мощи генной инженерии. Этот путь намного более эффективен, чем сокращение потребления энергии. Но в конце концов температура тела достигнет точки замерзания воды. Тут уже разумные создания могут покинуть свои хрупкие тела из плоти и крови и перейти в ро- ботизированные тела. Механические тела могут намного лучше пло- ти противостоять низким температурам. Но машины также должны повиноваться законам теории информации и термодинамики, что сделает жизнь чрезвычайно трудной и для роботов. Даже если разумные существа оставят свои роботизированные тела и трансформируются, перейдя в область чистого сознания, все же остается проблема обработки информации. По мере того как температура будет опускаться все ниже и ниже, единственным путем выживания будет «мыслить» медленнее. Дайсон делает вывод, что развитая форма жизни все еще будет способна мыслить в течение неограниченного количества времени путем растягивания времени, необходимого для обработки информации, а также экономить энер- гию, замедляя жизненные процессы. Хотя физическое время, необ- ходимое для процессов мышления и обработки информации, может растягиваться на миллиардылет, «субъективное время», с точки зре- ния разумных существ, останется неизменным. Они так и не заметят |разницы. Они будут все еще способны мыслить глубоко, но будут за- трачивать на этот процесс неизмеримо большее количество времени. |3аключение, которое делает Дайсон, звучит странно, но оптимистич- 1но: таким образом формы разумной жизни смогут обрабатывать ин- [ формацию и «мыслить» на протяжении неограниченного времени. |На обдумывание одной-единственной мысли могут потребоваться I триллионы лет, однако по отношению к «субъективному времени» I процесс мышления будет проходить нормально. I Однако, если разумные существа будут думать медленнее, они, воз- | можно, будут способны увидеть космические квантовые переходы, | происходящие во вселенной. Обычно такие космические переходы, | например создание дочерней вселенной или переход к другой кван- \ товой вселенной, происходят на протяжении триллионов лет, а пото- I му говорить о них можно чисто теоретически. Однако на пятом этапе \ триллионы лет «субъективного времени» будут сжиматься и могут ■ показаться этим существам всего лишь несколькими секундами. Они будут мыслить настолько медленно, что, возможно, увидят непрерыв- но происходящие причудливые квантовые события. Возможно, они будут регулярно видеть, как ниоткуда появляются пузырьки-вселен- ные или происходят квантовые скачки в другие вселенные. Однако недавнее открытие того, что вселенная ускоряется, заста- вило физиков пересмотреть работу Дайсона, и разгорелись новые споры, результатом которых стали совершенно противоположные выводы: разумной жизни грозит неминуемая гибель в ускоряющейся вселенной. Физики Лоренс Краусс и Гленн Старкман пришли к следу- ющему заключению: «Миллиарды лет назад вселенная была слишком горяча, чтобы в ней существовала жизнь. Спустя бесконечное количе- ство эр вселенная станет такой холодной и пустой, что жизнь, какой бы изобретательной на выдумки она ни была, исчезнет». В своей первоначальной работе Дайсон предположил, что темпе- ратура микроволнового излучения продолжит снижаться бесконеч- но, благодаря чему разумные существа смогут получать полезную работу из этих крошечных разностей температур. Однако Краусс и Старкман указывают на то, что если у вселенной есть космологиче- ская константа, то температуры не будут падать вечно, как предпо- ложил Дайсон, а в конце концов достигнут нижнего предела — тем- пературы Гиббонса-Хокинга (около 10~29 градусов Кельвина). Когда этот температурный предел будет достигнут, по всей вселенной установится одинаковая температура, а отсюда следует, что разумные существа не смогут получать полезную информацию путем исполь- зования разницы температур. Когда вся вселенная достигнет одно- родной температуры, всякая обработка информации прекратится. (В 1980-е годы было обнаружено, что определенные кванто- вые системы, такие, как броуновское движение в жидкости, могут служить основой компьютера вне зависимости от того, насколько холодно снаружи. Поэтому, даже когда температуры резко упадут, такие компьютеры смогут продолжать работать, используя все мень- шее и меньшее количество энергии. Для Дайсона это было хорошей новостью. Но была одна загвоздка. Система должна удовлетворять двум условиям: она должна находиться в равновесии с окружающей средой и никогда не должна отбрасывать информацию. Но если вселенная расширяется, то равновесие невозможно, поскольку из- лучение разрежается, а длина его волн растягивается. Ускоряющаяся вселенная меняется слишком быстро, чтобы система пришла в равно- весие. А второе условие, то есть требование того, чтобы система никогда не отбрасывала информацию, означает, что разумное суще- ство не должно никогда ничего забывать. В конечном счете разумное существо, будучи не в состоянии избавиться от старых воспомина- ний, может начать переживать их снова и снова. «Вечность стала бы скорее тюрьмой, а не бесконечно расширяющимся горизонтом для творчества и исследований. Это могло бы быть нирваной, но будет ли это жизнью?» — спрашивают Краусс и Старкман.) В целом, мы видим, что в случае, когда космологическая константа близка к нулю, разумная жизнь может «мыслить» бесконечно по мере остывания вселенной путем замедления жизненных процессов и замедленного мышления. Но в ускоряющейся вселенной, такой, как наша, подобный вариант развития событий невозможен. Согласно законам физики, вся разумная жизнь обречена на вымирание. Рассматривая вселенную в таких грандиозных временных мас- штабах, мы, таким образом, видим, что условия известной нам жизни являются всего лишь микроскопическим штрихом на гигантском гобелене истории. Существует лишь крошечный просвет, в котором температуры «как раз» таковы, чтобы жизнь была возможна, — не слишком низки и не слишком высоки. I f 'Уход из вселенной Смерть можно определить как окончательное прекращение всякой i обработки информации. Любой разумный вид во вселенной, начина- ющий понимать фундаментальные законы физики, будет вынужден ; столкнуться с окончательной смертью вселенной и всякой разумной S жизни, которая может в ней находиться. f К счастью, еще полно времени для того, чтобы накопить энергию для такого путешествия, и существуют различные альтернативы, как мы увидим в следующей главе. Вопрос, который мы будем рассматри- вать, заключается в следующем: допускают ли законы физики наш побег в параллельную вселенную? жүктеу/скачать 2.82 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|