Асимптотическое будущее жизни

Космологи создали весьма обширную спекулятивную литературу о самой начальной вселенной Космическую же футурологию они, напротив, оставили писателям–фантастам. Я сам могу претендовать на одну из первых научных разработок этой темы еще в 1968 году, когда я написал короткую статью под названием «Коллапс вселенной: эсхатологический этюд» [10]. В то время многие космологи полагали, что мы живем в пульсирующей вселенной, которая закончится «большим схлопыванием», и я рассчитал, что может произойти после того, как космическое расширение остановится и вселенная вновь начнет сжиматься. Во время «обратного отсчета» в направлении схлопывания галактики сольются воедино, а отдельные звезды ускорятся почти до скорости света (как атомы в сжатом газе); дело кончится мощными взрывами, поскольку тепло, поглощаемое поверхностью такой звезды (излучение от других звезд испытывающее голубое смещение) будет жарче, чем ее собственные внутренности.

Одиннадцать лет спустя научную респектабельность этому предмету придал Фримен Дайсон: он опубликовал в Reviews of Modern Physics увлекательную и подробную статью под названием «Время без конца: физика и биология в открытой вселенной» [2][40]. В то время свидетельства в пользу вечно расширяющейся вселенной были не столь ясны, как сейчас. Но уже у Дайсона были свои предрассудки: ему не хотелось бы поддерживать возможность «большого схлопывания», поскольку она «внушала ему чувство клаустрофобии». Он обсуждал перспективы разумной жизни. Возможно ли, спрашивал он, чтобы жизнь сохранилась навечно без угасания разума, даже когда погаснут звезды? Запасы энергии конечны, и на первый взгляд это ограничение кажется фундаментальным. Однако Дайсон показал, что на самом деле оно не фатально. По мере расширения и остывания вселенной для хранения и передачи информации могут использоваться низкоэнергетические кванты энергии (или, что то же самое, излучение со все большей и большей длиной волн). Как бесконечный ряд может иметь конечную сумму (например, 1 + ½ + ¼ + … = 2), так же нет ограничений и на объем обработки информации, который может быть достигнут при конечном расходе энергии. Любой возможной форме жизни придется становиться все холоднее и холоднее, думать все медленнее и медленнее, впадать в спячку на все более долгие периоды времени. Но торопиться ей будет некуда. Как сказал однажды Вуди Аллен, «вечность — это очень долго… особенно ближе к концу».

Дайсон представлял себе эндшпиль растянутым на такое большое число лет, что для его записи потребуется столько же нулей, сколько атомов содержится во всех видимых нами галактиках. К концу этого срока все звезды превратятся в черные дыры, которые, в свою очередь, испарятся за время, почти мгновенное по сравнению с предыдущим.

Через двадцать с небольшим лет после выхода статьи Дайсона наши взгляды на будущее изменились в двух отношениях — и оба они сделали перспективу более мрачной. Во–первых, теперь большинство физиков полагает, что атомы не живут вечно. Со временем, может быть через 10³⁶ лет, белые карлики и нейтронные звезды будут уничтожены — тепло, производимое распадом частиц, будет заставлять каждую звезду светиться, но так тускло, как светится домашний обогреватель. К этому времени наша локальная группа галактик будет лишь сгустком темной материи с небольшим числом электронов и позитронов. За пределами первых 10³⁶ лет мысли и воспоминания смогут выжить лишь в форме сложных круговоротов и магнитных полей в облаках электронов и позитронов, быть может, чего‑то вроде враждебного инопланетного разума в «Темном облаке», первом и самом впечатляющем из фантастических романов Фреда Хойла, написанных в 1950–х годах.

Дайсон придерживался оптимистических взглядов на потенциал открытой вселенной, поскольку тогда казалось, что масштаб артефактов, которые когда‑либо могут быть созданы, не имеет пределов. Он представлял себе, что обозримая вселенная будет становиться все больше и больше; более того, со временем в поле нашего зрения, а, следовательно, возможной коммуникации и связей, войдут многие галактики, свет которых пока еще не успел дойти до нас; хотя далекие галактики и уходят все дальше, гравитация имеет тенденцию замедлять их разбегание, так что разрушительный эффект расширения будет становиться менее значительным. Однако, судя по современным данным, не похоже, чтобы расширение замедлялось; какая‑то отталкивающая сила, или «антигравитация», все быстрее разносит галактики в разные стороны. Следовательно, в отдаленном будущем нас ждут новые ограничения. Галактики будут скрываться из виду еще быстрее: красное смещение их излучения будет становиться все сильнее, с нашей точки зрения их часы будут идти все медленнее и медленнее, пока в определенный момент времени не остановятся на точке замерзания, так что, хотя они и не исчезнут окончательно, мы будем видеть лишь конечный отрезок их будущей жизни. Ситуация аналогична тому, что случится, если космологи упадут в черную дыру: с безопасной точки наблюдения вне черной дыры мы увидим, как наши падающие коллеги «замерзают» в определенном моменте времени, хотя за горизонтом они будут переживать будущее, ненаблюдаемое для нас.

Наша собственная галактика, Андромеда и еще несколько десятков мелких галактик–спутников, находящихся в поле притяжения той или другой, сольются в единую аморфную систему стареющих звезд и темной материи, и вселенная начнет еще более напоминать «островную систему» (тип вселенной, впервые описанный Лапласом). В ускоряющейся вселенной из нашего поля зрения исчезнет все остальное; если ускорение обусловлено фиксированной «лямбдой», это поле зрения никогда не станет намного шире, чем сейчас. Таким образом, имеется жесткое ограничение, хотя, конечно, колоссального объема, на величину любой сети или любого артефакта. Из этого вытекает и определенное ограничение на то, насколько сложным может стать что бы то ни было. Одним из важных недавних достижений была количественная оценка этого ограничения. Пространство и время не могут делиться до бесконечности. Внутренняя «зернистость» пространства устанавливает лимит для сложности сетей, которые могут быть сотканы во вселенной фиксированных размеров.

Даже если удастся разрешить проблему ограниченных энергетических резервов, останется ограничение на разнообразие и сложность. Лучшим способом отогнать скуку в подобной вселенной было бы сконструировать машину времени и, по край–ней мере субъективно, перебрать все возможности, снова и снова проходя по замкнутой временной петле.

Эти долгосрочные прогнозы подразумевают очень красивую физику, большая часть которой вполне понятна. Однако читателям, всерьез интересующимся тем, что случится через триллионы лет, следует помнить о некоторых неясностях. Во–первых, нельзя быть полностью уверенными, что области, находящиеся за нашим нынешним горизонтом, похожи на те части вселенной, которые мы видим. В океане что‑то необычное может находиться как раз за горизонтом. Так и вселенная, которая расширяется с замедлением, но, по–видимому, недостаточным, чтобы когда‑нибудь остановиться, однажды может быть раздавлена более плотным материалом, пока что невидимым для нас. Даже если этого не произойдет, возможно, что тенденция к большей однородности на больших масштабах не будет продолжаться неопределенно долго. В масштабах, много больших, чем та часть вселенной, которую мы до сих пор наблюдали, может существовать новый уровень структур. Джон Бэрроу и Фрэнк Типлер указали, что если вселенная расширяется в разных направлениях с различной скоростью, то это дает доступ к новому источнику энергии, так называемой «энергии ножниц».

Во–вторых, мы не знаем, что может со временем произойти с «квинтэссенцией» — таинственной энергией пространства, определяющей все ускоряющееся расширение космоса. Эта остаточная энергия может превратиться в какие‑то новые виды частиц. Если это превращение будет происходить равномерно, оно не сможет предотвратить печального конца. Однако остаточная энергия может уменьшаться в пузырях, поверхности которых будут сталкиваться друг с другом, создавая концентрацию энергии, способную запустить даже регенерацию атомов. Эта возрожденная вселенная будет состоять из «островков» возрожденной активности, отделенных друг от друга огромными пустотами. Как сказал Пол Стейнхардт, смогут ли будущие существа «постичь, что они происходят из изотропной вселенной, которую мы видим вокруг себя сегодня? Узнают ли они когда‑нибудь, что в прошлом вселенная была жива, а затем умерла только для того, чтобы получить второй шанс?»

Более обескураживающую перспективу представляет возможная уязвимость пустого пространства для катастрофических преобразований. Очень чистая вода способна «переохлаждаться» ниже точки замерзания, но замерзает мгновенно, едва в нее попадет пылинка. По аналогии не исключено, что наш нынешний «вакуум» просто метастабилен и может со временем превратиться в совершенно другую вселенную, управляемую другими законами, вероятно с высокой отрицательной лямбдой, которая будет причиной всеобщего взрыва, а не ускоряющегося разлетания.

Время от времени возникают страхи, что подобный переход может быть вызван искусственно, путем столкновения высокоэнергетических частиц во время экспериментов с ускорителями. Ободряет, однако, то, что куда более высокоэнергетические столкновения, например с частицами космических лучей, происходили в природе на протяжении миллиардов лет, не разрывая ткани пространства.

Еще одной дорогой к Армагеддону может стать превращение обычных атомных ядер в гипотетические частицы, называемые «чудачками»: в них содержится третий тип кварков, дополнительный к типам, создающим обычные протоны и нейтроны. Если чудачки способны существовать как стабильные объекты и если их электрический заряд отрицателен (что считается крайне маловероятным), они могут притягивать другие ядра, а затем путем заражения превратить свое окружение и в конце концов всю землю в так называемую «странную материю». Эта возможность достаточно серьезно рассматривалась администрацией Брукхейвенского ускорителя, которая заказала экспертное заключение по вопросу о том, могут ли эксперименты по сталкиванию очень тяжелых ядер вызвать подобную катастрофу.

Возможно, наши отдаленные потомки будут иметь бесконечное будущее (если только не попадут в объятия черной дыры). Однако стоит отметить, что альтернативная судьба — гибель в «большом схлопывании» — может стать источником обогащающего опыта. Мы видели, что в постоянно расширяющейся вселенной события происходят все медленнее и медленнее: общее число дискретных событий или «мыслей» может быть ограничено даже в бесконечном будущем. Джон Бэрроу и Фрэнк Типлер подчеркивали, что в коллапсирующей вселенной возможно обратное: бесконечное количество «происшествий» в пределах конечного времени [1]. Космологи привыкли к идее, что первые мгновения после Большого взрыва были необычайно насыщены событиями: при обратной экстраполяции все больших плотностей время должно измеряться последовательностью часов, которые становятся все меньше, грубее и тикают все быстрее. Бесконечное множество чисел может сложиться в конечную сумму. Таким же образом и в последние мгновения перед схлопыванием мы сможем не только снова увидеть всю свою жизнь, но и пережить бесконечное множество новых событий.

Даже если наша собственная вселенная приговорена к вечному расширению, сценарий «большого схлопывания» может разыграться где‑то еще в мультивселенной, там, где имеется иная глобальная кривизна, но законы микрофизики те же, что и у нас (и столь же благоприятны для жизни). Большинство вселенных, управляемых иными микрофизическими законами, должны быть не столь благосклонны к жизни; но некоторые, возможно, допускают даже большую сложность, чем наша собственная. Большинство биологов не способны представить разнообразие инопланетных форм жизни, способных существовать в нашей вселенной, еще менее можем мы вообразить себе, какие возможности могут развертываться во вселенных, управляемых иными «хорошо настроенными» законами.