Стивен Хокинг - Черные дыры и молодые вселенные

Если средняя плотность Вселенной меньше критического значения, она не будет сжиматься, а ее расширение продолжится. Через какое-то время ее плотность станет так мала, что гравитационное притяжение не будет оказывать существенного влияния на скорость расширения, и галактики продолжат разлетаться с постоянной скоростью.

Значит, ключевой вопрос относительно будущего Вселенной заключается в том, какова ее средняя плотность. Если она меньше критического значения, Вселенная будет расширяться вечно, но если больше, то она снова захлопнется, и само время тоже закончится в Большом Сжатии. Однако у меня есть некоторое преимущество перед предсказателями судеб. Даже если Вселенной суждено сжаться, я могу с уверенностью предсказать, что расширение не остановится еще по крайней мере десять миллиардов лет. Не думаю, что кто-то уличит меня в ошибке.

Среднюю плотность Вселенной мы можем попытаться оценить по наблюдениям. Если пересчитаем видимые звезды и сложим их массы, то получим менее одного процента от критической плотности. Даже если мы присовокупим массу газовых облаков, наблюдаемых во Вселенной, это увеличит сумму примерно на один процент от критического значения. Однако мы знаем, что Вселенная содержит так называемую темную материю, которую нельзя увидеть непосредственно. Частично свидетельства о такой темной материи приходят из спиральных галактик. Это огромные скопления звезд и газа, имеющие форму сковороды. Мы наблюдаем, как они вращаются вокруг своего центра, но скорость вращения очень велика, и если бы они содержали только видимые звезды и газ, то разлетелись бы. Там должна быть какая-то невидимая форма материи, чье гравитационное притяжение достаточно велико, чтобы при вращении удержать галактики в целости.

Другие свидетельства о темной материи поступают из скоплений галактик. Мы наблюдаем, что галактики в пространстве распределены не равномерно – они собираются в скопления, насчитывающие от нескольких галактик до миллиона. Предположительно, эти скопления сформировались потому, что галактики притягиваются друг к другу. Однако мы можем измерить скорость, с которой в этих скоплениях движутся отдельные галактики. Оказывается, скорости так высоки, что скопления разлетелись бы, не сдерживай их гравитационное притяжение. Это случится, даже если галактики имеют достаточную массу, чтобы сохранить свою целостность при вращении. Отсюда следует, что в скоплениях галактик должна быть дополнительная, темная, материя, кроме той, что мы видим.

Можно довольно достоверно оценить количество темной материи в тех галактиках и скоплениях, о которых у нас есть определенные свидетельства. Но эта оценка по-прежнему составит около десяти процентов критической плотности, необходимой для того, чтобы заставить Вселенную снова сжаться. Таким образом, если основываться на наблюдениях, можно утверждать, что Вселенная будет расширяться вечно. Еще через пять миллиардов лет у Солнца иссякнет ядерное топливо, Солнце раздуется, образуя так называемый красный гигант, и поглотит Землю и ближайшие планеты. Потом оно установится в состояние белого карлика диаметром в несколько тысяч миль. Так я предсказываю конец света, по он наступит еще не сейчас. Не думаю, что мое предсказание вызовет большую депрессию на фондовом рынке. На горизонте видны более насущные проблемы. Во всяком случае, к тому времени, когда Солнце раздуется, нам нужно освоить искусство межзвездных путешествий, если мы еще не уничтожим себя сами.

Примерно через миллиард лет большинство звезд во Вселенной сгорит. Звезды с массой вроде нашего Солнца станут пли белыми карликами, или нейтронными звездами, которые еще меньше и плотнее. Более массивные звезды станут черными дырами, которые еще меньше и имеют такое сильное гравитационное поле, что даже свет не может его преодолеть. Однако эти остатки будут по-прежнему вращаться вокруг центра Галактики с периодом около ста миллионов лет. Столкновения между остатками вытолкнут некоторые из них прочь из Галактики. Остальные установятся на более близких к центру орбитах и в конце концов соберутся вместе, образовав в центре Галактики гигантскую черную дыру. Чем бы ни была темная материя в галактиках и их скоплениях, она тоже, видимо, упадет в эти большие черные дыры.

Следовательно, можно предположить, что большая часть материи в галактиках и их скоплениях закончит свой путь в черных дырах. Однако не так давно я открыл, что черные дыры не такие уж черные, как их принято изображать. Принцип неопределенности в квантовой механике гласит, что нельзя точно предсказать и положение частицы, и ее скорость. Чем более точно определяется положение, тем менее точно – скорость, и наоборот. Если частица находится в черной дыре, ее положение четко определено – в черной дыре. Следовательно, ее скорость точно определить нельзя, и, стало быть, она может оказаться выше скорости света. Это дает ей возможность вырваться из черной дыры. И таким образом частицы и излучение будут потихоньку вытекать из черной дыры. Диаметр гигантской черной дыры в центре Галактики будет составлять миллионы миль. Следовательно, положение частицы в такой дыре будет обладать большой степенью неопределенности. Стало быть, неопределенность скорости будет небольшой, и частице понадобится очень долгое время, чтобы вырваться оттуда. Но в конце концов она вырвется. Большой черной дыре в центре Галактики может понадобиться 10^90 лет, чтобы испариться совсем и прекратить свое существование, – это единица с 90 нулями, то есть гораздо больше, чем срок существования нынешней Вселенной, составляющий всего 10^10 лет – единица с 10 нулями. Так что если Вселенная собирается расширяться вечно, у нас еще куча времени.