Брайан Грин - До конца времен. Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной

При продолжении процесса слияния ядер водорода, окружающих гелиевое ядро Солнца, дополнительный гелий, который будет при этом образовываться, полетит вниз, в результате чего ядро сожмется еще сильнее, а его температура подскочит еще выше. Более высокая температура, в свою очередь, еще ускорит процесс, повысив скорость водородного синтеза в окружающей ядро оболочке и усилив ураган гелия, бомбардирующий ядро; температура поднимется еще выше. Примерно через 5,5 млрд лет температура ядра наконец станет достаточно высокой, чтобы поддерживать ядерное горение гелия с образованием углерода и кислорода. После зрелищной, но короткой вспышки, отмечающей переход к гелиевому синтезу как основному источнику энергии, Солнце вновь съежится в размерах и перейдет в не столь исступленное состояние.

Однако новообретенная стабильность продлится относительно недолго. Примерно за 100 млн лет, как прежде более тяжелый гелий вытеснил легкий водород, еще более тяжелые углерод и кислород сделают то же с более легким гелием, заняв его место в ядре Солнца и вытеснив гелий в окружающие ядро слои. Ядерное горение новых составляющих ядра, углерода и кислорода, требует еще более высоких температур — минимум 600 млн градусов. Поскольку температура ядра окажется намного меньше этого значения, ядерный синтез опять остановится, направленная внутрь сила тяготения вновь станет доминирующей, Солнце сожмется, а температура ядра снова вырастет.

В предыдущей фазе этого цикла повышение температуры запустило процесс синтеза в водородной оболочке, окружающей спокойное гелиевое ядро. Теперь же повышение температуры запускает синтез в гелиевой оболочке, окружающей спокойное ядро из углерода и кислорода. Но в этом цикле температура в ядре никогда не достигнет значения, необходимого для запуска нового раунда ядерного синтеза. Масса Солнца слишком мала для очередного цикла сжатия с ростом температуры, который в более тяжелых звездах запустил бы синтез ядер углерода и кислорода с образованием еще более тяжелых и более сложных ядер. Вместо этого при горении гелиевой оболочки с бомбардировкой ядра свежеобразованными углеродом и кислородом ядро продолжит сжиматься до тех пор, пока квантовый эффект, известный как принцип запрета Паули, не остановит схлопывание7.

В 1925 г. австрийский физик Вольфганг Паули — пионер квантовой теории, известный своей язвительностью («Меня не беспокоит, что вы медленно думаете; меня беспокоит, что вы публикуетесь быстрее, чем думаете»8), — понял, что квантовая механика устанавливает предел тесноте сближения двух электронов (точнее, квантовая механика исключает нахождение любых двух идентичных материальных частиц в одинаковом квантовом состоянии, но нам достаточно и приближенного описания). Вскоре после этого коллективный разум множества исследователей показал, что полученный Паули результат, несмотря на то что речь в нем шла исключительно о крохотных частицах, является ключевым для понимания судьбы Солнца, как и судьбы всех звезд аналогичного размера. По мере сжатия Солнца электроны в ядре будут все больше сближаться — и рано или поздно их концентрация там достигнет предела, обозначенного результатом Паули. Когда дальнейшее сжатие попытается нарушить принцип Паули, в дело вступит мощное квантовое отталкивание: электроны будут стоять на своем, они потребуют себе личного пространства и откажутся сближаться еще сильнее. Сжатие Солнца прекратится9.

Внешние, далекие от ядра оболочки Солнца будут и дальше расширяться и остывать — и в конечном итоге уплывут в пространство, оставив на месте Солнца поразительно плотный шар из углерода и кислорода, называемый белым карликом, который будет светиться еще несколько миллиардов лет. Поскольку температура, необходимая для дальнейшего ядерного синтеза, достигнута не будет, тепловая энергия медленно рассеется в пространстве, подобно последнему теплу угасающего уголька в костре; остаток Солнца остынет и потухнет, превратившись в конечном итоге в темный замерзший шар. Чуть выше 10-го этажа наше Солнце окончательно потухнет.

Это спокойный и мирный конец. Особенно в сравнении с катастрофическим финалом, ожидающим, возможно, всю Вселенную, когда мы продолжим подъем на следующий этаж.

Подбросьте вверх яблоко, и неумолимая тяга земной гравитации позаботится о том, чтобы его скорость постепенно снизилась. Это простое упражнение несет в себе глубокий космологический смысл.