Митио Каку - Гиперпространство - Научная одиссея через параллельные миры, дыры во времени и десятое измерение

Критический показатель средней плотности материи определяет окончательную участь Вселенной и всей разумной жизни в ней. Если средняя плотность Вселенной менее 10–29 г / см³, что соответствует 10 мг вещества, распространенным в объеме, равном объему Земли, тогда Вселенная будет продолжать расширяться вечно, пока не станет однообразно холодным, безжизненным пространством. Если же средняя плотность превышает эту величину, тогда материи достаточно для того, чтобы сила гравитации во Вселенной придала обратное направление Большому взрыву и Вселенная пала жертвой невообразимо высоких температур Большого сжатия.

В настоящее время ситуация с экспериментами сложная. Астрономам известно несколько способов определения массы галактики, а затем и массы Вселенной. Первый из них – подсчет звезд в галактике и умножение полученного числа на среднюю массу каждой звезды. Вычисления, проведенные таким трудоемким способом, показывают, что средняя плотность меньше критической величины и что Вселенная будет расширяться вечно. Проблема этих вычислений заключается в том, что в них не учитывается материя, которая не светится (например, пылевые облака, черные дыры, холодные звезды– карлики).

Есть и второй способ выполнения вычислений, на этот раз с применением законов Ньютона. Вычисляя время, которое требуется звездам для перемещения по галактике, астрономы используют законы Ньютона для определения общей массы галактики. Точно так же сам Ньютон определил массу Луны и Земли через время, которое требуется Луне для прохождения по орбите вокруг Земли.

Проблему представляет несоответствие этих способов вычислений. Астрономам известно, что до 90 % массы галактики имеет форму скрытой, невыявляемой «недостающей массы», или «темного вещества», которое не светится, но имеет вес. Даже если включить в расчеты приблизительную величину для несветящегося межзвездного газа, законы Ньютона предполагают, что галактика намного тяжелее, чем представляется согласно вычислениям по количеству звезд.

Пока астрономы не решат проблему «недостающей массы» или «темного вещества», мы не в состоянии ответить на вопрос, будет ли Вселенная сокращаться, превратится в пылающий шар и схлопнется или же она будет расширяться вечно.

Предположим на минуту, что средняя плотность Вселенной меньше критической величины. Поскольку содержание материи-энергии определяет искривленность пространства-времени, мы обнаруживаем, что материи-энергии недостаточно, чтобы сделать обратимым коллапс Вселенной. В таком случае Вселенная будет беспрепятственно расширяться, пока температура в ней не достигнет почти абсолютного нуля. При этом возрастает энтропия (которая измеряет степень хаоса или беспорядка во Вселенной). В конце концов Вселенную ждет энтропийная смерть.

Английский физик и астроном сэр Джеймс Джинс еще на рубеже нынешнего века писал об окончательной гибели Вселенной, называя это явление «тепловая смерть»: «Второй закон термодинамики предполагает, что конец у Вселенной может быть только один – "тепловая смерть" при температурах настолько низких, что жизнь при них невозможна» {131}.

Для того чтобы понять, как происходит энтропийная смерть, важно знать три закона термодинамики, которые управляют всеми химическими и ядерными процессами на Земле и звездах. Британский ученый и писатель Чарльз Сноу нашел оригинальный способ запоминания этих трех законов:

1. Нельзя победить (т. е. нельзя получить что-то без ничего, так материя и энергия сохраняются).

2. Нельзя сыграть вничью (нельзя вернуться в прежнее энергетическое состояние, поскольку беспорядок, энтропия всегда нарастают).

3. Нельзя выйти из игры (потому что абсолютный нуль недостижим).

Для смерти Вселенной наиболее важен второй закон, который гласит, что любой процесс дает прирост количества беспорядка (энтропии) во Вселенной. В сущности, второй закон термодинамики – неотъемлемая часть нашей повседневной жизни. Представьте себе, как добавляете сливки в чашку с кофе. Порядок (кофе и сливки в отдельной посуде) естественным образом сменяется беспорядком (произвольно смешанные сливки и кофе). Но процесс, обратный энтропии, – восстановление порядка из хаоса – чрезвычайно сложен. «Разделить» смешанные жидкости и поместить их в разную посуду невозможно без сложных химических преобразований. Точно так же горящая сигарета наполняет дымом пустую комнату и увеличивает в этой комнате энтропию. Порядок (табак и бумага) снова превращается в беспорядок (дым и пепел). Процесс, обратный энтропии, т. е. втягивание дыма в сигарету и превращение пепла в табак, невозможен даже в самой лучшей химической лаборатории планеты.