Спроси Итана №112. Самый окончательный конец Вселенной

Image credit: Blinky’s Astro Blog, via https://blinkysastroblog.wordpress.com/2012/09/02/shock-i-reprocessed-my-m27-data/.

Ask Ethan #112

31 октября 2015 года

(литературный, полный, слегка авторский перевод)

Когда кончится все, что же тогда останется?

Конец? Нет, путешествие здесь не кончается. Смерть - это всего лишь другой путь, по которому мы должны пройти. Серый, дождливый занавес этого мира отдернется, и все озарится серебряным светом, и ты увидишь...

(Дж.Толкиен)

Все, что мы видим, познаем и ощущаем в этой Вселенной, однажды закончится. Не только нам придется встретить свою смерть, когда-нибудь полностью сгорят звезды,  умрут галактики, и даже сама материя прекратит свое существование. Из всех вопросов, поданных в рубрику Спроси Итана, больше всего я был поражен Гари Томасом, который из-за этого потерял сон:

Я наткнулся на ваш блог, пытаясь найти ответы на свои вопросы и обрести хоть какой-то комфорт. Мне 47, некоторое время назад у меня образовалась настоящая фобия конца света, конца всей Вселенной. Понимая, что это никак не затронет ни меня ни других, кому еще только предстоит родиться в следующие миллионы лет, мне страшно думать, что всему, что мы создали в этом мире, да и самому его великолепию когда-нибудь наступит конец.

И, пожалуй, эту правду о нашей Вселенной мы должны встретить лицом к лицу.

Image credit: Chris Kotsiopoulos, via http://www.greeksky.gr/greeksky/slides/Selections/album/slides/20100613MilkyWayChris.htm.

Полагаю, она не является такой уж необходимостью - все, что окружает нас сегодня, закончит свое существование когда-нибудь в будущем, думаем мы об этом или нет. Но некоторые из нас никак не могут перестать размышлять о таких вещах. Так давайте пройдем весь этот путь. Давайте расскажем всю историю космоса - как мы добрались сюда, какое нас ждет будущее, и все, что связано с этим. И давайте не будем скрывать ничего.

Image credit: NASA, ESA and the International Space Station.

Что бы вы ни думали об этом мире - о Земле, о своей жизни или о жизни всех, кто когда-либо на ней жил, - красивых или не очень, совершенно ясно одно: он есть, он реален, он существует, он является частью реальности, которая очень, очень тесно связана с каждым из нас. Вселенная развивалась именно таким образом, чтобы сейчас мы в ней находились. Во многих случаях такое развитие было довольно предсказуемым:

• Вселенная, появившись в конце фазы инфляции как горячий, плотный бульон из материи и излучения, потом просто таки драматически расширилась и охладела.
• Сформировались протоны и нейтроны, которые, в свою очередь образовали атомные ядра и, затем, атомы.
• Образовались гравитационные узлы плотности, начавшие собирать вокруг себя молекулярные облака, в которых со временем сформировались звезды.
• Эти звезды сгорели и умерли, выбросив во Вселенную тяжелые элементы,  обеспечив следующие поколения звезд возможностью формирования сложных молекул и планет с твердой поверхностью.
• Со временем бесчисленные взаимодействия, слияния и столкновения звезд начали давать буквально миллиарды шансов на формирование жизни в каждой галактике размером с Млечный Путь в этой Вселенной.

Image credit: Bock et al. (2006, astro-ph/0604101); изменен Итаном.

Но наше существование в то же время требует еще и наличия некоторого количества крайне маловероятных (но не невозможных!) параметров, для того, чтобы радоваться таким кратким мгновениям жизни.

• Фундаментальные константы и физические законы, управляющие нашей Вселенной, должны быть именно такими, чтобы сделать все это возможным.
• У области звездообразования, в которой родилось Солнце, должна была быть правильная эволюционная история для того, чтобы сформировать планету достаточной массы с твердой поверхностью, на правильном расстоянии - для того, чтобы на ней зародилась жизнь такой, как мы ее сейчас знаем.
• Необходимы были именно такие зерна жизни, чтобы эволюция, делая шаг за шагом именно так, как это она делала на протяжении всей истории, смогла дать жизнь нам, с нашим мозгом, телом и нашей "нашестью", что бы вы под этим ни подразумевали.

Image credit: Ethan Siegel (это он!), из блога Starts With A Bang!

Потребовалось 13.8 млрд лет и бесчисленное количество проб, чтобы дать вам жизнь. Вы были совершенно не в курсе того, что это происходило - до тех пор, пока не родились. Вы не испытывали ни радости от того, что все это с вами происходит, ни грусти от прошедших эпох. Вселенная продолжает развиваться так, словно вас и не существовало.

Image credit: NASA/CXC/M.Weiss.

Существование само по себе трудный концепт. Можете ли вы быть чем-то большим, чем просто совокупность составляющих вас вещей?  Ведь эта совокупность не может определять вашу идентичность, не так ли? Если вы существовали 10 лет назад (а как же иначе, вы ведь читаете этот текст?), то сейчас в вашем теле, мозге, в костях не осталось ни одного атома, который входил в их состав в то время. Частицы, из которых вы сложены, полностью заменяются новыми, но вы остаетесь собою.

Image credit: Ed Uthman.

Если кто-то из нас умрет в отдаленном будущем, частицы, входящие в состав мертвого тела будут те же самые, как и в последние моменты жизни. И так же, как те атомы, которые вошли в состав вашего тела, пройдя через бесчисленные реинкарнации, когда-то были частью чего-то еще, ваши атомы, вполне возможно, могут войти в состав другой живой плоти или даже неорганической материи.

Image credit: Mark Garlick / HELAS.

И да, жизнь на Земле когда-нибудь закончится. В далеком будущем Солнце станет настолько горячим, что с Земли испарится вся вода. Затем Солнце распухнет, став красным гигантом,  потом сбросит внешние слои и сожмется в белый карлик - труп звезды. И хотя во Вселенной еще будут формироваться поколения и поколения новых звезд, когда-нибудь запасы топлива подойдут к концу.

Затем звезды одна за другой будут выброшены из галактик в межгалактическое пространство и  будут обречены на вечные скитания в его темной пучине. Все тепловые движения атомов, кроме их квантовых колебаний, сойдут к температурам, близким к абсолютному нулю. А в еще больших масштабах времени испарятся даже большие черные дыры, оставив сцену пустому, замерзшему космосу.

Image credit: XMM-Newton, ESA, NASA.

Такой исход называют "тепловой смертью Вселенной". Хотя и существуют другие гипотезы - например, Большой Рип (когда со временем будет расти количество темной материи) и Большой Хруст (когда что-то заставит Вселенную снова сжиматься), теория цикличности (когда сжатия будут сменяться расширениями), или даже совершенно новая фаза развития, когда обычная материя будет сама собой появляться во Вселенной, согласно современным данным, наиболее предпочтительным сценарием развития является ее тепловая смерть (или Большое Замерзание).

Вот такую историю рассказывает нам Вселенная - по крайней мере, пока. Это - наилучшее, что мы можем собрать вместе о том, где мы находимся, кто мы, и о судьбе всего вокруг нас.

Image credit: Sean Carroll, via Steve Hsu of http://infoproc.blogspot.com/.

Нужно ли из-за этого грустить? Следует ли думать об этом?

Конечно, можно, я не могу управлять вашими эмоциями.

Но эти факты больше меня не печалят.

Потому, что, знаете ли, смерть - не бесконечная темная пучина, это ужасное черное ничто, чего следовало бы бояться всю жизнь.

Image credit: Knut Skaar of http://knutsastronomy.blogspot.com/, of Messier 109

Акт несуществования - для чего-то, что когда-то существовало, а потом уже нет - это возвращение в естественный порядок вещей - в ничто. Этот факт звучит ужасно для нас, если считать несуществование как отсутствие чего-то хорошего, но я бы предпочел думать о нем как о "ничто" космоса, который сам по себе является всей Вселенной.

Image credit: Bob Franke, via http://bf-astro.com/.

Все существование ограничено внутри этой пустоты, ее пространства и времени. Как мы знаем, пространство-время и все внутри них  находится в идеальном сочетании с законами природы этой Вселенной. Все, включая вас. Ваше дело, как к этому относиться, но я не думаю, что из-за этого стоит переживать. Мне кажется, с этим можно просто жить, как с любой другой правдой о нашем существовании.

И да, наше физическое существование ограничено во времени - как ограничена жизнь всего, о чем мы можем только подумать. Пока оно ограничено в пространстве, которое мы можем "пощупать", увидеть или почувствовать, что верно для всего, что когда-либо существовало.  А Вселенная, как кажется, не имеет предела, хотя и может быть ограничена во времени или в пространстве (или сразу во всех этих измерениях) - просто значительно дальше, чем мы сейчас можем увидеть.

Наблюдаемая сегодня Вселенная в сравнении с тем, какая она может быть на самом деле. 
Image credit: E. Siegel, на основе оригинала Wikimedia Commons user Azcolvin429

Как относиться ко всему этому - ваше дело. Можно отчаяться, но я лично не вижу для этого ни малейшего повода. Прямо сейчас, после миллиардов лет несуществования, мы оказались живыми. В этот крошечный отрезок большой структуры пространства-времени, мы имеем возможность выбирать свои пути, и строить отношения с другими людьми. Никто не будет жить вечно - так же, как не длится вечно ВСЕ, что можно себе только представить- но это не значит, что мы не в силах распоряжаться отпущенным нам временем.

Когда ты твердо знаешь, что все пройдет, а мы с вами являемся частью этого всего, не так уж и важно, сколько времени остается. Следы нашего существования останутся на ткани пространства-времени, и их уже не стереть. Вся ваша энергия, частицы вашего мозга и тела, и вашей "вашести" всегда существовали в этой Вселенной, и, насколько мы сейчас понимаем, останутся в ней навсегда.

Комментарий д-ра Майкла: Итан не просто непревзойденный популяризатор космологии, он еще и довольно драматический писатель-философ оказался. 

Почему я не удивляюсь?