Космология через триллион лет: как наши потомки будут судить о происхождении Вселенной?14.10.2022 23:48

Большой взрыв и происхождение Вселенной, Солнечной системы и конечно же Земли является краеугольными вопросами как в физике, так и в других науках. Однако, не меньшую значимость для учёного мира представляют и вопросы конца света. В самом ближайшем будущем, примерно через 5 млрд лет, наш родимый Млечный Путь и его крупнейшая соседка в местной группе галактик, туманность Андромеды, сольются в единую галактику Милкомеду (Milky Way + Andromeda). Сколь-нибудь массивные звезды давным-давно выжгут термоядерное топливо и превратятся в черные дыры, нейтронные звезды или белые карлики. Поэтому популяция стабильных светил Милкомеды будет по большей части представлена красными карликами, способными протянуть несколько триллионов лет. Правда, останутся и сгустки космического газа, которые при подходящих условиях смогут дать начало новым звездам, даже таким массивным, как Солнце. Тем интереснее рассмотреть теории происхождения Вселенной на примере её будущей галактики. 

Предположим, что где-то в Милкомеде на планете Х возникла разумная жизнь, создавшая технологическую цивилизацию. Допустим, что эти существа овладели квантовой механикой, ядерной физикой, релятивистской теорией тяготения и прочими точными науками на нашем нынешнем уровне. Ничто не помешает им обзавестись аппаратурой для исследования Милкомеды. Но смогут ли они создать наряду с астрономией и астрофизикой еще и научную космологию, объясняющую зарождение и эволюцию мироздания? И если смогут, то каким будет происхождение вселенной согласно этой цивилизации?

На первый взгляд, это невозможно — просто из-за отсутствия фактических данных. Дело в том, что если физика происхождения вселенной устроена так, как говорят современные теории, и наша Вселенная, согласно им, и дальше будет расширяться с тем же ускорением, как в последние 6−7 млрд лет, –– все звездные скопления, не принадлежащие местной группе, уйдут далеко за горизонт событий и потому окажутся недоступными для наблюдений. Ученым будущего с планеты Х не стоит рассчитывать и на столь обогативший земную астрономию анализ космического реликтового излучения. Через триллион лет характерная длина его волн, которая сейчас измеряется миллиметрами, увеличится в 1029 раз и опять-таки превысит радиус горизонта событий. Не окажется ли так, что если у обитателей планеты Х и возникнет космология, то только мифологическая?

Ответ на этот вопрос можно найти в статье профессора астрономии Гарвардского университета Ави Лёба «Cosmology with Hypervelocity Stars», опубликованной в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Теории происхождения вселенной и в наше время непросто связать с её физикой. Однако Лёб считает, что астрономы далекого будущего смогут все же путем наблюдений определить плотность энергии космического вакуума (так называемую темную энергию), а также выяснить количественные характеристики распределения облаков космического газа, звезд и частиц темной материи внутри Милкомеды. В принципе, этой информации вполне достаточно для воссоздания истории Вселенной вплоть до эпохи Большого взрыва.

Как же ученые планеты Х извлекут нужные сведения? По мнению профессора Лёба, модели происхождение вселенной, в прямом смысле, образуются из космоса. Астраномы будущего смогут представить их, наблюдая движение звезд, разрывающих гравитационные путы Милкомеды и уходящих в открытый космос. В последние годы такие светила были обнаружены в нашей Галактике. Это сверхскоростные звезды, hypervelocity stars, упомянутые в заголовке статьи Лёба. Они разгоняются в поле тяготения черной дыры, расположенной в центре Млечного Пути, приобретая скорости порядка 1000 км/с, достаточные для выхода в межгалактическое пространство. Резонно допустить, что сверхскоростные звезды время от времени будут появляться и в Милкомеде, причем по той же причине, ведь физика происхождения вселенной остаётся неизменной и спустя миллиарды лет. 

Разумеется, звезду-беглянку будет притормаживать притяжение Милкомеды. Однако на очень больших дистанциях оно ослабнет настолько, что перестанет препятствовать увлечению звезды ускоряющимся расширением Вселенной. Это означает, что радиальная скорость звезды относительно центра Милкомеды сначала упадет, а потом начнет возрастать. Астрономы планеты Х вполне смогут отследить эти перемены на доплеровских сдвигах спектральных линий звездного излучения (правда, им придется запастись терпением, поскольку смены знака ускорения типичной бродячей звезды придется ждать не менее пары миллиардов лет). Новая-старая вселенная получит материал для ответа на вопрос о происхождении жизни.

А дальше настанет очередь теоретического анализа. На основе полученных данных ученые смогут вычислить как плотность вакуумной энергии, так и среднюю плотность материи Милкомеды. Используя математический аппарат астрофизики (до которого им, естественно, придется дойти своим умом), они будут в состоянии смоделировать процессы звездной эволюции и определить как возраст Милкомеды, так и возраст Вселенной. Им даже удастся понять, что расширение космического пространства сначала замедлялось гравитацией, а затем ускорилось энергией вакуума. Создав несколько версий происхождения вселенной, учённые будущего додумаются и до гипотезы Большого взрыва. Развив её они реконструируют самую раннюю историю и эволюцию Вселенной (для этого, конечно, им придется применять познания в области ядерной физики и физики элементарных частиц). Как подчеркивает Ави Лёб, можно надеяться, что и в очень далеком будущем разумные существа смогут не только творить мифы о происхождении мира, но и конструировать абсолютно научные космологические модели.