Д. А. Гусев
Естественнонаучная картина мира
§ 2. Современные представления об устройстве Вселенной
Как нам уже известно, область огромных космических расстояний и массивных космических тел называется мегамиром. Его главными объектами, по современным представлениям, являются планеты и звезды, связанные между собой галактики и метагалактики. Звезды представляют собой раскаленные физические тела гигантских размеров. Для пояснения скажем, что диаметр Солнца, которое является небольшой звездой, равен приблизительно 1 400000 км, в то время как диаметр Земли – это приблизительно 12 700 км, то есть Солнце превосходит Землю по диаметру примерно в 110 раз. А это значит, что по объему оно больше нашей планеты приблизительно в миллион раз. Звезды – это плазменные космические объекты. Плазмой называют четвертое агрегатное состояние вещества. Первые три – это твердое, жидкое и газообразное. Одним из различий между этими тремя состояниями является температура. Так, например, вода при одной температуре может быть льдом (то есть может находиться в твердом состоянии), при более высокой – водой (жидкое состояние), а еще при более высокой – паром (газообразное состояние). Под плазмой чаще всего понимается вещество с огромной температурой. Проще ее можно было бы назвать раскаленным газом. Таким образом, звезды – это очень горячие газовые тела колоссальных размеров.
У каждой звезды есть свой собственный срок жизни. Согласно наиболее распространенной точке зрения звезды зарождаются из гигантских межзвездных газово-пылевых облаков в результате гравитационного сжатия последних. Постепенно уплотняясь, такое облако превращается в протозвезду, в центре ее под действием гравитации собирается весь присутствующий в облаке водород (самый легкий химический элемент, атомы которого образованы всего лишь одним протоном в ядре и одним электроном вне ядра). Температура водорода неуклонно растет до того момента, когда его атомы начинают терять электроны, превращаясь тем самым в ионы. Лишившиеся электронов атомные ядра водорода вступают во взаимодействие друг с другом, соединяясь в ядра гелия. Происходит это в центре молодой звезды – в ее ядре. Причем из четырех протонов получается одно ядро гелия (2 протона и 2 нейтрона) и множество разнообразных элементарных частиц, и все это сопровождается выбросом световой и тепловой энергии. Этот процесс слияния ядер атомов и превращения тем самым одних химических элементов в другие с выделением огромного количества энергии называется термоядерным синтезом.
«Сжигая» водород, звезда не позволяет гравитации сжать себя до сверхплотного состояния. Интересно то, что чем больше масса звезды, чем изначально больше в ней водорода, тем больше и интенсивнее ей приходится его сжигать, сопротивляясь силе гравитации. Получается, что, чем массивнее звезда, тем короче ее жизнь. Но и любая звезда рано или поздно израсходует весь пригодный для термоядерных реакций водород, и гелий в ее ядре вступит в новую термоядерную реакцию, в результате которой образуется углерод, а также снова появится целый фейерверк разнообразных субатомных частиц. А звезда тем временем начнет расширяться, охлаждаться, превращаясь в так называемый «красный гигант». И если масса ее весьма скромная, то вскоре гравитация запустит процесс сжатия ее до «белого карлика», который будет излучать остаточное тепло до тех пор, пока окончательно не остынет. Такая судьба ожидает и наше Солнце. Но произойдет это еще очень не скоро.
Звезды же намного более массивные, чем Солнце, завершают свое существование весьма ярко и зрелищно. Их ядрам хватает энергии для того, чтобы продолжать термоядерную реакцию и создавать все более и более тяжелые химические элементы вплоть до железа, которое уже не может вступать в ядерный синтез. Когда в ядре звезды начинается новая реакция, в ее оболочке продолжается предыдущая (например, в ядре углерод уже превращается в кремний, а в оболочке из гелия еще активно создается сам углерод). Как только температура и давление внутри ядра достигают определенного уровня, звезда под воздействием огромной гравитации начинает сжиматься (коллапсировать), а затем взрывается в ослепительной вспышке «сверхновой», выбрасывая все вещество своей оболочки и огромное количество энергии в окружающее пространство Вселенной. И в этом взрыве рождаются все остальные химические элементы, существующие в природе, вплоть до урана. А затем, если масса оставшегося после взрыва ядра составляет 10–30 солнечных масс, то продолжающийся коллапс приведет к созданию нейтронной звезды, если более 30, то образуется «черная дыра». Термин «черная дыра» весьма условен. Им обозначают отнюдь не дырку в пространстве-времени, а очень значительный по массе объект, возникающий на месте гибели сверхмассивной звезды. Иначе говоря, «черная дыра» – это мегаобъект, сжавшийся до малых размеров и поэтому имеющий огромную плотность и колоссальную массу. Например, если бы наша планета сжалась до размеров горошины, она стала бы «черной дырой». В силу огромной массы гравитация «черной дыры» настолько велика, что даже попавший в ее «горизонт событий» (зону, в которой сила ее притяжения максимальна) свет уже не может оттуда вырваться. А ведь он обладает самой большой в природе скоростью.
Как правило, звезды находятся на огромных расстояниях друг от друга, хотя встречаются и близко соседствующие, например двойные звезды. Эти расстояния принято измерять световыми годами (расстояние, которое свет проходит за один год – 9 460 730 472 580 800 м, или приблизительно 9,46 квадриллиона метров) и в парсеках (1 парсек составляет 3,2616 светового года). Они существуют не изолированно, а в виде гигантских скоплений, которые называются галактиками. В нашей Вселенной огромное количество галактик, в некоторых из которых число звезд может доходить до 400 млрд По форме галактики бывают эллиптическими, линзовидными, спиральными, неправильными и др., их масса может находиться в диапазоне от 107 до 1012 масс Солнца, а диаметр варьируется от 5 до 250 килопарсек (16 – 800 тысяч световых лет). Расстояния до ближайших из них измеряются не столько в световых годах и парсеках, сколько в мегапарсеках; а до самых отдаленных – в единицах красного смещения. При этом увидеть на небе невооруженным глазом можно только три галактики – это Туманность Андромеды, а также Большое и Малое Магеллановы Облака.
Наша Солнечная система находится внутри одной из достаточно небольших по размеру и количеству звездных систем галактик. Называется она Млечный путь («млечный» – значит «молочный», потому что видимая с Земли часть нашей галактики белесого цвета, а греческое слово galaktos – это родительный падеж от слова gala, которое переводится на русский, как «молоко») и состоит по оценкам современным ученых из около 200 млрд звезд. Наша галактика относится к классу спиральных, то есть имеет внутри своего диска яркие ветви или рукава звездного происхождения, как бы выходящие из ее центральной области и закручивающиеся подобно виткам спирали. Диаметр Млечного пути равен приблизительно 100 тысячам световых лет (то есть чтобы попасть из одного конца нашей галактики в другой, надо лететь 100 тысяч лет со скоростью света, а это, напомним, почти 300 000 км/с). Толщина галактического диска порядка 1500 световых лет. А возраст самых древних ее звезд почти равен возрасту Вселенной и составляет 13,2 млрд лет.
Солнце и его восемь планет находятся в одном из рукавов-ответвлений Млечного пути на расстоянии 26 000 ± 1 400 световых лет от его центра. Солнечная система вращается вокруг ядра галактики, делая полный оборот за так называемый галактический год (это, по разным оценкам, от 225 до 250 млн земных лет). Само ядро состоит из очень плотного скопления звезд, в центре которого, по современным научным представлениям, находится сверхмассивная «черная дыра». В настоящий момент Солнце движется в той части галактического пространства, где ядро закрыто от него пылевой туманностью (громадным облаком космической пыли). Через несколько миллионов лет Солнечная система выйдет из-за этой завесы и будет подвержена излучениям, идущим от ядра. Им будет подвергаться также и наша планета. Возможно, что если бы Земля не была защищена пылевой туманностью, а являлась открытой, то излучения галактического ядра влияли бы на состояние и развитие жизни на ней.
Галактики, как правило, существуют не изолированно, а в виде скоплений, которые содержат в себе до нескольких тысяч отдельных галактик. Если, несмотря на огромные расстояния между галактиками (в десятки и сотни миллионов световых лет), провести сравнение между молекулами макротела и галактиками в скоплениях, то оказывается, что галактические скопления можно уподобить очень вязкой среде. Взаимодействующие скопления галактик образуют метагалактику. Грече ская приставка meta обозначает над, сверх, более и т. д., то есть Метагалактика – это сверх- или супергалактика. Современная наука допускает возможность возникновения и существования множества других миров или метагалактик, кроме нашей метагалактики, называемых внеметагалактическими объектами.
Помимо звезд, объединенных в галактики и метагалактики, важными космическими объектами являются планеты. Они представляют собой небесные тела, движущиеся вокруг звезд (или того, что остается от звезды после ее коллапса). Планеты обладают массой, достаточной для того, чтобы стать приблизительно шарообразными под действием собственной гравитации, но при этом недостаточной для того, чтобы в них началась термоядерная реакция. Среди них выделяют, во-первых, планеты Солнечной системы, последовательность расположения которых от Солнца такова: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун (в Солнечной системе имеются еще и пять карликовых планет: Плутон, до 2006 г. считавшийся девятой планетой, Церера, Эрида, Хаумеа и Макемаке). Во-вторых, экзопланеты – планеты, находящиеся вне Солнечной системы и движущиеся вокруг других звезд. По современным подсчетам только в нашей галактике возможно существование более 100 млрд экзопланет, из которых приблизительно 5–20 млрд подобны нашей Земле. На настоящее время учеными точно обнаружено 1853 экзопланеты в 1162 планетарных системах. Кроме того, и среди планет Солнечной системы, и среди экзопланет есть как газовые гиганты – планеты, обладающие невысокой плотностью, но отличающиеся солидными размерами (в Солнечной системе их четыре – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), так и планеты менее крупные, но зато имеющие твердую поверхность, – землеподобные планеты (в Солнечной системе их также четыре – Меркурий, Венера, Земля и Марс).
Звезды и планеты составляют планетарные системы, но кроме них вещество Вселенной представлено также диффузной материей (от лат. diffusio – распространение, растекание, рассеивание). Она существует в виде разобщенных атомов и молекул, а также гигантских облаков пыли и газа – газово-пылевых туманностей. Значительную долю материи во Вселенной занимают различные виды излучения. Следовательно, космическое межзвездное пространство никоим образом не пусто.
Итак, принимая во внимание безграничные масштабы Вселенной и бесчисленное множество заполняющих ее мегаобъектов, вполне можно предположить, что среди колоссального количества звезд могут быть звезды, подобные нашему Солнцу, которые, так же как и оно, имеют свои спутники – экзопланеты; некоторые из них характеризуются наличием благоприятных для жизни условий. В связи с вышесказанным, не исключено, что жизнь существует не только на планете Земля, и мы не одиноки во Вселенной. Причем вполне возможно, что жизнь в бескрайних просторах космоса может существовать как в менее развитых (вирусы и бактерии) формах, чем на Земле, так и в более совершенных, например, в качестве высокоразвитых, техногенных цивилизаций. По одной из гипотез жизнь на Земле является не следствием длительной естественной биохимической эволюции, а результатом сознательной деятельности представителей высокоразвитых цивилизаций, которые планомерно доставляют «семена» жизни на планеты с подходящими для этого условиями.
§ 3. Теория Большого взрыва
Точно ответить на вопрос о происхождении Вселенной современная наука пока не может (и вряд ли будет в состоянии это сделать в ближайшее время – настолько он сложен). Однако у нее есть на этот счет более или менее обоснованные предположения. Одно из них является в настоящее время наиболее распространенным и достаточно убедительным. Это теория Большого взрыва, которая говорит нам о том, что около 13,8 млрд лет назад Вселенная была невероятно малых размеров. Все бескрайнее невообразимое пространство нынешнего космоса было сосредоточено в одном единственном предельно сжатом объекте, размером меньше атома. Конечно, в нем не было ни звезд, ни планет, ни всего прочего, ныне существующего в природе. Но в этом первоначальном микрообъекте, который ученые называют сингулярностью (от лат. singularis – один, единственный), было заложено, содержалось в потенции (неявно, представляло собой возможность) все бесконечное многообразие нашей Вселенной. Точно так же, как и большое дерево с многообразием своих форм потенциально содержится в маленьком зернышке. И вот приблизительно 13,8 млрд лет назад этот крошечный сингулярный объект начал очень резко расширятся с огромной скоростью, вероятно, близкой к скорости света. Так родилась наша Вселенная. А момент начала этого расширения и принято называть в науке Большим взрывом. Почему произошел Большой взрыв – не известно. Возможно, решающую роль здесь сыграли колоссальная плотность и энергия сингулярного объекта, а может быть, причиной стало столкновение или иного рода взаимодействие этого микрообъекта с другим, подобным ему.
Также возможно, что 13,8 млрд лет назад Вселенная была не крошечной сингулярностью, а вакуумом. Это слово переводится с латинского как «пустота». Однако вакуум – это не абсолютное ничто, не небытие. Чтобы подчеркнуть это, часто употребляют понятие физического вакуума, который представляет собой особое состояние материи. Говоря просто, физический вакуум – это такое ничто, в котором потенциально, скрыто, неявно содержится все. Он способен внезапно и резко перестраивать свою структуру, то есть меняться, переходить из одного состояния в другое. Такие переходы называют фазовыми. В результате одного из фазовых переходов физического вакуума он из пустоты (ничего) превратился во Вселенную (все). И этот решающий переход также принято называть Большим взрывом.
Какой бы ни была Вселенная по различным представлениям изначально – сверхплотным микрообъектом или физическим вакуумом, непроизвольно возникает вопрос: а что существовало до этого микрообъекта или вакуума, а также: что находилось вокруг того и другого, или иначе, где была эта сингулярность или этот вакуум? Такого рода вопросы отпадут, если мы вспомним про теорию относительности. Ее основной идеей является утверждение о том, что материя, пространство и время – это не разные вещи, а, по большому счету, одно и то же и не существуют друг без друга. Когда мы спрашиваем, что было до сверхплотного микрообъекта или вакуума, то автоматически предполагаем, что время существовало само по себе, еще до появления материи. Когда мы спрашиваем, где существовал сверхплотный микрообъект или вакуум, то автоматически предполагаем, что пространство существовало само по себе, еще до появления материи. Вспомним, Эйнштейн показал, что не может быть никакого пространства и времени без, помимо или вне материи. А это значит, что спрашивать о том, где находился сингулярный микрообъект или вакуум, равно как и о том, что существовало до того или другого, нельзя, потому что, если до взрыва не было материи, то не было ни пространства со временем, ни гравитации и других фундаментальных взаимодействий, ни даже света. Все это возникло в момент Большого взрыва, в момент рождения нашей Вселенной.
Первым исследователем, который еще в 1922 г. предсказал расширение Вселенной, предложив тем самым нестационарную космологическую модель, и высказал предположение о том, что в самом начале развития Вселенной произошел мощнейший взрыв, был отечественный математик и геофизик Александр Фридман. В 1927 г., независимо от него, другой исследователь – бельгиец Жорж Леметр выдвинул аналогичную идею возникновения Вселенной и ее дальнейшего расширения из точки. Задача формирования более конкретной, физически разработанной, эволюционной космологической модели расширяющейся Вселенной была решена в основном американским физиком русского происхождения Джоржем (Георгием) Гамовым, который впервые предложил в 1946 г. теорию, получившую впоследствии наименование «теория Большого взрыва».
Надо также отметить, что эта концепция не является только умозрительным предположением. Конечно, по вполне понятным причинам, прямых доказательств того, что она описывает реальное положение вещей, нет. Однако существуют аргументы, подтверждающие ее косвенно. Еще в 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил так называемое красное смещение или, иначе говоря, заметил, что свет далеких галактик несколько краснее ожидаемого, то есть их излучение таково, что спектральные линии смещаются в красную сторону спектра. Еще раньше было установлено, что когда некое тело удаляется от нас, то его излучение смещается в красную сторону спектра (красное смещение), а когда оно, наоборот, приближается к нам, то его излучение смещается в фиолетовую сторону спектра (фиолетовое смещение). Это одно из проявлений эффекта Доплера – изменение частоты и длины волн любой природы (не важно, о чем идет речь: о свете или о звуке), регистрируемых приемником, вызванное движением их источника и/ или движением самого приемника. Попросту говоря, суть этого эффекта в следующем: если к нам приближается некий объект, то звук, им издаваемый, кажется нам выше, а его светимость (даже если это не фиксируется невооруженным глазом) смещается в красную сторону спектра (объект светится больше красным); если же объект удаляется, то его звучание кажется нам более низким, а светимость смещается в фиолетовую сторону спектра (объект светится больше сине-фиолетовым). Открытое Хабблом красное смещение свидетельствовало в пользу того, что галактики удаляются от нас и друг от друга с огромными скоростями, то есть как то ни удивительно, в настоящее время Вселенная расширяется, причем одинаково во всех направлениях, то есть взаимное расположение космических объектов не меняется, а изменяются только расстояния между ними. Точно так же, как не меняется расположение точек на поверхности воздушного шара, но меняются расстояния между ними, когда его надувают. Но если Вселенная расширяется, то обязательно возникает вопрос: а какие же силы сообщают разбегающимся галактикам начальную скорость и дают необходимую энергию. Современная наука предполагает, что исходным моментом и причиной нынешнего расширения Вселенной был Большой взрыв.
Другим косвенным подтверждением теории Большого взрыва является открытое в 1965 г. Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном реликтовое излучение (от лат. relictum – остаток) Вселенной. Это излучение, остатки которого доходят до нас из того далекого времени, когда ни звезд, ни планет еще не было, а вещество Вселенной было представлено однородной плазмой, которая имела колоссальную температуру. Таким образом, раньше Вселенная была намного более теплой, чем в настоящее время. Причиной столь высокой ее температуры в отдаленном прошлом мог быть Большой взрыв.
Однако, несмотря на приведенные доказательства, у современных ученых нет возможности с максимальной степенью достоверности утверждать, что наша Вселенная возникла именно в результате Большого взрыва. И не известно, появится ли такая возможность в будущем. Но открытым остается (и, вероятнее всего, останется) вопрос не только о том, как и когда появилась Вселенная, но и о том, как она эволюционировала, самоорганизовывалась.
§ 4. Этапы эволюции Вселенной
Поскольку третья научная картина мира рассматривает Вселенную как результат глобальной мировой эволюции, то важной задачей науки является установление механизма или движущих сил этой эволюции. Современное естествознание описывает все большее количество явлений природы с помощью синергетической интерпретации. Вселенная в целом также поддается подобного рода объяснению, являясь самой большой материальной системой из всех возможных. По современным научным представлениям она эволюционировала от простейшего состояния к все более сложному, прошла в своей самоорганизации огромное количество этапов.
Наиболее крупными вехами космической эволюции были следующие. Примерно 13,8 млрд лет назад произошел Большой взрыв, запустивший процесс эволюции Вселенной. Всего лишь через одну сотую секунды после взрыва Вселенная имела температуру порядка 100 млрд градусов и была заполнена так называемой кварк-глюонной плазмой, то есть ее вещество состояло тогда лишь из двух видов фундаментальных частиц – из кварков и глюонов. Под действием гравитации и невообразимо высоких температур в новорожденной Вселенной стали появляться фотоны, а затем и другие элементарные частицы и их античастицы, среди которых преобладали электроны, позитроны, нейтрино, а также протоны и нейтроны. В конце первых трех минут после взрыва температура вещества Вселенной, непрерывно снижаясь, достигла примерно 1 млрд градусов. При этой все еще очень высокой, но уже не такой большой, как сразу после взрыва, температуре стало возможным образование атомных ядер, и в первую очередь появились ядра атомов водорода, а позже – сами атомы водорода. А около 12,7 млрд лет назад опять-таки под действием гравитации и высоких температур водород смог собраться в огромные плазменные шары – звезды первого поколения. В их недрах путем термоядерного синтеза образовались все химические элементы, вплоть до железа, а в результате их разрушения – все вещество современной Вселенной. Поэтому можно сказать, что во всем, что нас окружает, да и в каждом из нас живут частички давным-давно погибших звезд. На месте взрывов звезд первого поколения образовались новые звезды, сгруппировавшиеся в галактики. А около 4,8 млрд лет назад появилось межзвездное облако, из которого родилось Солнце и окружающие его планеты.
Первые гипотезы о происхождении Солнечной системы были выдвинуты в разное время независимо друг от друга немецким философом Иммануилом Кантом и французским ученым Пьером Лапласом. Их предположения вошли в науку в качестве некой коллективной космогонической гипотезы Канта – Лапласа. Космогония (от греч. kosmos – мир, или Вселенная, и genesis – рождение, происхождение) – это наука о происхождении и эволюции как Вселенной, так и ее отдельных объектов. По гипотезе Канта – Лапласа Солнечная система образовалась из огромной газово-пылевой туманности, находившейся во вращательном движении, в результате которого в ее центре возникло сгущение, позже превратившееся в Солнце. Продолжение вращательного движения привело к образованию вокруг Солнца других сгущений, ставших впоследствии планетами.
Иную гипотезу высказал в прошлом столетии английский физик Джеймс Джинс. По его предположению Солнце некогда столкнулось с другой звездой, в результате чего из него была вырвана струя газа, которая, остывая и сгущаясь, преобразовалась со временем в планеты. Однако колоссальные расстояния между звездами делают такое столкновение маловероятным. Кроме того, Солнечная система характеризуется упорядоченным устройством: все планеты движутся вокруг Солнца в одном и том же направлении и находятся почти в одной и той же плоскости, каждая планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая. Учитывая эти закономерности строения Солнечной системы, трудно предположить, что планеты являются осколками космической катастрофы.
Позже была предложена еще одна гипотеза, которую выдвинули шведский физик Ханнес Альфвен и английский физик Фред Хойл. Они утверждают, что первоначальное газовое облако, из которого образовались Солнце и планеты, было сильно ионизированным (состояло из ионов), и поэтому было подвержено влиянию электромагнитных сил. После того как из огромного газового облака посредством концентрации (сгущения) образовалось Солнце, на очень большом расстоянии от него остались небольшие части этого облака. Гравитационная сила стала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде – Солнцу, но его магнитное поле остановило падающий газ на различных расстояниях – как раз там, где сейчас находятся планеты. Гравитационная и электромагнитная силы привели к сгущению этого газа, в результате чего образовались планеты. Все высказанные идеи относительно происхождения Солнечной системы носят гипотетический характер. Назвать какую-либо из них достоверной (точной) современная наука не в состоянии. Дальнейшее исследование космогонических проблем остается делом будущего.
Так или иначе, наша Земля образовалась примерно 4,6 млрд лет назад. Приблизительно 3,8 млрд лет назад на нашей планете зародилась жизнь. Около 450 млн лет назад появились растения, а примерно
150 млн лет назад – млекопитающие животные. Приблизительно 2 млн лет назад начался антропогенез (от греч. anthropos – человек и genesis – происхождение) – эволюция человека. Около 40 тыс. лет назад, как мы уже знаем, появился человек разумный, или homo sapiens.
Таковы основные этапы эволюции Вселенной в наиболее обобщенном виде. Понятно, что все указанные временные рамки являются приблизительными. Дальнейшее развитие науки будет все более прояснять и уточнять картину ее грандиозной истории. Однако ученые не только стремятся разгадать загадку возникновения и эволюции Вселенной, но и пытаются предсказывать ее будущее. На сегодняшний день астрономические наблюдения позволяют утверждать, что Вселенная продолжает расширяться, но что же случится в будущем, пусть даже и очень отдаленном, продолжится ли ее расширение? На этот вопрос современная наука дает следующие варианты ответов.
Во-первых, если скорость расширения Вселенной будет увеличиваться, то наступит время, когда гравитация уже не сможет противостоять силе, обеспечивающей это расширение. Эту силу иногда называют антигравитацией. Такое положение вещей приведет к тому, что сначала распадутся метагалактики, а вслед за ними и галактики, и звездные скопления, и звездные системы. В дальнейшем и электромагнитная сила уже не будет способна сохранять как планеты, так и все объекты макромира от распада на отдельные атомы. И возможно, что в итоге сами атомы, а затем и их ядра также распадутся на субатомные частицы, причем последние разлетятся на невообразимо огромные расстояния друг от друга.
Во-вторых, есть вероятность того, что сила гравитации может когда-нибудь возобладать над силой антигравитации. В этом случае Вселенная сначала остановится, а потом начнет постепенно сжиматься. На первых порах это сжатие не будет особо заметным и почти не отразится ни на галактиках, ни на звездах, ни на их системах. Но наступит момент, когда Вселенная уменьшится настолько, что все ее галактики соберутся в одну единственную метагалактику, а затем под воздействием ее же огромной гравитации начнется процесс ее коллапсирования, ее дальнейшего сжатия и разрушения всего того, что в ней находится. И в конце концов, вся материя во Вселенной соберется в массивные «черные дыры», а они, в свою очередь, сольются в единый крошечный, но при этом супермассивный объект – в сингулярность Большого сжатия. Что же случится дальше – предсказать невозможно, но не исключено, что этот объект снова начнет резко расширяться, то есть произойдет еще один Большой взрыв, в котором родится новая Вселенная (такую модель ученые называют «пульсирующей Вселенной»).
Наконец, не следует исключать и того, что когда-нибудь сила гравитации и сила антигравитации уравновесят друг друга. Вселенная замрет, все процессы в ней остановятся, все изменения, в частности движения, прекратятся. В ней вообще не будет более происходить никакого обмена энергией. Вспомним, что энергией в науке называется способность физического объекта совершать работу, то есть перемещать массу на определенное расстояние, воздействуя на эту массу с определенной силой. У энергии есть три весьма существенных свойства: во-первых, она может проявляться в разных видах (кинетическая – энергия движения, тепловая как разновидность кинетической, потенциальная, электромагнитная, энергия массы и др.); во-вторых, эти виды взаимосвязаны и способны переходить друг в друга; в-третьих, при любых процессах в замкнутой физической системе совокупная энергия остается постоянной – не увеличивается и не уменьшается, но может перейти в работу (закон сохранения и превращения энергии). Если в последнем случае речь идет о тепловой энергии, связанной с движением атомов и молекул, из которых, как Вы знаете, состоят все физические объекты нашей Вселенной, то закон ее сохранения и превращения называется первым началом термодинамики (греч. thermos – теплый и dynamis – сила). Если же атомы и молекулы получают энергию извне, они начинают колебаться и двигаться быстрее, вследствие чего физическое тело нагревается. Но если такого притока нет (например, в замкнутой системе), то и молекулы и атомы постепенно замедляют свое движение (энергия, которая у них была, постепенно переходит в работу, то есть тратится на их движение), а тело соответственно остывает. При этом самопроизвольная передача тепловой энергии от холодного тела к горячему не возможна (не холодное тело охлаждает тело горячее, а наоборот – горячее тело нагревает холодное) – это второе начало термодинамики. Оно же говорит нам и о том, что в замкнутой системе энтропия не может убывать. Энтропией ученые называют меру необратимого рассеивания энергии, то есть меру перехода энергии упорядоченных процессов (например, кинетической или электромагнитной) в энергию неупорядоченных процессов, и в итоге – в тепловую. Наша Вселенная как раз и есть такая замкнутая система – обмениваться энергией ей просто не с чем, поэтому она будет стремиться к наиболее вероятному равновесному состоянию – состоянию с максимальной энтропией, при котором все виды энергии преобразуются в энергию тепловую. Температура вещества по всей Вселенной уравновесится, и наступит так называемая «тепловая смерть Вселенной».
Сбудется ли какой-либо из приведенных сценариев – не известно. Все это лишь гипотезы, не подкрепленные необходимым количеством фактов. Конкретного же ответа на вопрос о дальнейшей судьбе нашей Вселенной современная наука дать не может.
