Чудовища доктора Эйнштейна. О чёрных дырах, больших и малых

После того как Млекомеда станет темной, ее ждет испарение и распад. Со временем звезды галактики начнут обмениваться энергией: более легкие станут получать энергию, а более тяжелые – терять. Вспомните сравнение с горшком, заполненным мраморными и деревянными шариками одинакового размера: если его встряхнуть, мраморные шарики перемещаются на дно. Некоторые звезды получат достаточно энергии, чтобы покинуть Млекомеду, и галактика станет меньше и плотнее. При этом частота взаимодействий между звездами увеличится и процесс ускорится. В то же время разрушение звездных орбит вследствие излучения гравитационных волн заставит звезды переместиться внутрь галактики. Примерно через 10¹⁹ лет 90 % звездных остатков будет извергнуто. Млекомеда испарится, последние 10 % остатков упадут в сверхмассивную черную дыру. После слияния Млечного Пути с Андромедой центральная черная дыра будет приблизительно в 200 млн раз массивнее Солнца. Постепенно она дорастет до 10 млрд солнечных масс[405]. Если бы теперешний возраст Вселенной составлял первую неделю вашей жизни, вам нужно было бы прожить еще 10 млн лет, чтобы увидеть, как все это случится.

Еще более отдаленное будущее туманно, остаются только догадки. Физики выходят за рамки Стандартной модели физики частиц, чтобы объяснить, почему во Вселенной намного больше материи, чем антиматерии, и попытаться объединить электромагнитную силу со слабым и сильным ядерными взаимодействиями. Эти модели называются теориями Великого объединения (Grand Unified Theories, GUT), и многие предсказывают распад протона. Если протоны распадаются, нормальная материя теряет стабильность. Эта форма распада никогда не наблюдалась, и на сегодня время жизни протона при наличии распада оценивается в 10³⁴ лет, что исключает некоторые, но не все, теории Великого объединения[406]

. Если распад протона существует, то все остатки звезд, кроме черных дыр, развалятся на электроны, нейтрино и фотоны[407].

Окончательное исчезновение Вселенной займет невероятно много времени. Если предположить, что нормальная материя распадется, то останутся только черные дыры – звездной массы и сверхмассивные. Стивен Хокинг предсказал, что черные дыры испускают небольшое количество низкоэнергетического излучения, из-за чего медленно испаряются. Важно понимать, что это умозрительная конструкция, поскольку излучение Хокинга никогда не наблюдалось и не имеется технологии наблюдения. Процесс испарения остатков массивной звезды занимает 10⁷⁶ лет. Сверхмассивная черная дыра в центре Млекомеды испарится за 10¹⁰⁰ лет. Никакие сравнения с повседневностью и близко не могут передать этой бездны времени, почти вечности. Однако и это лишь промежуточная станция на пути к окончательной тепловой смерти Вселенной (илл. 67).

«Все рушится, ничто не устоит, над миром всем анархия царит», – писал Уильям Батлер Йейтс в 1919 г.[408]

Он говорил о Первой мировой войне, но то же можно отнести и к предчувствию конца Вселенной. Научный контекст такого исхода – второй закон термодинамики, описывающий универсальную тенденцию к увеличению энтропии и хаоса. Артур Эддингтон подтвердил общую теорию относительности, но не поверил в предсказание существования черных дыр. Однако он однозначно высказался о неизбежности тепловой смерти Вселенной: «Закон, согласно которому энтропия всегда возрастает, занимает, я полагаю, главенствующее положение среди законов Природы. Если кто-то скажет, что ваша излюбленная теория находится в противоречии с уравнениями Максвелла – что ж, тем хуже для уравнений Максвелла. Если обнаружится, что она противоречит наблюдениям – что ж, экспериментаторы иногда халтурят. Но если окажется, что ваша теория нарушает второй закон термодинамики

, надеяться вам не на что; ей не остается ничего другого, кроме как провалиться в ничтожество и забвение»[409].

Черные дыры – загадка, и то, что именно они станут последними объектами во время конца Вселенной, – вполне закономерно.

Жизнь среди черных дыр

Наше повествование стало темным и мрачным, но не будем забывать, что Вселенная создана для жизни. Хотя астрономы еще не нашли следов биологической жизни за пределами Земли, они полны оптимизма. Потенциально обитаемые места Солнечной системы есть на Марсе, Европе и Титане, а также на десятках лун планет-гигантов, где под панцирем из камня и льда течет вода[410]. В 1995 г., после десятилетий безуспешных поисков, была открыта первая экзопланета, то есть планета, обращающаяся вокруг другой звезды. С тех пор словно открылись шлюзы, и нынешний список подтвержденных экзопланет включает больше 3700 позиций[411]. Первые экзопланеты были найдены методом Доплера, суть которого состоит в выявлении притяжения, действующего со стороны планеты на родительскую звезду; впоследствии почти все открытия совершались транзитным методом – во время затмения экзопланета на мгновение делает родительскую звезду более тусклой[412].