Когда Вселенная вспузырится

Как известно всем вокруг, Вселенная расширяется, причем с ускорением. К чему это может в итоге привести, мы уже обсуждали ранее (лучше не знать). Но и до того, как это произойдет, могут случиться весьма интересные вещи: Вселенная вскипит, вспузырится и породит множество независимых вселенных следующего порядка, а встреча с этими космическими пузырями расплющит вас насмерть, словно ничтожную букашку. Астрофизик Джон Ричард Готт, почетный профессор Принстонского университета (США), рассказал об этом в эссе в издании Aeon – а мы решили пересказать самое интересное.

В ожидании смертоносных вселенских пузырей. Иллюстрация: Olena Shmahalo.

Основным фактором, определяющим расширение Вселенной, является энергия вакуума, которая настолько загадочна и непонятна, что ее назвали темной. (На днях появились математические расчеты, которые позволяют объяснить ускоренное расширение и без темной энергии, но для удобства повествования будем придерживаться гипотезы, что она существует.) Плотность темной энергии крайне мала, всего 7 x 10-30 г/см3, но этого вполне достаточно, чтобы Вселенная удваивалась в размерах каждые 12,2 миллиарда лет и продолжалось это до бесконечности. Рано или поздно пространство между галактиками станет увеличиваться столь быстро, что свет от них уже не сможет достичь Земли, и тогда человечество по-настоящему почувствует, что такое одиночество. Если, конечно, доживет, что вряд ли.

На объем темной энергии влияют различные поля, пронизывающие космическое пространство. Одно из них – поле Хиггса, оно наделяет частицы массой: чем больше частица взаимодействует с хиггсовым полем, тем больше ее масса. Физики выяснили, что поле Хиггса создает вакуумное состояние, которое нестабильно на протяжении 10130 лет, и если поле распахать, то Вселенная пойдет пузырями с пониженной плотностью вакуумной энергии – это будут иные формы пустого пространства. Процесс будет напоминать кипение воды, когда пузырьки пара – состояния с пониженной плотностью – формируются в жидкости, с той лишь разницей, что «жидкость» в виде темной энергии бесконечно расширяется, а пузырьки раздуваются почти со скоростью света.

И хоть 10130 лет – срок достаточно длительный (нашей Вселенной, например, всего 13,8 миллиарда лет – сущий пустяк), теоретические последствия такого «закипания» весьма прикольны. К примеру, встреча с одним из таких пузырей вас, мягко сказать, уничтожит. Величина поля Хиггса внутри пузыря отличается от наружной, поэтому масса частиц, из которых состоит ваше тело, там будет иной, а следовательно, они не смогут пройти внутрь расширяющегося пузыря. Стенка пузыря ударит вас, и вы расплющитесь о нее, словно муха о ветровое стекло несущегося автомобиля. Аналогия со стеклом тем еще хороша, что свет как раз-таки пройдет сквозь стенку пузыря – на фотоны, лишенные массы, изменения поля Хиггса не повлияют.

Специалисты из NASA разглядели в телескоп гигантский пузырь! Это эмиссионная туманность Пузырь в созвездии Кассиопея. Не беспокойтесь, этот пузырь не приближается к вам, чтобы уничтожить. Пока.

Не стоит печалиться такой судьбе, ведь внутри пузыря никакой жизни быть не может. Энергия вакуума там велика и отрицательна, а давление велико и положительно, и сильное в целом гравитационное притяжение этой отрицательной вакуумной энергии способно быстро сокрушить любой объект, попавший туда по ошибке или сформировавшийся внутри по нелепой случайности.

Такие пузыри поначалу представляют собой малюську с радиусом около 10-16 см – меньше, чем у протона. Но давление вакуумной энергии внутри положительное, а у темной энергии снаружи оно слегка отрицательное, так что оболочка пузыря устремится от центра, толкаемая внутренним давлением и затягиваемая внешним. В результате пузырь станет надуваться, и уже через 10-26 секунд скорость его раздувания достигнет скорости света. Конечно же, вы никак не узнаете о приближении смертоносной стенки пузыря – световые сигналы от нее достигнут вас разве что чуть-чуть пораньше самой стенки. Вы увидите пузырь и расплющитесь о него практически в одно и то же мгновение.

К счастью, благодаря ускоряющемуся расширению Вселенной у вас есть шанс на спасение, но только если пузырь сформируется далее чем в 28 миллиардах световых лет от вас. В этом случае пространство между вами и пузырем будет увеличиваться быстрее, чем его стенка станет двигаться в вашу сторону, так что она никогда не преодолеет этот разрыв. Если же пузырь начнет надуваться в пределах 28 миллиардов световых лет, то вас ждет незавидная судьба мухи на ветровом стекле. Вот только вряд ли это случится в ближайшие 10130 лет, обнадеживают ученые. Скорость образования исходных пузырьков крайне мала, и формируются они на слишком огромных расстояниях друг от друга – это вам не пивная пена в кружке, а скорее рандомно булькающие пузырики в бесконечно расширяющейся ванне с шампанским.

Вимп, сидящий на расширяющемся пузыре.

Еще более любопытные вещи происходят не внутри или снаружи пузыря, а на его поверхности. Представьте, что вы вимп, отдыхающий на внешней поверхности пузыря вскоре после его формирования. (Вимпы – это гипотетические слабовзаимодействующие массивные частицы, из которых предположительно состоит холодная темная материя, удерживающая вместе галактические скопления.) Расширяющийся пузырь толкает вас с ускорением, в 1034 раз превышающим то, которое вы испытываете на поверхности Земли (ускорение свободного падения – g). Космонавт в космическом корабле может выдержать ускорение всего лишь в 10 g, но вы элементарная частица, и порваться на ошметки вам не грозит.

Согласно принципу эквивалентности Эйнштейна, отличить ускорение, вызванное движением, от ускорения гравитационного вы не сможете, поэтому вы, скорее всего, думаете, что сидите не на разбухающем вакуумном пузыре, а на стеклянной планете с радиусом 10-16 см и массой 1,5 миллиона тонн. По мере того как вы приближаетесь к скорости света, ваши часики тикают медленнее, расстояния по направлению движения сокращаются, а представления об одновременности событий меняются (эти эффекты объясняются специальной теорией относительности). Все это время вы полагаете, что ваше текущее время по-прежнему совпадает со временем формирования пузыря и от его центра вы не продвинулись нинасколечко.

Как ни странно это прозвучит, вы совершенно не почувствуете расширения пузыря. Вы, беспечный вимп, уверены, что сидите на поверхности статичной массивной планеты с фиксированным радиусом, свесив ножки в вакуум.

Вы можете попытаться это проверить экспериментальным путем. Можете послать лучик света вовне – он улетит в бесконечность, поскольку его скорость по-прежнему выше скорости продвижения стенки расширяющегося пузыря. Направьте лучик горизонтально к поверхности «планеты» – он скользнет по поверхности, как при движении по орбите, поскольку пузырь будет поспевать расширяться. Швырните мячик вверх со скоростью меньше световой – и он «упадет» обратно, когда вы вместе с поверхностью пузыря его догоните. Эксперименты совершенно не разубедят вас в иллюзии, наивный вимп.

Мультивселенная. Иллюстрация: Olena Shmahalo.

Все эти сценарии справедливы при современном понимании законов физики, однако не исключено, что физика экстремально высоких энергий, которую невозможно проверить экспериментами на Большом адронном коллайдере, может накладывать дополнительные эффекты, которые сильно отсрочат ваше уничтожение при столкновении с пузырем. По мнению Андрея Линде, профессора физики в Стэнфордском университете, пузыри начнут формироваться в нашей видимой Вселенной лишь через 10 в степени 1034 лет – это единица с 1034 нулями. До этого времени вы, скорее всего, попросту помрете от естественных причин.

Эффекты физики высоких энергий также меняют условия внутри этих пузырей, причем с весьма любопытными последствиями. Энергия вакуума там теперь меньше текущей (7 x 10-30 г/см3), но все же больше нуля, положительная плотность внутри меньше наружной, а отрицательное давление в пузыре менее отрицательно, чем отрицательное давление снаружи, так что наружное давление будет по-прежнему тянуть стенки пузыря на себя и он, как и в предыдущих выкладках, будет надуваться бесконечно. Стенки пузыря вновь быстро ускорятся почти до скорости света.

Однако жизнь внутри пузыря теперь не представляется такой уж невозможной. Малая положительная энергия вакуума теоретически может распасться на частицы. В бесконечно расширяющемся пузыре может сформироваться бессчетное множество низкоэнергетических «галактик» и других объектов. Пузырь, по сути, становится самостоятельной вселенной с хорошо знакомой нам физической реальностью.

Возможно, наша Вселенная тоже является одним из таких пузырей, возникших внутри еще большего пузыря, и все они бесконечно надуваются. В начале 1980-х появились и стали накапливаться теоретические обоснования инфляционной модели, которая детально описывает, как 13,8 миллиарда лет назад высокоплотный вакуум с отрицательным давлением надулся пузырем на ранней стадии Большого взрыва. Сегодня мы знаем, что наш родной пузырь продолжает раздуваться и с минуты на минуту, с эона на эон породит свою собственную мультивселенную внутри огромной многопузырчатой Мультивселенной, и процесс будет повторяться вновь и вновь, пока какой-нибудь запредельный шалун не проткнет все это дело иголкой – тоды ой.


Текст: Виктор Ковылин. По материалам: Aeon

Все права на данный русскоязычный текст принадлежат нашему журналу. Если вы хотите поделиться с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем рады. Убедительная просьба не копировать текст в соцсети целиком: мы хотим, чтобы наши статьи читали на нашем сайте, попутно замечая и другие наши прелестные статьи. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи:
Вселенский апоптоз случится от маленького разрыва
Квантовая теория юмора
Гиперсферическая Вселенная


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение