Далекое будущее Вселенной Эсхатология в космической перспективе

Эллис Джордж

Числовое значение срока (48) зависит от значения М _в. Все, что мы знаем точно — это:

0<=М _В<=М _С, (49)

где

М _с= (hc/G)3/2m _p ^{– 2}= 4•10 ³³g (50)

— это масса Чандрасекара. Черные дыры должны существовать для любой массы, большей М _с, поскольку звезды с массой, большей М _с,

не имеют стабильного финального состояния и неминуемо должны коллапсировать.

Приведем четыре гипотезы, касающиеся М _в.

М _в= 0. Существуют черные дыры произвольно малой массы, и формула (48) бессмысленна. В этом случае вся материя нестабильна и должна коллапсировать в достаточно короткий срок, как предположил Зельдович (Zeldovich, 1977).

М _вравна массе Планка:

М _в= M _PL= (hc/G) ^1/2= 210–5g. (51)

Такое значение М _впредполагает теория излучения черных дыр, предложенная Хокингом (Hawking, 1975), согласно которой каждая черная дыра теряет массу, пока не достигнет массы порядка M _PL, после чего исчезает во взрыве радиации. В этом случае формула (48) дает

М _вравна квантовой массе:

M _B=M _Q= (hc/Gm _p) = 3•10 ¹⁴g, (53)

как предполагают Harrison, Thorne, Takano и Wheeler (1965). Здесь M _Q— масса самой маленькой черной дыры, для которой имеет смысл классическое определение. Только для масс больше M _Qфизически оправдана формула преодоления барьера (31). Если мы принимаем (53), то

М _вравна массе Чандрасекара (50). В этом случае срок коллапса звезды в черную дыру будет того же порядка, что и срок коллапса в нейтронную звезду (47).

Долгосрочное будущее вселенной во многом зависит от того, какая из этих альтернатив верна. Если верно (iv), звезды могут превратиться в черные дыры, а затем рассеяться чистой радиацией, но массы планетарного размера будут существовать вечно. Если верно (iii), планеты также исчезнут в срок (54), но останутся стабильными материальные объекты массой до нескольких миллионов тонн. Если верно (ii), объекты размером с человека исчезнут в срок (52), но пылинки диаметром менее 100 будут существовать вечно. Если верно (i), исчезнут все материальные объекты без исключений, останется лишь радиация.

Если бы мне предложили выбрать самую вероятную альтернативу, я бы выбрал (ii). (iii) и (iv) кажутся мне маловероятными, поскольку противоречат теории Хокинга об излучении черных дыр. (i) представляется невероятной, поскольку трудно понять, почему протон, способный распасться, не может распасться быстро. Однако сейчас мы так мало знаем, что не можем исключать ни одной из этих четырех возможностей.

Таблица 1. Сроки протекания физических процессов

Результаты этой лекции суммированы в таблице 1. Этот список, в котором перечислены

временные сроки физических процессов, не претендует на полноту. Несомненно, в те же и даже более продолжительные сроки могут происходить и многие другие физические процессы, не упомянутые мною. Основное заключение, которое я хотел вывести из своего анализа, следующее: насколько бы мы не заглянули в будущее, мы видим там какие-то события. В открытой космологии история не имеет конца.

Лекция III. Биология

Обращаясь к истории жизни в прошлом, мы видим, что на возникновение и развитие нового вида уходит около 10 ^блет, нового рода — около 10 ⁷лет, нового класса — около 10 ⁸лет, нового типа — около 10 ⁹лет; и, наконец, менее 10 ^юлет потребовалось на возникновение и развитие жизни в целом, от первых одноклеточных существ до homo sapiens. Если в будущем жизнь продолжит развиваться с той же скоростью, невозможно поставить пределы тому многообразию физических форм, которого она может достигнуть. Какие перемены, достойные встать рядом с переменами прошлого, принесут нам следующие 10 ¹⁰лет? Вполне возможно, что за этот период жизнь сбросит с себя оболочку из плоти и крови и воплотится в межзвездном темном облаке (Hoyle, 1957) или в разумном компьютере (Capek, 1923).

Перечислим основные вопросы, касающиеся природы жизни и сознания:

Что является основой сознания — материя или структура?

Возможны ли разумные темные облака (или компьютеры)?

Применимы ли в биологии законы масштабирования?

Мы не знаем, как ответить на эти вопросы. Но это не значит, что они не имеют ответов вообще. Вполне возможно, что прогресс в экспериментальной биологии позволит нам достаточно скоро найти ответы.

Позвольте мне подробнее остановиться на значении вопроса (i). Мое сознание каким-то образом связано с набором органических молекул у меня в голове. Вопрос в том, зависит ли существование моего сознания от этого конкретного набора молекул или только от их структуры. Иными словами, если создать копию моего мозга с той же структурой, но из другого материала, будет ли она думать, как я?

Если ответ на первый вопрос — «материя», значит, жизнь и сознание никогда не смогут оторваться от плоти и крови. В этом случае на вопросы (ii) и (iii) ответы отрицательные. Жизнь может существовать только в теплой среде, при наличии жидкой воды и достаточного количества свободной энергии, необходимой для поддержки постоянного уровня обмена веществ. В таком случае, поскольку запасы энергии в галактике конечны, конечно и существование жизни. По мере расширения и остывания вселенной запасы свободной энергии, требуемой жизнью для обмена веществ, неизбежно истощатся.

Поскольку я придерживаюсь оптимистической философии, то принимаю как рабочую гипотезу, что ответ на вопрос (i) — «структура». Это значит, что жизнь свободна принимать любое материальное воплощение, наилучшим образом отвечающее ее целям. Тогда, при утвердительных ответах на вопросы (ii) и (iii), становятся возможны количественные прикидки относительно будущего жизни во вселенной. Если выяснится, например, что материя защищена от превращения в черные дыры, только будучи раздроблена на пылинки по несколько микронов в диаметре, тогда, очевидно, наилучшей формой для существования жизни в отдаленном будущем станет нечто вроде «темного облака» Хойла: собрание пылевых частиц, обладающих положительными и отрицательными зарядами, самоорганизующихся и общающихся между собой с помощью электромагнитных сил. Мы не можем представить себе в деталях, как это облако будет поддерживать то состояние динамического равновесия, которое мы зовем жизнью. Но и архитектуру живой клетки протоплазмы мы никогда не смогли бы себе представить, если бы ее не увидели.