Черные дыры и молодые вселенные - Стивен Уильям Хокинг

в том, что могло быть много различных вселенных с разными плотностями. Но только те из них, в которых плотность была близка к критической, могли существовать достаточно долго и содержать достаточно вещества для образования звезд и планет. Только в этих вселенных возникнут разумные существа, которые зададут вопрос: почему плотность столь близка к критической? Если дело заключается именно в этом, то нет причин полагать, что Вселенная содержит больше вещества, чем уже обнаружено. Десятой доли от критической плотности уже достаточно, чтобы образовались галактики и звезды.

Многим, однако, не нравится антропный принцип, так как он придает слишком большое значение нашему существованию. Поэтому поиски другой причины продолжаются. Эти поиски привели к созданию теории инфляции в ранней Вселенной. Идея заключается в ускоренном расширении Вселенной по сравнению со стандартной моделью. Нечто подобное происходит в странах с галопирующей инфляцией, где цены удваиваются каждые несколько месяцев. Инфляция во Вселенной должна была быть гораздо более стремительной: возрастание по меньшей мере в миллиард миллиардов миллиардов раз заставило бы Вселенную иметь плотность настолько близкую к критической, что она до сих пор была бы близка к этому критическому значению. Таким образом, если теория инфляции верна, Вселенная должна содержать достаточно темной материи, чтобы ее плотность была близка к критической. Это означает, что Вселенная, вероятно, в конце концов начнет сжиматься, но примерно столько же времени (примерно пятнадцать миллиардов лет), сколько она уже расширяется.

Что же такое неизвестная темная материя (если верна теория инфляции)? По-видимому, она отличается от обычного вещества, из которого состоят звезды и планеты. Мы можем вычислить количество различных легких элементов, которые образовались на ранней стадии горячей Вселенной в первые три минуты после Большого взрыва. Количество этих легких элементов зависит от количества обычного вещества во Вселенной. Нарисуем график, по вертикальной оси которого отложим количество легких элементов, а по горизонтальной – количество нормального вещества во Вселенной. Результат вполне соответствует тому, что мы наблюдаем, если количество нормального вещества составляет только 1/10 от нынешнего критического значения. Может быть, эти вычисления и не верны, но тот факт, что мы получаем наблюдаемые значения для нескольких различных элементов, очень впечатляет.

Если существует критическая плотность темной материи, главным кандидатом на роль этой темной материи могут быть следы ранних состояний Вселенной. Это могут быть, например, элементарные частицы. Имеются несколько гипотетических кандидатов – частицы, которые, по нашему мнению, могут существовать, но которые мы еще не обнаружили. Но самый вероятный вариант – это нейтрино, существование которого подтверждается вескими доводами. Вначале полагали, что нейтрино не имеет собственной массы, но из последних наблюдений следует, что нейтрино может иметь небольшую массу. Если это подтвердится и масса нейтрино окажется такой, как мы ожидаем, то наличие этих частиц сможет поднять плотность Вселенной до критического значения.

Еще одну возможность предоставляют черные дыры. Не исключено, что в ранней Вселенной произошел фазовый переход. Примерами фазовых переходов являются кипение и замерзание воды. При фазовом переходе в первоначально однородной среде (типа воды) появляются некоторые особенности; для воды это куски льда или пузырьки пара. Такие неоднородности могут схлопнуться и образовать черные дыры. Если бы черные дыры были очень маленькими, они бы испарились к настоящему моменту из-за квантовомеханического принципа неопределенности, как было сказано выше. Но если бы они имели массу в несколько миллиардов тонн (масса большой горы), они бы по-прежнему роились вокруг нас и их было бы очень трудно обнаружить.

Единственный способ обнаружить темную материю, однородно распределенную во Вселенной, – зафиксировать ее влияние на расширение Вселенной. Замедление расширения можно отметить, измеряя скорость, с которой от нас удаляются галактики. Дело в том, что мы видим эти галактики такими, какими они были в далеком прошлом, когда свет только покинул их и направился к нам. Можно нарисовать график зависимости скорости галактик от их видимой яркости или звездной величины, которая характеризует их расстояние до нас. Разным темпам замедления расширения будут соответствовать различные виды зависимости на этом графике. График, загибающийся вверх, соответствует Вселенной, которая будет сжиматься. На первый взгляд наблюдения свидетельствуют именно о такой зависимости. Но следует помнить, что видимая яркость галактики все-таки не очень хорошо отражает ее реальное расстояние до нас. Подлинные яркости галактик могут сильно отличаться друг от друга, кроме того, они могут меняться со временем. Поскольку мы точно не знаем, как меняется со временем яркость галактик, мы не можем точно сказать, о чем свидетельствует темп замедления: достаточен ли он для того, чтобы заставить Вселенную в конце концов начать сжиматься, или же она будет продолжать расширяться вечно. Придется ждать, пока не будут найдены другие, более точные способы измерения расстояний до галактик. Но мы по крайней мере можем быть уверены, что темп замедления не настолько большой, чтобы стать причиной для беспокойства в ближайшие несколько миллиардов лет.

Ни вечное расширение, ни сжатие, которое может прийти ему на смену через сотню миллиардов лет, не являются теми событиями, которые способны нас взбудоражить. Нет ли в запасе чего-то такого, что может сделать наше будущее более захватывающим? Один способ, кажется, просматривается, и это – путешествие в черную дыру. При этом черная дыра должна быть достаточно большой, с массой больше миллиона солнечных масс. Есть большой шанс, что такая большая черная дыра существует в центре нашей Галактики.

Мы не знаем достоверно, что происходит внутри черной дыры. Существуют такие решения уравнений ОТО, которые допускают возможность путешествия внутрь черной дыры и последующего выхода из белой дыры где-либо в другом месте. Белая дыра – это черная дыра, обращенная во времени. Это объект, из которого все выходит, но ничего туда не попадает. Белая дыра может находиться в какой-то другой части Вселенной. Казалось бы, возникает возможность быстрого внегалактического путешествия. Но беда заключается в том, что оно может оказаться чересчур быстрым. Если бы путешествие сквозь черную дыру было возможно, в принципе ничто не препятствовало бы вам вернуться назад ранее момента отправления. Вы бы могли тогда совершить какое-то ужасное деяние, вплоть до убийства своей собственной матери, которое изначально положило бы конец всем вашим перемещениям.

По-видимому, к счастью для нашего собственного выживания (и безопасности наших матерей), такие путешествия во времени вряд ли разрешены законами физики. Складывается впечатление, что существует специальное Бюро защиты хронологии, которое гарантирует историкам безопасность мира, запрещая путешествия в прошлое. Возможно, при попытке отправиться туда, принцип неопределенности привел бы к появлению мощной радиации. Эта радиация либо вызвала бы сильную деформацию пространства-времени, из-за которой нельзя было бы попасть во вчера, либо вообще покончила