Выбрать главу

З часом газ водню і гелію в галактиках розпадеться на менші хмари, що стискатимуться під дією власної сили тяжіння. В міру того як вони стискалися і атоми в них зіштовхувалися між собою, температура газу піднімалася, поки нарешті він не став достатньо гарячим, щоб почалися реакції ядерного синтезу. Як наслідок, водень перетвориться в додаткову кількість гелію, а виділене тепло підвищить тиск, що зупинить подальше стискання хмар. Вони залишатимуться стабільними в цьому стані тривалий час, як зорі, схожі на наше Сонце, спалюючи водень на гелій і випромінюючи здобуту енергію у вигляді тепла і світла. Масивніші зорі повинні бути гарячіші, щоб врівноважити своє сильніше гравітаційне притягання, тоді реакції ядерного синтезу протікатимуть так набагато швидше, що вони використають весь свій водень менш ніж за сто мільйонів років. Тоді вони трішки стиснуться, і в міру їх подальшого нагрівання гелій почне перетворюватися на важчі елементи, як вуглець або кисень. Це, однак, не вивільнить набагато більше енергії, тож станеться криза, як це описано в розділі про чорні діри. Що відбувається далі не зовсім ясно, але цілком ймовірно, що центральні ділянки такої зорі почнуть колапсувати до дуже густого стану, як у нейтронних зір або чорних дір. Зовнішні області зорі деколи можуть бути викинуті величезним вибухом так званої наднової, яка затьмарить усі інші зорі в своїй галактиці. Деяка частина важчих елементів, створених у кінці життя зорі, буде викинута в галактичний газ, і стане сировиною для наступного покоління зір. Наше Сонце містить десь 2 відсотки цих важчих елементів, бо це зоря другого чи третього покоління, сформована приблизно п’ять мільярдів років тому з хмари обертового газу, що містив уламки раніших наднових. Більша частина газу з цієї хмари пішла на формування Сонця чи була відкинута геть, але невелика частина важчих елементів зібралася разом, створивши тіла, що тепер обертаються навколо Сонця, як планети на взір нашої Землі.

Спочатку Земля була дуже гаряча і не мала атмосфери. З часом вона охолола і набула атмосферу через виділення газів з гірської породи. Ця рання атмосфера не була придатна для нашого життя. Вона не містила кисню, зате було багато інших, отруйних для нас, газів, наприклад сірководню (газу, який має запах тухлих яєць). Однак є інші, примітивні, форми життя, що можуть процвітати в таких умовах. Вважається, що вони розвинулися в океанах, можливо, в результаті випадкових комбінувань атомів у великі структури, так звані макромолекули, здатні компонувати інші атоми з океану в подібні структури. Таким чином вони самовідтворювалися і розмножувалися. Деколи при відтворенні ставалися помилки. Переважно ці помилки призводили до того, що нова макромолекула не могла самовідтворюватися і врешті-решт була знищена. Однак деякі помилки привели до нових макромолекул, що розмножувалися навіть ще краще. Тому вони мали перевагу і замінювали початкові макромолекули. Так почався процес еволюції, що привів до розвитку все складніших, самовідтворних організмів. Перші примітивні форми життя споживали різні речовини, зокрема сірководень, і виділяли кисень. Це поступово змінило склад атмосфери до сьогоднішнього, який дозволив розвинутися вищим формам життя, зокрема рибам, рептиліям, ссавцям і зрештою людській расі.

Ця картина, де Всесвіт почався дуже гарячим і охолонув при розширенні, відповідає всім результатам спостережень, які ми маємо сьогодні. Проте вона залишає без відповіді декілька важливих питань:

1. Чому ранній Всесвіт був такий гарячий?

2. Чому Всесвіт такий однорідний у великому масштабі? Чому він виглядає однаково в будь-якому напрямі в усіх точках простору? Зокрема, чому температура мікрохвильового фонового проміння майже однакова, якщо дивитися в різних напрямах? Це як питати студентів на іспиті. Якщо вони всі дають однакову відповідь, можна майже впевнено сказати, що вони спілкувалися між собою. Але в моделі, описаній вище, від моменту Великого вибуху не було достатньо часу, щоб світло з однієї віддаленої області досягло іншої, навіть якщо області й були близькі одна від одної в ранньому Всесвіті. Згідно з теорією відносності, якщо світло не може дістатися з однієї області до іншої, то не може й жодна інша інформація. Тож нема жодного способу, завдяки якому різні області в ранньому Всесвіті могли дійти однакової температури, хіба тільки вони через якусь непояснену причину мали однакову температуру від початку.

3. Чому Всесвіт почався з такої майже граничної швидкості розширення, що розділяє моделі з реколапсуванням, від тих, де розширення вічне, і що навіть тепер, через десять мільярдів років, він досі розширюється з майже граничною швидкістю? Якщо б швидкість розширення через одну секунду після Великого вибуху була менша навіть на одну стотисячмільйонівмільйонну частку, Всесвіт реколапсував би, не досягнувши свого нинішнього розміру.

4. Хоча Всесвіт такий рівномірний і однорідний у великому масштабі, він містить локальні нерівності, як зорі та галактики. Вони, як вважають, утворилися через невеликі відмінності в густині між областями раннього Всесвіту. Звідки взялись ці флюктуації густини?

Загальна теорія відносності сама собою не може пояснити ці особливості чи відповісти на ці питання, бо вона передбачає, що Всесвіт почався з нескінченної густини в сингулярності Великого вибуху. В сингулярності загальна теорія відносності та інші фізичні закони перестають працювати: не можна передбачити, що вийде з сингулярності. Як пояснено вище, це означає, що ми можемо просто викинути Великий вибух та будь-які події до нього з такої теорії, бо вони не мають жодного впливу на те, що ми спостерігаємо. Простір-час матиме межу — початок у Великому вибуху.

Наука, схоже, відкрила набір законів, що в межах, встановлених принципом невизначеності, кажуть нам, як Всесвіт розвиватиметься з часом, якщо ми знаємо його стан в якийсь момент. Ці закони, можливо, спочатку встановив Бог, але, видається, після того Він залишив Всесвіт розвиватися згідно з цими законами і тепер не втручається в нього. Але як Він вибрав початковий стан чи конфігурацію Всесвіту? Які були «граничні умови» на початку часу?

Одна з можливих відповідей така, що Бог обрав початкову конфігурацію Всесвіту з причин, які нам зрозуміти не дано. Це, безумовно, було у владі всемогутньої Істоти, але якщо Він почав у такий незбагненний спосіб, чому Він дозволив тому розвиватися далі за законами, які ми можемо зрозуміти? Вся історія науки — це поступове усвідомлення того, що події не відбуваються довільним чином, а що вони відбивають певний, який лежить в основі, порядок, що міг або ні бути богонатхненний. Було б досить природно припустити, що цей порядок застосовується не лише до законів, але й до умов на межі простору-часу, що визначають початковий стан Всесвіту. Може існувати велика кількість моделей Всесвіту з різними початковими умовами, що всі улягають цим законам. Має бути якийсь принцип для вибору одного початкового стану, і, отже, єдина модель, щоб описувати наш Всесвіт.

Одна з таких можливостей — так звані хаотичні граничні умови. Вони неявно припускають, що Всесвіт або нескінченний у просторі, або існує нескінченна кількість всесвітів. При хаотичних граничних умовах ймовірність знайти якусь окрему область простору в якійсь конфігурації відразу після Великого вибуху така ж, у певному сенсі, як і ймовірність знайти її в будь-якій іншій конфігурації: початковий стан Всесвіту вибирається цілком випадково. Це означатиме, що ранній Всесвіт був, ймовірно, дуже хаотичний і неоднорідний, бо існує набагато більше хаотичних і неоднорідних форм для Всесвіту, ніж гладких і впорядкованих. (Якщо кожна конфігурація рівноймовірна, цілком можливо, що Всесвіт почався з хаотичного і невпорядкованого стану, просто тому, що таких набагато більше.) Важко зрозуміти, як такі хаотичні початкові умови могли привести до Всесвіту, що такий однорідний і гладкий у великому масштабі, як наш сьогодні. Також можна було б очікувати, що флюктуації густини в такій моделі приведуть до створення набагато більшої кількості первісних чорних дір, ніж верхня межа, встановлена зі спостережень фону гама-проміння.

Якщо Всесвіт дійсно просторово нескінченний, або якщо існує нескінченна кількість всесвітів, десь могли б існувати великі області, що почалися гладко й однорідно. Це дещо схоже на добре відомий приклад зі зграєю мавп, що гамселять по друкарських машинках — більшість того, що вони напишуть буде сміттям, але дуже зрідка, чисто випадково вони наберуть один з шекспірівських сонетів. Так само, у разі Всесвіту, чи не могло так статися, що ми живемо в області, яка лише випадково виникла гладкою та однорідною? На перший погляд, це може здатися дуже неймовірним, бо таких гладких областей було б незрівнянно менше, ніж хаотичних і нерівномірних. Але, припустімо, що лише в гладких областях створювалися галактики і зорі, лише в них існують умови для розвитку складних самовідтворних організмів, як ми, здатних поставити питання: чому Всесвіт такий гладкий? Це приклад застосування так званого антропного принципу, який ще можна перефразувати: «Ми бачимо Всесвіт таким, який він є, тому що ми існуємо».