Для того чтобы наш рассказ не остался неполным, познакомимся с тем, что узнали ученые о будущем Вселенной.
Вероятное будущее
Сейчас невозможно точно сказать, будет ли Вселенная расширяться вечно или ее расширение прекратится Точность определения средней плотности массы Вселенной еще недостаточна для выбора одной из этих возможностей.
Если Вселенная будет расширяться неограниченно, то все звезды погаснут из-за истощения запасов ядерной энергии. В зависимости от массы звезды ее судьба может быть различной. Звезды аналогичные Солнцу через несколько миллиардов лет станут белыми карликами и будут постепенно остывать. Звезды второго поколения, более массивные, чем Солнце, превратятся в нейтронные звезды, если их масса вдвое больше массы Солнца, или в черные дыры, если их исходная масса превосходит массу Солнца более чем втрое.
Дольше других проживут самые малые звезды второго поколения, с массой меньшей, чем у Солнца. Они медленно остынут, постепенно охлаждаясь и, минуя состояние белых карликов, станут холодными черными карликами. Так, за время около 1014 лет закончится эволюция звезд.
Теперь посмотрим, что станет за это время с галактиками. Галактики содержат сотни миллиардов звезд, а в центре их, вероятно, находятся сверхмассивные черные дыры. За время в 1014лет в таких галактиках постоянно протекают процессы, аналогичные тем, что происходят в газах.
В результате многочисленных хаотических взаимодействий (это гравитационные взаимодействия, самые слабые в атомных масштабах, но приобретающие преобладающее значение в будущем космических систем), при которых звезды обмениваются своей кинетической энергией, они разделятся на две категории. Примерно 10 % из них потеряют свою скорость и будут затянуты в сверхмассивную центральную черную дыру. Перед этим огромные гравитационные силы черной дыры разрушат их, превратят их в пыль. Некоторые звезды, обращаясь все быстрее вокруг черной дыры, будут перед падением сталкиваться между собой и превращаться в газ. Эта газопылевая смесь будет засосана в черную дыру.
Остальные звезды, примерно 90 % из входящих в каждую галактику, покинут ее, чтобы затеряться в межгалактическом пространстве.
Разделение звезд, входящих в галактики, на те, что попадают в центральную черную дыру, и на межгалактических странниц, потребует 10' лет, когда все звезды давно погаснут и станут «холодным пеплом эволюции».
Что же дальше?
Дальше начнут играть роль процессы распада протонов, предсказываемые теорией Великого объединения. Освобождающиеся при этом нейтроны распадаются очень быстро. Среднее время жизни протонов оценивается в 1032 лет. За это или за несколько большее время все ядерные частицы в остывших звездах распадутся, порождая в конечном итоге фотоны, нейтрино и электронно-позитронную плазму.
В результате все угасшие звезды превратятся в свободные фотоны и нейтрино. Они будут сосуществовать с очень разреженной плазмой из электронов и позитронов, оставшихся от распада ядерных частиц. При этом вероятность встречи электрона и позитрона, оканчивающейся их аннигиляцией и рождением фотонов, будет постепенно уменьшаться. В ходе продолжающегося расширения средняя плотность фотонов и нейтрино и их масса будет уменьшаться. Будет уменьшаться и плотность электронно-позитронной плазмы. Поэтому через 1033 лет на первый план выдвинутся остальные 10 % массы, сосредоточенной в черных дырах. Еще в начале семидесятых годов ученые думали, что черные дыры вечны, потому что ничто не может вырваться из их гигантского гравитационного поля.
Но в 1974 году С. Хокинг установил, что в поле тяготения черных дыр происходит рождение частиц. Черная дыра «испаряется», постепенно превращаясь в фотоны, нейтрино и гравитоны — кванты поля гравитации. Малые черные дыры испаряются сравнительно быстро (быстро в космических масштабах). Черная дыра с массой в 10 солнечных масс испарится за 1069 лет, а массивная черная дыра, выросшая в центре галактики, испарится только за 1096 лет.
Во Вселенной вновь наступит эра с преобладанием излучения. Но при дальнейшем расширении масса фотонов будет продолжать уменьшаться. И когда возраст Вселенной достигнет 10100 лет, средняя плотность массы, эквивалентной энергии фотонов, станет исчезающе малой. Во Вселенной останутся только электроны, позитроны и нейтрино. Но плотность образованной ими плазмы тоже станет ничтожной. Одна частица будет приходиться в среднем на объем 10185 объемов современной Вселенной.