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.

Читатель вправе снова спросить: что же потом?

Ученые не дают на это определенного ответа. Но они говорят: ведь, кроме чрезвычайно редких электронов, позитронов и нейтрино, останется вакуум. А вакуум, как мы знаем, не пуст. В нем постоянно рождаются и исчезают пары виртуальных частиц. Значит, в этом вакууме заключена определенная энергия. Теория допускает, что этот вакуум в далеком будущем испытает фазовый переход, в ходе которого из виртуальных частиц и античастиц возникнут реальные частицы и античастицы. Их будет много больше, чем реликтовых электронов, и позитронов, и нейтрино. Этот переход, это рождение реальных частиц и античастиц может остановить расширение Вселенной и вызвать ее сжатие.

И после все ускоряющегося сжатия, в ходе которого температура превзойдет 10³² К, а плотность превзойдет 10 граммов на кубический сантиметр, сжатие сменится новым расширением. Начиная с 10^-34 с новой фазы расширения повторится все то, о чем нам уже сообщили ученые.

Но есть и иная возможность.

Если новые опыты не опровергнут наличия массы покоя нейтрино, то сценарий будущего может сильно отличаться от изложенного выше.

Пусть масса нейтрино очень мала, пусть она в сотни тысяч раз меньше массы электрона, тогда присутствие нейтрино не скажется вплоть до эпохи черных дыр, но может уменьшить время до того момента, когда расширение сменится сжатием.

Если же масса нейтрино не очень мала, если она «всего» в пять стотысячных раз меньше массы электрона, то общая масса реликтовых нейтрино превысит значение критической массы и гравитационные силы этих нейтрино остановят расширение Вселенной задолго до того, как погаснут звезды. Затем Вселенная начнет сжиматься, коллапсируя в свое исходное состояние. А дальше новый цикл расширения, но не через 10¹⁰⁰лет, как получилось в предыдущем варианте, а «всего» через 10¹⁰ —10¹¹ лет. Примерно через столько, сколько прошло от самого раннего момента, о котором мы знаем (10^-34 с), до наших дней.

Будет ли все это повторяться вечно?

Ответа на этот вопрос еще нет. Классическая термодинамика говорит, что длительность цикла, состоящего из расширения и сжатия, будет раз за разом увеличиваться.

Но учет квантовых процессов может внести поправки и в этот ответ.