Вселенная существует около 13,8 миллиарда лет, но вопрос о том, как она появилась, долгое время оставался одной из главных загадок науки. Физик Джим Аль-Халили разбирается, что современная наука знает о первых мгновениях после рождения Вселенной и каким может оказаться её далёкое будущее. История начинается с Большого взрыва. Речь идёт не о взрыве вещества в уже существовавшем пространстве, а о состоянии, из которого начало расширяться само пространство. Молодая Вселенная была невероятно горячей и плотной, поэтому привычных звёзд, планет и галактик тогда ещё не существовало. По мере расширения температура снижалась. Постепенно появились условия для образования первых частиц, а затем простейших атомов. Материя продолжала распределяться по огромному пространству, пока под действием гравитации не начали формироваться первые крупные структуры. Но учёные не всегда представляли прошлое Вселенной именно так. Аль-Халили возвращается к открытиям, которые постепенно изменили понимание космоса. Наблюдения за галактиками показали, что Вселенная не является неподвижной. Большинство далёких галактик удаляется от нас, а значит, в прошлом расстояния между ними были значительно меньше. Если мысленно обратить расширение вспять, материя становится всё плотнее и горячее. Так появляется идея о чрезвычайно горячем и плотном раннем состоянии Вселенной. Важным подтверждением становится обнаружение космического микроволнового фонового излучения. Оно сохранилось с тех времён, когда Вселенная была очень молодой, и сегодня позволяет учёным получать информацию о событиях, произошедших миллиарды лет назад. Но Большой взрыв оставляет множество вопросов. Один из них связан с тем, почему Вселенная выглядит настолько однородной в огромных масштабах. Для объяснения этого свойства физики предлагают идею космической инфляции, чрезвычайно быстрого расширения пространства на самых ранних этапах его существования. Даже эта модель не даёт окончательного ответа на вопрос о самом начале. Чем ближе физики пытаются подобраться к первым мгновениям, тем сложнее становится применять известные законы природы. Общая теория относительности хорошо описывает гравитацию и развитие Вселенной в больших масштабах, но в экстремальных условиях требуется учитывать квантовую физику. Вопрос о том, что произошло в самый первый момент и существовало ли вообще привычное понятие «до Большого взрыва», остаётся открытым. Разобравшись с прошлым, Аль-Халили обращается к противоположному вопросу. Что ждёт Вселенную в будущем? Когда-то учёные предполагали, что гравитация постепенно замедлит космическое расширение. При достаточном количестве вещества оно могло бы когда-нибудь остановиться, после чего Вселенная начала бы сжиматься. Наблюдения показали другую картину. Расширение Вселенной не замедляется, а ускоряется. Для объяснения этого явления используется понятие тёмной энергии. Её природа остаётся неизвестной, но именно она связывается с ускоренным расширением пространства. Если оно продолжится, далёкие галактики будут всё сильнее удаляться друг от друга. Со временем звёзды начнут исчерпывать запасы топлива. Одни завершат существование взрывами, другие превратятся в белые карлики, нейтронные звёзды или чёрные дыры. Процесс будет продолжаться на временных масштабах, которые трудно представить. Наступит эпоха, когда образование новых звёзд практически прекратится. Существующие светила постепенно погаснут, а Вселенная станет значительно темнее. Даже чёрные дыры не обязательно останутся навсегда. Согласно расчётам, связанным с излучением Хокинга, они способны чрезвычайно медленно терять массу и в конце концов исчезнуть. Если современные представления о тёмной энергии верны, расширение продолжится и после этого. Материя будет становиться всё более разреженной, доступная энергия постепенно распределится по огромному пространству, а температура приблизится к минимально возможным значениям. Так появляется один из наиболее вероятных вариантов далёкого будущего, тепловая смерть Вселенной. Но этот сценарий зависит от законов природы, которые человечество пока понимает не полностью.
