Глава 1 - Вселенная

 

Тропа Космологическая

 

Ну вот, теперь мы всесторонне подкованы и можем вернуться к рассуждениям о Вселенной. Помнится, оставили мы ее у самого порога XX века, и была она тогда бесконечным стационарным пространством, внутри которого рождались, жили и умирали звезды (ну и ЧР тоже, конечно, в качестве побочного эффекта). А рядом был мешок с парадоксами.

Но чтобы не случилось головокружения от собственной подкованности, начнем не сразу, а как бы “сбоку”, с попытки взглянуть на самих себя — точнее, на эту самую нашу подкованность.

 

Аперитив

 

Всяческие рассуждения о том, «что было» и «что будет» в значительной мере основаны на так называемой экстраполяции. Вообще-то по-русски это “прикидка”. Но не вставлять же подобный термин в научный и даже околонаучный трактат! Экстраполяция это да, это впечатляет. Впервые ЧР сталкивается с этим понятием (даже не подозревая об этом) в детстве, решая задачку «пешеход идет со скоростью 6 км/час и в данный момент находится у столба “4км.”. У какого столба он окажется через 20 минут?». После недолгих мучений ЧР радостно вопит: “у 6км.!”! При этом молчаливо предполагается, что пешеход продолжает так же уныло и мо-нотонно идти со скоростью…

Для 20 минут это достаточно вероятно. Для 2 часов уже проблематично: может возникнуть нужда завернуть под кустик; или ему захочется макнуть свои уставшие пятки в звонкий ручеек у дороги; наконец, ему может встретиться прекрасная девушка и он вообще решит повернуть назад, дабы остаток жизни пройти уже вместе с ней…

Яркий и доходчивый анализ этого феномена дал известный исследователь Марк Твен. Приведу его здесь для удобства читателя.

 

«За сто семьдесят шесть лет Нижняя Миссисипи стала короче на двести сорок две мили. В среднем это составляет чуть больше, чем миля с третью за год. Отсюда следует — в этом может убедиться любой человек, если он не слепой и не идиот,— что в нижнесилурийском периоде (он закончился как раз миллион лет тому назад: в ноябре юбилей) длина Нижней Миссисипи превышала один миллион триста тысяч миль. Точно так же отсюда следует, что через семьсот сорок два года длина Нижней Миссисипи будет равна одной миле с четвертью, Каир и Новый Орлеан сольются и будут процветать, управляемые одним мэром и одной компанией муниципальных советников.

В науке действительно есть что-то захватывающее, такие далеко идущие и всеобъемлющие гипотезы способна она строить на основании скудных фактических данных».

(Марк Твен, “Жизнь на Миссисипи”)

 

Ну вот, заряженные теперь этими знаниями, побредем дальше.

Для начала предоставим слово видному ученому-экономисту, сотруднику Мак-Гилского университета и по совместительству писателю-юмористу из Канады Стефану Ликоку (“Здравый смысл и Вселенная”, “The World of Mathematics”, New York, 1956.)

Выступая в декабре 1941 года на ежегодном собрании Американской ассоциации содействия развитию науки и выступая фактически от имени и по поручению своего огромного 100-дюймового телескопа, профессор Эдвин Хаббл из обсерватории Маунт-Вильсон (Калифорния) с довольным видом объявил, что Вселенная не расширяется. Это была поистине хорошая новость, если и не для широкой публики, у которой пока не было оснований подозревать, что Вселенная вообще расширяется, то по крайней мере для тех из нас, кто смиренно пытается «следить за развитием науки». В течение последних лет, точнее со дня обнародования этой ужасной гипотезы профессором де Ситтером в 1917 году, мы, кто как мог, пытались жить в этой расширяющейся Вселенной, каждая часть которой с кошмарной скоростью улетает от всех остальных частей. Это напоминало нам того отчаявшегося влюбленного, который вскочил на коня и поскакал, как безумный, во все стороны. Идея была величественная, но создавала какое-то ощущение неудобства.

Тем не менее мы должны были в нее верить. Должны были, потому что полагались, например, на авторитет Спенсера Джонса из Королевского астрономического общества, который не далее как в 1940 году в своей захватывающей книге «Жизнь в других мирах» утверждал, что «далекая галактика в созвездии Волопаса удаляется от нас со скоростью 24300 миль в секунду. Отсюда следует, что она находится на расстоянии 230 000 000 световых лет от Солнечной системы». Я на всякий случай напомню моим друзьям — любителям науки, что световой год — это расстояние, которое свет проходит за год, двигаясь со скоростью 186 000 миль (300 000 км) в секунду. Другими словами, эта «далекая галак-тика» находится от нас сейчас на расстоянии 1 049 970 980 000 000 000 000 миль…

А вот теперь оказывается, что она вовсе не удаляется! А ведь астрономы не просто предположили, что Вселенная расширяется, а доказали это, изучая поведение красной части спектра, которая от такого открытия покраснела еще больше, как та стыдливая вода в Кане Галлилейской, которая «увидела Господа Бога своего и покраснела». Один из самых выдающихся наших астрономов, сэр Артур Эддингтон, написал книжку «Расширяющаяся Вселенная», чтобы довести этот факт до всеобщего сведения. Астрономы в большинстве своем восприняли новость об этом вселенском взрыве с таким же спокойствием, с каким в свое время приняли к сведению известие о грядущей тепловой смерти Вселенной; согласно второму закону термодинамики, она ведь должна погибнуть от холода.

Но радость, которую доставил нам профессор Хаббл, умеряется некоторыми сомнениями и размышлениями. Не подумайте, что я высказываю неверие в науку или неуважение к ней (в наши дни это было бы так же чудовищно, как во времена Исаака Ньютона не верить в Святую Троицу). Но все же… Сегодня мы расширяемся, завтра — сжимаемся; сперва мы мучаемся в искривленном и замкнутом пространстве, потом эту петлю ослабляют и распускают совсем; только что нас приговорили к мученической смерти при температуре минус 273° по Цельсию, в холоде, который охватит всех и вся,— и вот снова потеплело. Так вправе мы спросить: «В чем же дело? Где мы находимся?» А на этот вопрос отвечает Эйнштейн: «Нигде, потому что места, где мы могли бы находиться, нет вообще». Так что подхватывайте свои книжки, следите за разви-тием науки и ждите следующего астрономического конгресса..

Возьмем историю со знаменитым Вторым началом термодинамики, этим проклятием неумолимой судьбы, которое обрекает всю Вселенную (или по крайней мере всю жизнь во Вселенной) на смерть от холода. Теперь я с сожалением вспоминаю слезы, которые проливал, сердечно сочувствуя той последней кучке обреченных, которым предстоит скончаться при температуре 273° ниже нуля по Цельсию, при абсолютном нуле, когда все тепло будет исчерпано и все молекулы остановятся. Не будут гореть печи, не будут зажигаться спички, да и некому их будет зажигать…

Помню, как я первый раз, еще будучи маленьким мальчиком, прочитал про этот жестокий закон в «научно-популярной» книжке, озаглавленной «Наше время истекает». Написана она была Ричардом Проктором и производила ужасающее впечатление. Солнце-то, оказывается, остывает и скоро погаснет совсем. Это подтвердил и лорд Кельвин. Как все шотландцы, он-то ничего не боится и оставил Солнцу и всей Солнечной системе только девяносто миллионов лет жизни.

Это знаменитое предсказание впервые было сделано в 1824 году великим французским физиком Никола Карно. Он показал, что все тела во Вселенной меняют свою температуру — горячие остывают, а холодные нагреваются. Таким образом, они выравнивают свою температуру. Это все равно, что разделить богатое наследство поровну между всеми бедными родственниками: результатом будет общая нищета. Так и нас всех в конце концов должен охватить холод мирового пространства.

Правда, проблеск надежды появился, когда Эрнст Резерфорд и другие ученые открыли радиоактивность. Радиоактивные атомы, распадаясь, казалось, смогут поддерживать огонь на Солнце еще довольно долго. Эта приятная новость означала, что Солнце, с одной стороны, много моложе, а с другой — много старше, чем предполагал лорд Кельвин. Но все равно это всего лишь отсрочка. Все, что ученые могут нам предложить, это 1 500 000 000 лет. Потом все равно замерзнем.

Когда на смену средневековым суевериям пришло просвещение, первыми науками, которые выделились и самоопределились, были математика, астрономия и физика. К началу XIX столетия все было поставлено на свои места; Солнечная система вращалась так сонно и плавно, что Лаплас сумел убедить Наполеона в том, что бог, который бы присматривал за ней, вообще не нужен. Гравитация работала, как часы, а часы работали, как гравитация. Химия, которая, как и электричество во времена Бенджамена Франклина, была лишь набором бессвязных экспериментальных данных, превратилась в науку после того, как Лавуазье открыл, что огонь не вещь, а процесс, что-то происходящее с вещами. Эта мысль была настолько выше понимания широкой публики, что ее автора в 1794 году гильотинировали. Появился Дальтон и показал, что любую вещь можно раздробить на очень-очень маленькие атомы, атомы объединяются в молекулы, и все идет по плану. С Фарадея и Максвелла заняло свое место в новом научном порядке и электричество (оказалось, что это то же самое, что магнетизм).

Примерно к 1880 году выяснилось, что мир прекрасно объяснен наукой. Метафизика все еще что-то бормотала во сне. Теология все еще произносила проповеди. Она пыталась оспаривать многие открытия науки, особенно в геологии и в новой эволюционной теории жизни. Но наука уже обращала на это мало внимания.

Потому что все было очень просто. Есть время и пространство — вещи слишком очевидные, чтобы их объяснять. Есть материя, сделанная из маленьких твердых атомов, похожих на крошечные зернышки. Все это движется, подчиняясь закону всемирного тяготения. Туманности сгущаются в звезды, звезды извергают планеты, планеты остывают, на них зарождается жизнь, она развивается и становится разумной, появляются сперва человекообразные обезьяны, потом епископ Уилберфорс и, наконец, профессор Гексли.

Осталось несколько небольших неясностей, например вопрос о том, что же такое на самом деле пространство и материя, и время, и жизнь, и разум. Но все эти вещи Герберт Спенсер очень кстати догадался назвать непознаваемыми, запер в ящик письменного стола и там оставил.

Все было объяснено механическим Железным Детерминизмом. Оставался только этот противный скелет в ящике письменного стола. Да было еще что-то странное и таинственное в электричестве, которое было не то чтобы просто вещь, но и не то чтобы просто выдумка. Была еще странная загадка о «действии на расстоянии», и электричество ее только усугубляло. Как только добирается тяготение от Земли до Солнца? Если в пространстве нет ничего, то каким образом свет долетает к нам от Солнца за восемь минут и даже от Сириуса — за восемь лет? Даже изобретение «эфира», этакого универсального желе, по которому ходят волны, рябь и дрожь, не избавляло науку от некоторой неубедительности.

И вот, как раз на пороге XX столетия все здание начало рушиться.

Первым предупреждением, что не все ладно, было открытие икс-лучей. Открыл их Рентген, и с тех пор большинство физиков называют их рентгеновскими. Сэр Уильям Крукс, экспериментируя с трубками, наполненными разреженным газом, открыл «лучистую материю» так же случайно, как Колумб открыл Америку. Британское правительство сразу же пожаловало Круксу дворянство, но было уже поздно. Дело было сделано.

Затем последовали работы целой школы исследователей радиоактивности. Венцом их были труды Резерфорда, который революционизировал теорию строения вещества. Я хорошо знал Резерфорда — мы с ним в течение семи лет были коллегами по Мак-Гилскому университету — и могу подтвердить, что он действовал без заранее обдуманного намерения потрясти основы Вселенной. Но сделал он именно это, за что его тоже в свое время произвели в лорды.

Не следует путать труды Резерфорда по ядерной физике с теорией пространства и времени, которую создал Эйнштейн. Резерфорд ни разу в жизни не сослался на Эйнштейна. Даже когда он работал в Кавендишской лаборатории и, проявляя черную неблагодарность, разбивал те самые атомы, которые его прославили, даже тогда ему ничего не было нужно от Эйнштейна. Я однажды спросил Резерфорда (это было в 1928 году, всемирная слава Эйнштейна была в зените), что он думает о теории относительности. «А, чепуха! — ответил он.— Для нашей работы это не нужно!» Его биограф и почитатель, профессор Ив, рассказывает, что, когда немецкий физик Вин сказал Резерфорду, что ни один англосакс не понимает теории относительности, Резерфорд ответил: «Естественно, у нас слишком много здравого смысла».

Но все же главные неприятности начались именно с Эйнштейна. В 1905 году он объявил, что абсолютного покоя нет. И с тех пор его не стало. Но только после первой мировой войны на Эйнштейна набросилась читающая публика, и полки в магазинах стали ломиться от книжек «про относительность».

Эйнштейн нокаутировал пространство и время так же, как Резерфорд нокаутировал вещество. Общий взгляд теории относительности на пространство очень прост. Эйнштейн всем объяснил, что нет такого места, как «здесь». «Но ведь я-то здесь,— скажете вы.— Здесь — как раз то место, где я сейчас сижу». Но ведь вы двигаетесь! Земля вертится, и вы на ней вертитесь. Вместе с Землей вы движетесь вокруг Солнца, а вместе с Солнцем — вслед за «далекой галактикой», которая сама мчится со скоростью 26 000 миль в секунду. Так что же это за место — «здесь»? Как вы его отметите? Все это очень напоминает рассказ о двух идиотах на рыбалке. Один из них говорит другому: «Слушай, надо заметить то место, где мы вытащили эту здоровую рыбину», а тот ему отвечает: «Да я уже сделал отметину на борту лодки». Вот вам и «здесь»!

Открытие Эйнштейном кривизны пространства физики приветствовали взрывом аплодисментов, какие до тех пор можно было слышать только на бейсболе. Блестящий ученый, сэр Артур Эддингтон, который с пространством и временем обращается как поэт (даже его рассуждения о гравитации пронизаны юмором: он говорит, что идеальную возможность изучать тяготение имеет человек, падающий в лифте с двадцатого этажа), так вот, сэр Артур Эддингтон аплодировал громче всех. По его словам, без этой кривизны в пространстве разобраться вообще невозможно. Мы ползаем по своему пространству, как муха ползает по глобусу, думая, что он плоский. Тайны тяготения озадачивают нас (я не имею в виду тех немногих счастливцев, которым представился редкий случай упасть в лифте с двадцатого этажа. Но и на них откровение снизошло слишком поздно, а откровение заключается в следующем: мы и не падаем вовсе, а просто искривляемся). «Признайте кривизну пространства,— писал Эддингтон в 1927 году,— и таинственная сила исчезнет. Эйнштейн изгнал этого демона».

Но сейчас, четырнадцать лет спустя, начинает казаться, что Эйнштейна мало беспокоит, изогнуто пространство или нет. Ему это, повидимому, все равно. Один известный физик, руководящий факультетом в одном из крупнейших университетов, недавно написал мне по этому поводу: «Эйнштейн надеется, что общая теория, учитывающая некоторые свойства пространства, напоминающие то, что сейчас обычно называют кривизной, может в будущем оказаться более плодотворной, чем это, повидимому, имеет место в настоящее время». Сказано чисто по-профессорски. Большинство же говорит просто, что Эйнштейн махнул рукой на кривое пространство. Все равно что сэр Исаак Ньютон, зевнув, сказал бы: “Ах, вы об этом яблоке — а может быть, оно вовсе и не падало?”

 

Стефану Ликоку позволительно, конечно, вот так вкратце «пробежаться» по всей теме, на то он и ученый. Но нам-то, рядовым ЧР, придется поподробнее а то ведь совсем непонятно чего это ради Вселенная расширяется или расширялась, а теперь перестала? Так что поползем уж, как муха по глобусу.

Известный физик Яков Абрамович Смородинский в своей книжке «Частицы, кванты, волны» написал: “Появление теории относительности и квантовой механики изменило всю картину мира. Оказалось, что физический мир содержит сам в себе масштабы явлений и мы не можем по произволу увеличивать или уменьшать их... В современной картине мира мы не можем изменить ни одной постоянной. Наш мир, повидимому, устроен так, что все его масштабы обусловлены какими-то непонятными пока законами. Другого мира существовать, наверное, не может”.

Над этим вопросом “почему наш мир именно такой, а не какой-нибудь другой?” задумывались давно. Чтобы ответить на него исчерпывающим образом, нужно выйти за его пределы то есть за пределы наблюдаемой нами части вселенной и окинуть взглядом его весь, во всем его бесконечном разнообразии. Увы, мы этого не можем. Во всяком случае пока…

Так что приходится довольствоваться формулой А.Л.Зельманова: «мы являемся свидетелями процессов определенного типа потому, что процессы иного типа протекают без свидетелей».

Остроумная формула, хотя и несколько грустная, и даже может быть в чем-то обидная…

Однако прежде чем пытаться ответить на этот вопрос, нужно ответить на два более простых (лучше сказать на два “предыдущих” по логике размышлений, ибо простыми их назвать язык не поворачивается):

а каков он, наш мир?

а каким еще мог бы он быть?

 

На первый из них никак нельзя ответить без оценки размеров нашего мира. Разумеется, ЧЧ и раньше не могли оставить без внимания столь важный вопрос, но все их ранние попытки были обречены на ошибку: сначала нужно было получить какую-то твердую базу, какое-то хорошо выверенное расстояние, от которого уже можно было бы “плясать” с помощью тригонометрических построений. Кстати, и сами тригонометрические методы вычислений окончательно сложились только в XVI веке, хотя самые первые элементы ввел еще Гиппарх...

Только в 1671 году Жан Пикар (1620-1682) получил такую базу: довольно точно определил радиус Земли (а заодно убедился сам и поведал остальным, что она не совсем шар). После этого (1671-1673) астрономы Джованни Доменико Кассини (директор Парижской обсерватории с 1669 года, хоть и итальянец) и Жан Рише договорились и провели одновременное наблюдение положения Марса относительно звезд один в Париже, другой в Кайенне, в Южной Америке; потом по параллактической разнице положения Марса вычислили расстояние от Земли до него, а уж потом и главную опорную величину в Солнечной системе расстояние от Земли до Солнца “астрономическую единицу”. Они, правда, ошиблись (примерно на 6%), но это вскоре было устранено, а главное - желающие получили в руки два хороших базовых расстояния...

Со звездами было труднее... Хотя, как вы помните, идею и метод определения расстояний до звезд по их годичному параллаксу высказал еще Кеплер, сам-то параллакс уж больно трудно было “засечь”: он ведь не превышает десятых долей секунды - и это лишь для немногих, самых близких к нам звезд. Измерять такие углы стало под силу только два века спустя, а еще нужно было перемерять их для тучи звезд: неизвестно же заранее, какие из них ближе. Но зато это уже были вполне твердо и однозначно определенные расстояния... Впервые это удалось немецкому ученому Фридриху Бесселю (1784-1846), в 1838 году он измерил расстояние до двойной звезды Лебедь-61. Из этого метода родилась и новая единица расстояний (или длины) для космоса: парсек, параллакс-секунда, то есть расстояние, для которого годичный параллакс равен одной секунде.

Попроще: расстояние, с которого “астрономическая единица” (радиус орбиты Земли; по нормали, разумеется) видна под углом в одну секунду (под таким углом видна - кто умудрится увидеть - копеечная монета с расстояния 3 км.).

Но для более далеких звезд это не годилось, нужно было что-то другое. Однако ЧЧ — на то и ЧЧ, все равно ведь придумали... и выяснили, что размеры нашего мира (то есть видимой части Вселенной, эту часть принято называть Метагалактикой) очень велики, но все же хоть и с трудом, но представимы. На краю - квазары.

 

Какие же формы космических объектов тут имеются? Мы встречались со всем этим на астрономической тропе, но здесь взглянем на это с другой “кочки” зрения.

Самые распространенные звезды, пыль и газ. В пылевых и газовых туманностях сосредоточена значительная доля массы вселенского вещества, но все же это переходные формы. А наиболее устойчивой, похоже, является звездная форма. Почему именно в звезды концентри-руется вселенское вещество? Предположение о случайности этого даже и не рассматривается ясно, что за этим стоят какие-то “правила игры”. Какие?

Общие соображения привели ЧЧ к предположению о наличии какого-то всеобщего регулятора, который делает устойчивыми объектами, способными довольно долго и стабильно существовать, именно звезды. И таким регулятором является “обратная связь” термин в наше кибернетическое время широко известный. Но все же повторим здесь его суть, во избежание разнотолков. Обратная связь это влияние “входных” сигналов системы на “выходные” таким образом, чтобы вернуть систему в равновесие, в устойчивое состояние. Простейший пример маятник: пока он висит в “нулевом” положении все спокойно и стабильно. Как только его что-то отклоняет, возникает сила, старающаяся вернуть его обратно…

Эта схема работает во всех устойчивых процессах, буквально на каждом шагу и в живой, и в неживой природе. Характерный пример из космоса Солнце с его ядерной энергией, которую оно расходует постепенно и неторопливо (в отличие от нас: мы можем пока ее использовать главным образом только в виде мгновенного взрыва). Выглядит это по современным представлениям так. В центральном “реакторе” идет реакция и пытается расширить зону реактора (как и при взрыве); сверху давит гравитация огромного слоя вещества и уравновешивает этот взрыв. Вот по какой-то причине реакция ослабла давление вещества тут же сжимает реактор, давление и температура повышается, реакция возвращается в прежнее русло интенсивности. И наоборот.

Видимо, это фундаментальное “правило игры”: только саморегулирующиеся объекты способны существовать долго и, соотвественно, будут встречаться чаще. Что и наблюдается.

Современная теория внутреннего строения звезд пришла к выводу, что предельная масса звезды прямо пропорциональна массе Солнца и обратно пропорциональна массе протона (вот уж действительно единство мира — это ж мы делим его на “макро” и “микро”, а на самом-то деле он, оказывается, цельный — как тот удав, помните он говорил, что его нельзя мерять половинками “потому что я - це-е-е-лый!”), то есть максимальная масса устойчивой звезды не может превосходить 75M - такая система становится неустойчивой.

Это в нашем мире, при “нашей” массе протона.

А в другом, например в четырехмерном? Риман и Ж.Лиувиль достаточно надежно показали, что в четырехмерном слишком сильны ограничения на движение материи: в нем неустойчивы круговые движения, в нем не мог бы существовать атом водорода, к примеру... А в более многомерных и того хуже.

Может, на ранних стадиях вселенной ее геометрия сформировалась тоже именно так такой ее вариант из всех возможных, который обеспечивал максимальную устойчивость движения материи?

Похоже, наш мир и вправду не может точнее, не мог быть другим. Если наши представления о “ранних стадиях вселенной” хоть как-то соответствуют утерянной в веках инструкции по сборке Вселенной.

Так что же это за “стадии”?

 

 

Big Bang

 

В русском переводе сие принято величать “Большой Взрыв”, так сейчас называют наиболее распространенную гипотезу о возникновении и эволюции Вселенной. Хотя лично мне такой перевод не очень нравится. Вот закройте глаза и мысленно произнесите «большой взрыв». Ни грандиозности, ни взрывного характера… Да и сам-то перевод: ну, Big еще ладно, действительно “большой”. А Bang? Это же что-то вроде нашего Бах! или Бум! Вот и надо бы «Ух-Бах!» или, скажем, «Йэх-Бум!» тут тебе и грандиозность, и взрывной характер. Но уж как сложилось так сложилось.

А началось все с Эйнштейна. Когда он создал свою ОТО (гравитационное поле представлено в ней системой из 10 уравнений), оказалось, что система эта очень подходит для придумывания и расчета различных моделей вселенных. Эйнштейн и сам об этом говорил, и сам же попытался придумать одну такую (в литературе ее принято называть Вселенной Эйнштейна). Он исходил из предположений об однородности и изотропности Вселенной, а также о неизменности ее свойств во времени. Для обеспечения такой статичности пришлось ему втиснуть в уравнения некую величину (Λ), ее потом назвали космологической постоянной, она изображала неизвестные космические силы отталкивания, компенсирующие гравитационное притяжение (чтобы мир не “схлопнулся” под действием гравитации).

Кстати сказать, эта возможность что массивные тела могут схлопываться под действием гравитации и исчезать из окружающего мира одна из трудностей ОТО. Вторая (по важности-то первая) – проблема энергии. Дело в том, что в ОТО гравитация свойство пространства (что-то вроде его «рельефа») и, значит, у него нет такого свойства - энергия. То есть материальные тела обладают энергией по отношению друг к другу и к этому «рельефу», а сам-то «рельеф» энергии не имеет. Этой точки зрения придерживался и сам Эйнштейн. Но энергия одна из самых фундаментальнейших современных физических сущностей и отбрасывать ее вот так запросто очень нежелательно по крайней мере без крайней нужды (и это удручало, в том числе и самого Эйнштейна опять же)…

Вселенная Эйнштейна тут же подверглась довольно жесткой критике по разным поводам (к слову, критиковал ее и сам Эйнштейн), но здесь отметим лишь Артура Эддингтона: уже в 1920 году он показал, что Вселенная Эйнштейна чрезвычайно неустойчива и при малейшем нарушении должна перейти либо к неограниченному расширению, либо к такому же сжатию.

В 1922 году петроградский геофизик и математик Александр Александрович Фридман (1888-1925) опубликовал в немецком физическом журнале статью, в которой показал, что Вселенная Эйнштейна является всего лишь частным решением, общие же решения зависят от времени. А если не вводить Λ-члена, то решения просто обязаны зависеть от времени. Его модель рождения пространства и времени «из точки», основанная на указанном анализе уравнений, впоследствии получила название Вселенной Фридмана. Теория настолько противоречила устоявшейся и потому казавшейся очевидной картине мира, что большинство сочли ее просто фантастикой мало ли известно математических курьезов!

К тому же (хотя и была красивой) она не давала ответа на вопрос “а что же было раньше?” и, значит, косвенно подтверждала, что эта-то точка и есть “начало мира”. По этой причине с удовлетворением встретила ее только церковь тогдашние журналы (за границей, разумеется) писали отзывы типа «когда ученые в поте лица своего добрались до этой сияющей вершины знаний, они с удивлением обнаружили там давно поджидавших их теологов».

 

Хотя, с другой стороны, древнеиндийская книга гимнов Ригведа задолго до всего этого сообщила о цепи следующих друг за другом рождений и смертей Вселенной…

 

Как водится, даже у такой фантастической идеи последователи нашлись, один из них бельгиец Abbe Georges Lemaitre построил в 1927 году еще одну нестатичную модель…

Еще в 1842 году австрийский физик Христиан Доплер (1803-1853) высказал идею, что частота света должна смещаться к красному концу видимого спектра, если источник света удаляется, и к синему, если приближается (это потом назвали “эффектом Доплера”). В 1915 году американец Слифер обнаружил такое смещение к красному концу спектра у светлых полос Райта и Канта (философы из Англии Thomas Wright и из Германии Immanuel Kant в 1750-1755 годах отметили, что светлые полосы, известные к тому времени на небе, суть другие звездные миры, похожие на наш Млечный Путь), в 1924 году Эдвин Хаббл на своем 100-дюймовом телескопе Маунт Вилсон сумел доказать верность идеи Райта и Канта, а в 1929-1931 годах они (вместе с другим американцем – Хьюмасоном) обнаружили, что красное смещение Слифера имеется как у далеких, так и у близких галактик т.е. они от нас удаляются, причем чем дальше они от нас, тем быстрее удаляются…

Но именно это и предсказывала “фантастика” Фридмана!…

И потому ее срочно перевели в разряд действующих, нужных и животрепещущих. И начали дорабатывать и модернизировать. Вскоре Г.А. Гамов предположил (в физико-математическом смысле, разумеется), что фридмановское “рождение Вселенной” есть взрыв, в котле которого как раз и сварилось атомное вещество нашего мира. А фактически наблюдаемая относительная распространенность элементов очень хорошо “легла” в этот механизм “первородного взрыва”.

Дальше больше: А.Пензиас и Р.Вильсон вскоре обнаружили предсказанное Гамовым рассеянное по всему пространству остаточное тепловое излучение этого взрыва (реликтовое - так его потом назовут).

Накапливалось и множество косвенных данных…

Постепенно “фантастика” перешла в разряд тех великолепных идей, которые великий датчанин Нильс Бор на-зывал “сумасшедшими”.

 

И случилось четвертое - фридмановское мозготрясение: унылонеизменная Вселенная превратилась в нечто бурное, взрывное, постоянно меняющееся…

 

Концепция Фридмана (как и любая другая) имеет границы своей применимости к примеру, в области малых пространственно-временных масштабов, где важны не учитываемые ею квантовые эффекты, она приводит к выводу о рождении Вселенной «из ничего» из аболютно безразмерной точки (сингулярности). Как классическая (неквантовая) электродинамика Максвелла приводила к неизбежности падения электрона в атоме на его ядро...

Это не дефект теории. Это результат экстраполяции помните про пешехода? Приведу в качестве иллюстрации краткую выдержку из статьи академика В.Гинзбурга:

...В большинстве моделей имеется сингулярность момент t=0, когда плотность вещества бесконечно велика. Если (в изотропных и однородных) моделях средняя плотность вещества больше некоторой критической величины модель “закрытая” (то есть Вселенная является расширяющейся, а потом сжимающейся 3-мерной сферой); если меньше модель “открытая” (то есть Вселенная расширяется беспредельно). Эта критическая плотность сейчас принимается равной 10-29 г/см3...

Проблема сингулярности — главный вопрос космологии. Практически нет сомнений, что ОТО здесь неприменима сказывается влияние квантовых эффектов и ограниченность ее применения характеризуется тремя вели-чинами: фундаментальной длиной (1.6*10-33 см), временным интервалом (10-43 сек) и плотностью вещества (5*1093 г/см3). То есть нужно квантование ОТО…

Мы привыкли к тому, что в мире одно время, а бесконечность пространства всегда увеличение его размеров. На самом деле природа устроена, повидимому, хитрее.

Анализ возможных вариантов показывает, что в экстремальных условиях “первородного взрыва” концентрация массы в отдельных участках могла привести к гравитационному “схлопыванию” такой области пространства-времени. Внутренние и внешние масштабы такой области оказываются совершенно различными: “снаружи” — это микроскопический объект; “внутри” — огромный космический мир.

И внутри этого космического мира тоже могут быть “схлопнувшиеся” области…

Так что мир может быть “многоэтажным”, с разным временем на каждом этаже.

Если локальная концентрация массы очень велика, такое “схлопнутое” пространство самозамкнется полностью и отпочкуется в виде отдельной вселенной, совершенно не связанной с прежней. Погодите, но ведь в природе все взаимосвязано! Не может так быть! Верно. И если учесть квантовые эффекты связь останется: квантовые флуктуации и “туннельные переходы” делают возможным обмен частицами, то есть информацией, между такими “субвселенными”. Вселенная же остается единой.

Как виноградная гроздь, каждая ягодка-вселенная которой приросла к соседним, а иные вообще растут на внутренней поверхности других. Получается очень сложная переплетающаяся фигура... и все это следствие формул общей теории относительности. Первым эту фигуру исследовал М.А.Марков, заявивший в результате своих тру-дов: если картина многоярусной Вселенной в природе не реализуется — это само по себе будет удивительной за-гадкой, потому что уж очень естественно, без всяких дополнительных гипотез, возникает она в рамках современ-ной теории. (Невольно вспоминается Марк Твен — когда-то он сказал «Для меня неудивительно, что Колумб отк-рыл Америку. Было бы удивительно, если бы ее там не оказалось...»)

Вселенная многоэтажная, расширяющаяся в пространстве и времени, с мириадами миров, где космически большое (для одних) одновременно и микроскопически малое (для других)…

Поразительны они — и сама эта грандиозная картина, и мысль человечья, ее нарисовавшая.

 

Однако в картине этой довольно много темных пятен, а некоторые из “теоретических гвоздей”, ее удерживающих, готовы вот-вот сломаться.

Прежде всего однородность Вселенной. На небольших участках она крайне неоднородна: звезды, плотные планеты, вокруг вакуум... А взять кусок побольше и напоминает она орнамент волокон со случайными, но очень близкими по величине размерами деталей. Что-то сделало Вселенную равновесной... Факт этот экспериментальный, учитывать его надо, а по идее “первородного взрыва” так быть не должно наоборот, области-осколки должны бы сильно различаться…

Еще удивительнее необычайная однородность реликтового излучения. Его температура на любых направлениях, в том числе и прямо противоположных, различается менее, чем на 0.01%.

Как все это могло прийти в равновесие? В теории Фридмана это невозможно…

Еще одна загадка средняя плотность вещества Вселенной. По Фридману получается, что если бы в первые мгновения взрыва (где-то около 10-43 сек) эта плотность хотя бы на 10-53% превышала критическую (при которой мир становится полностью замкнутым), расширение Вселенной давным-давно сменилось бы сжатием и мы наблюдали бы не разбегание галактик, а “сбегание”; а если бы она хотя бы на 10-53% была меньше критической, расширение происходило бы гораздо быстрее и наблюдаемая плотность была бы много меньше нынешней. Получается, что наша Вселенная родилась с плотностью, фантастически близкой к критичекой. Почему? В теории Фридмана ответа нет…

Эту проблему иногда называют «проблемой абсолютно плоского мира». Дело в том, что в теории относительности плотность массы связана с кривизной пространства-времени. Если плотность больше критической, мир, образно говоря, вогнутый, если меньше - выпуклый. В промежуточном случае он плоский. Наша Вселенная почему-то предпочла родиться плоской (с точностью 10-53%!), хотя это была лишь одна из бесчисленных возможностей. Трудно думать, что это случайность.

Непонятно также, почему не удается поймать ни единого магнитного монополя, хотя по теории они должны были родиться в большом количестве в раскаленном веществе юной Вселенной.

Не удается объяснить (без привлечения дополнительных гипотез) и свойства вакуума…

Короче говоря, в теории довольно много трудностей и все они сосредоточены в самом начале, в окрестностях «особой точки».

Теория Фридмана и лежащая в ее основе ОТО Эйнштейна имеют дело лишь с геометрическими свойствами природы. Никаких сведений о заполняющей пространство материи они не используют. Это оправдано на больших расстояниях, где гравитационные силы, определяющие метрику нашего мира, можно рассматривать отдельно от электромагнитных и ядерных (т.е. сильных и слабых) взаимодействий. Но в микромире, где взаимодействия “перемешиваются”, такое приближение уже не верно. Там само пространство зависит от свойств физических процессов – квантовых флуктуаций, определяющих основной, «нулевой» уровень мира вакуум. Влияет это и на «ритм времени». В микромире пространство и время нельзя рассматривать отдельно от вещества...(и это, кстати, еще один философско-мировоззренческий аспект ОТО).

Сама идея о тесной связи свойств пространства и времени со свойствами физических процессов не нова: знаменитый немец Бернгард Риман, создавая свою теорию искривленных и многомерных пространств, высказал ее более сотни лет назад. Разделял ее и Эйнштейн - последние 40 лет своей жизни, то есть большую ее часть, он как раз и бился над созданием единой теории электромагнитных и гравитационных сил. Но экспериментальных данных тогда не хватало…

Первый существенный шаг на этом пути сделал американский физик Алан Гут (1981). Он обратил внимание на то, что если Вселенная будет расширяться таким образом, что плотность ее массы все время остается постояннной, то формулы приводят к выводу: скорость расширения будет расти пропорционально размеру вселенной. Такой процесс происходит настолько быстро, что всего лишь за 10-32 сек вселенная раздувается от микроскопического зернышка до размеров “пузыря” с радиусом на много-много порядков больше видимой нами вселенной. После этого температура раздувающейся вселенной резко упадет, что позволит обычным частицам кваркам, глюонам... начать выделяться из “первичной материи”. Дальше уже хорошо “работает” “стандартный” сценарий Фридмана. Вселенная Гута оказывается практически бесконечной, а видимая нами часть (то, что до сих пор считалось Вселенной) лишь ничтожно малая ее доля.

Сценарий Гута выглядел очень “сумасшедшим”: разве может быть вещество, которое при расширении не снижает плотности?! Однако он устранял практически все трудности теории Фридмана…

В начале «эры быстрого раздувания» (это теперь общепринятый термин) вселенная могла быть такой маленькой, что во всем ее объеме успело установиться однородное распределение плотности, температуры и других свойств, чего в теории Фридмана не получалось. Снимается парадокс однородности вселенной и реликтового излучения.

Понятным становится и то, почему наш мир плоский. Он лишь исчезающе малая точка в масштабах вселенной, а на малых расстояниях кривизна незаметна.

Магнитные монополи, рождавшиеся значительно раньше обычных частиц, разбросаны по огромному объему раздувшейся вселенной и вероятность найти их в видимой части неизмеримо мала…

Словом, сценарий Гута очень хорошо все ну, почти все объясняет. Только вот расширяющееся вещество с постоянной плотностью… О таком даже писатели-фантасты не писали, видать даже для них это несколько неубедительно. Как такое может быть?!

Помощь космологам пришла из теории элементарных частиц. Помните «склярный бозон Хиггса»? Так вот эти частицы хиггсоны обладают двумя замечательными особенностями:

во-первых, они достаточно устойчивы только тогда, когда сильное взаимодействие отделяется от остальных, а когда все три взаимодействия равноправны (это бывает при очень высоких энергиях), хиггсонов практически нет распадаются, едва успев образоваться;

во-вторых, именно эти частицы (точнее говоря поле, квантами которого они являются) определяют структуру, “консистенцию” и энергию вакуума. При этом увеличение хиггсова поля приводит к такой перестройке вакуума, что его энергия (“нулевой уровень” мира) понижается, а разность конечной и начальной энергий выделяется в виде массы и тепловой энергии элементарных частиц. Пустой мир заполняется веществом. Как выпадение тумана из прозрачного (и казалось бы пустого) воздуха… Основной вклад в развитие этих соображений внесли Д.А.Киржниц и А.Д.Линде.

Так вот, при бурном расширении юной вселенной на раннем этапе (по оценкам Гута и Линде где-то около 10-35 сек) плотность массы в ней быстро упала почти до нуля. Температура тоже быстро уменьшалась и где-то к середине "эры раздувания" нарушилась симметрия взаимодействий и создались условия для интенсивного рождения хиггсонов. Энергия вакуума снизилась, разница энергий выделилась в виде выпадения (“кристаллизации”) огромного числа протонов, нейтронов, гиперонов, мезонов. Вследствие изменения уровня вакуума средняя плотность свободной (“плавающей” в вакууме) массы подскочила на сотню порядков - в 10100 раз! Ну, а из всего этого уже родились галактики, звезды... При этом в различных частях вселенной мог образоваться различный вакуум; соответственно, там будут различными и основные физические законы…

Рождение частиц сопровождалось выделением тепла (так бывает при выделении из расплава более упорядоченной фазы) и к концу эры быстрого раздувания (она длилась около 10-32 сек) вселенная раскалилась настолько, что родившиеся частицы расплавились в кварк-глюонную плазму. Образовалась громадная “гроздь” раскаленного вещества, из огромного числа областей с различным вакуумом. Каждая из них как раз и есть тот горячий “праисторический мир” Гамова, в котором при дальнейшем уже сравнительно медленном расширении по стандартному фридмановскому сценарию “сварилось” окружающее нас вещество.

 

Сейчас теоретики обсуждают еще более совершенные (лично я сказал бы “еще более залихватские”) сценарии, в которых “гроздь” образуется раздуванием сверхмалых (10-33 см.) “зернышек”, возникающих в результате квантовых флуктуаций энергии и пространственно-временной метрики. Это предмет рождающейся сейчас квантовой космологии.

На оси времени Вселенной разумная жизнь в окрестностях нашего Солнца занимает едва различимый интервал. Усилиями упомянутых — и не упомянутых — ЧЧ мы можем делать более или менее уверенные прогнозы в интервале от 10-30 секунды в прошлом до 1030 лет в будущем. Если удастся свести все четыре взаимодействия в единое суперполе, давнюю мечту Эйнштейна, можно было бы дотянуться до 10-43 секунды, когда вселенная была квантовым объектом…

Что же было еще раньше — можно только гадать. Тайна тайн. Можно лишь достаточно уверенно предположить, что материя не могла возникнуть “из ничего” и рождению нашего мира предшествовало какое-то другое его состояние, хотя сами понятия временного порядка “предшествовать” и “следовать за” в таких состояниях материи скорее всего некорректны, то есть не имеют смысла.

Сама же теория суперполя точнее, имеющиеся ныне наметки становится замечательно последовательной и непротиворечивой, если допустить, что на расстояниях порядка 10-33 см (а именно такой была вселенная в воз-расте 10-43 секунды) пространство-время становится десяти- и одиннадцатимерным. «Лишние» шесть-семь измерений имеют очень большую кривизну и размеры вселенной по этим направлениям очень малы. Эти направления замыкаются в микромире и мы их не замечаем. Наш мир — нечто вроде поверхности длинной и тонкой десяти- или одиннадцати-мерной проволоки, растянутой по четырем известным нам пространственно-временным измерениям и очень тонкой по остальным…

Оказалось, что вся наблюдаемая часть Вселенной размером примерно 1028 см могла возникнуть за счет существования стадии экспоненциально быстрого расширения области пространства, первоначальный размер которой мог быть меньше или порядка 10-33 см. Длительность этой стадии скорее всего не превышала 10-30 секунды, то есть размеры наблюдаемой части Вселенной во время раздувания увеличивались со скоростью, на много порядков превосходящей скорость света (это не противоречит устоявшимся физическим представлениям: согласно ОТО скорость увеличения размера системы в отличие от скорости передачи сигнала в принципе может быть сколь угодно большой). При этом все вещество, содержащееся в наблюдаемой нами Вселенной и имеющее общую массу порядка 1050 тонн, возникало за счет работы, совершаемой гравитационными силами внутри области, в которой первоначально содержалось не более 10-5 граммов вещества!

 

Вот так мир...

И что же с ним будет дальше?

Исходя из существующих гипотетических моделей развития Вселенной вариантов будущего может быть два: uпри неограниченнои расширении; vпри смене расширения сжатием.

Первый вариант.

Какие процессы произойдут? Первый процесс сомнений не вызывает: звезды погаснут. Солнце закончит свою активную эволюцию и превратится в белый карлик размером с Землю, который будет постепенно остывать. Звезды массивнее Солнца закончат путь еще быстрее и превратятся (в зависимости от массы) либо в нейтронные звезды, либо в черные дыры; возможен также взрыв звезды с полным ее разрушением. Менее массивные звезды проживут дольше, но и они превратятся в остывшие карлики. Звездная эра на этом закончится (через 1014 лет). Галактики разрушатся через 1019 лет. Дальше роль будет играть нестабильность ядерного вещества, предсказываемая современной физикой: протон предположительно распадается за 1032 лет. Через это время ядерное вещество полностью распадется, все звезды и планеты превратятся в фотоны и нейтрино. Кроме них будут существовать электронно-позитронная плазма и черные дыры. К возрасту Вселенной 10100 лет останутся только электроны и позитроны, рассеянные в пространстве с ужасающе ничтожной плотностью одна частица на 10185 объемов нынешней Метагалактики. Все это, однако экстраполяция известных сегодня законов на будущую ситуацию (и с допущением, что масса покоя нейтрино равна нулю) и вероятнее всего в этой ситуации возникнут совершенно новые процессы. Например распад вакуума с рождением высокоэнергичных частиц.

Вариант второй.

Если же масса покоя нейтрино не нулевая (это сейчас считается наиболее вероятным), а в пределах предсказанной ныне, Вселенная начнет сжиматься раньше, чем погаснут звезды. И тогда ее ожидает снова сверхгорячая фаза со сверхбурными процессами.

В этом случае бесконечная продолжительность существования вселенной относится именно ко всей “осциллирующей” вселенной, а не к ее конкретным формам, например нынешней. Но тогда нависает опасность гегелевской «дурной бесконечности»: бесконечное повторение одного и того же. С другой стороны, каждый новый цикл эволюции осциллирующей вселенной может быть совсем другим с другими начальными условиями (и элементарными частицами, соотвественно), физическими свойствами и фундаментальными постоянными…

 

И еще о парочке идей.

В 50-х годах математик Курт Гёдель построил модель вселенной, которая точь-в-точь повторяет себя в каждом новом цикле после обращения времени вспять. Все в нашем мире по ней уже было, и не раз... Экзотика, но противоречий известным законам в ней не обнаружили до сих пор, хотя очень старались…

Англичанин Голд развил эту модель поподробнее. Точнее, не именно эту, а с похожим принципом: все ныне существующие теории (читай – уравнения) допускают изменение знака у времени и ничего при этом в теории (читай - в решении уравнений) не меняется, в практическом же смысле это означает течение времени вспять. Направление оно время у Голда изменяет в момент смены сжатия вселенной ее расширением.

Потом англичанин Девис придумал свою модель: в ней тоже время меняет направление в каждом цикле, но в промежутках между соседними циклами (а именно в период наибольшего сжатия, т.е. сингулярности) время вообще направления не имеет. Что бы это могло значить физически сказать трудно, эти состояния (с бесконечной плотностью и массой в нулевой по размерам точке) далеки от понимания. Однако конструкция Девиса допускает проникновение некоторых физических процессов через область наибольшего сжатия из одного цикла в другой, и именно так Девис пытается объяснить реликтовое излучение. В нынешних теориях оно реликтовое излучение считается одним из самых веских доказательств первородного взрыва. В модели Девиса оно совсем наоборот: не посланец из прошлого, а “отголосок” будущего, “радиозаря” того цикла, который еще только должен наступить... В ней нарушается и еще один фундаментальнейший (по современным понятиям) принцип (так назывемый принцип причинности): следствия не могут опережать причины. Этого, казалось бы, вполне достаточно, чтобы отринуть подобную гипотезу прямо с порога. Но…

Сами понятия «опережать» и «следовать за» могут оказаться некорректными, об этом мы уже говорили. Второе все ли мы знаем о причинности? Механический железный детерминизм XIX века приучил нас к мысли, что из одной и той же причины совершенно бесповоротно следует одно и то же следствие. Но пришел век XX-й, мы влезли в микромир и с удивлением обнаружили, что из одной и той же причины может быть одно следствие (с такой-то вероятностью), а могут быть и другие (с другой вероятностью). И какое именно из них реализуется в данном конкретном случае еще большой вопрос… Так что принцип причинности — тоже не гранитный столб с навечно выбитым правилом. И как бы ни экстравагантна была гипотеза Девиса, и в ней могут быть зерна истины: в целом-то она ведь тоже непротиворечива…

В модели Уилера ученика Эйнштейна вселенная тоже пульсирует, но всякий раз возрождается из сверхплотного сгустка в ином виде: с иными параметрами, с иным набором элементарных частиц, нет в ней и времени в обычном нашем понимании нет настоящего, нет и будущего; в ней возможны любые парадоксы…

 

Ну, пожалуй уже хватит. В голове полный сумбур, вселенные мелькают, словно карты в руках фокусника, причины путаются со следствиями…

«Гипотез много, а Вселенная одна» сказал как-то Зельманов.

Да уж…

Грандиозная картина, просто сногсшибательная. Нарисовалась она к самому концу XXXXI века, то есть к самому началу нового — третьего тысячелетия от Рождества Христова…

А вот что, между прочим, в начале ХХ века (1922), когда этой картины и в помине не было, написал Валерий Брюсов:

 

Быть может, эти электроны

Миры, где пять материков,

Искусства, знанья, войны, троны

И память сорока веков!

Еще, быть может, каждый атом —

Вселенная, где сто планет;

Там все, что здесь, в объеме сжатом,

Но также то, чего здесь нет...

 

Интересно, правда?

 

И все-таки, несмотря на всю ее грандиозность, она как-то не очень убеждает — по крайней мере меня. Мысль все время невольно возвращается ко временам Птолемея и его современников-сподвижников. Ведь умнейшие были люди, и сколько трудов положили на придумывание сфер, эпициклов, деферентов… А все почему? А потому только, что самый-самый — исходный — постулат, «основа основ» (Земля – центр всего), был ошибочен. И только когда очередные ЧЧ — Коперник в первую очередь — учинили мозготрясение, изменив этот постулат, картина снова стала простой и логичной.

А на каких постулатах основана эта — современная — картина? Их три — таких «кита»:

·        Скорость света постоянна, в каких бы координатах ее ни меряли: хоть в «покоящихся», хоть в «движущихся»;

·        Вселенная расширяется — все «жители» друг от друга разбегаются, причем не из одного «центра разлета», а «просто» (примерно как точки на поверхности раздувающегося воздушного шарика;

·        Координата «время» входит в уравнения четырехмерного пространства-времени «в полном равноправии» с пространственными коородинатами.

Но так ли уж они «железобетонны», эти три кита?

 

Первый — помог преодолеть многие теоретические трудности; он помогает рассчитывать и все такое... Но он ведь — по большому счету — не доказан, он просто «принят», именно как постулату и положено…

Второй — «доказан» красным смещением Хаббла-Доплера. Но красное смещение может быть вызвано и другими (в том числе известными уже сейчас) причинами…

Третий — подтвержден уже многими наблюдениями (то есть подтверждены наблюдениями некоторые конкретные решения уравнений). Но ведь эти решения выполнены для сравнительно малых скоростей и совсем малых гравитационных полей. А физическая сущность времени все-таки сильно отличается от физической сущности остальных координат — пространственных, массы-энергии… И эти последние мы еще как-то себе представляем, чего уж никак нельзя сказать о времени…

Что-то в них — постулатах — не так, сдается мне. Лично мне ясно только одно:

позарез нужны ЧЧ!!!

 

 

Время

 

Теперь надо бы поговорить о времени — много раз в этой главе мы с ним встречались, но вот отдельно, специально о нем надо бы потолковать.

Начать придется с констатации печального факта: мы не знаем, что такое время. Подспудно, интуитивно, мы его как-то чувствуем, но знать — не знаем. До сих пор нет даже достаточно четкой формулировки. Классической считается формулировка, предложенная Ньютоном:

«Абсолютное, истинно математическое время, само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно, и иначе называется длительностью.

Относительное, кажущееся или обыденное время есть или точная или изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя, совершаемая при посредстве какого-либо движения мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как то: час, день, месяц, год…

…Все движения могут ускоряться или замедляться, течение же абсолютного времени изменяться не может. Длительность или продолжительность существования вещей одна и та же, быстры ли движения (по которым измеряется время), медленны ли, или их совсем нет».

Но и она, согласитесь, не очень…

 

Знаем (точнее сказать — предполагаем, поскольку ничего другого нам неизвестно), что оно «однонаправленно», то есть течет всегда вперед и только вперед. В решениях всяческих уравнений оно может менять знак (и уравнения от этого «хуже» не становятся, с точки зрения математики они одинаково равноправны, будь у времени знак «+» или «-»), но физических процессов с «отрицательным» временем мы пока не обнаружили. Даже поэтический образ превращения Фауста из старца в юношу этого не меняет: часы-то все, в том числе и у него самого, продолжали идти вперед… Так что его омоложение — это, так сказать, биологический феномен, а не физический. Может быть, такой феномен и возможен, если что-то изменить в работе клеток организма, в процессе их старения (этого процесса мы тоже, кстати сказать, не знаем: об этом – в главе «жизнь»).

Не дают ответа и решения уравнений различных моделей Вселенной: все «нормальные» решения для времени «безразличны», то есть расширяется ли Вселенная или сжимается, открыта она или замкнута… для времени все равно — оно всегда течет вперед. И только в одном «месте» этих решений возникает недоумение — в сингулярности. В этой точке вообще непонятно что творится со временем, и даже есть ли оно вообще. Но… в этой точке возникает бесконечная плотность вещества, вслед за ней бесконечными становятся все другие члены уравнений, и приходится забыть о времени: становится ясно, что сами уравнения в этой точке непригодны.

 

Вернемся теперь к модели Курта Геделя, бегло она нам встречалась несколько страниц назад. Физический смысл ее можно (грубо, конечно) изложить так: тяготение действует на все без исключения виды материи, в том числе на лучи света (т.е. на электромагнитное излучение) — тяготение их «искривляет»; не может ли оно искривить и линии времени?; если да, то такое искривление линий времени может быть доведено до замыкания их в кольцо (такие времяподобные замкнутые линии принято называть «петлями Геделя»); все события на такой «геделиане» повторяются с удручающей однообразностью через каждый оборот, вплоть до мельчайших подробностей; при таком решении возникают не только «петли», но и линии времени, ведущие из настоящего в прошлое. Решения Геделя вполне законны и равноправны с другими (по крайней мере до обнаружения в них ошибок — пока таковых не нашли).

Именно после появления этих решений Геделя фантасты получили в руки (вместо чистой выдумки, что была до того) некую «теоретическую базу».

Имеющиеся пока возражения не очень убедительны:

первое — «выкладки Геделя чисто теоретические, просто упражнения праздного ума»; с этим мы уже многажды встречались — Лобачевского и Римана помните?

второе — «это фантаста интересуют все возможные теоретические варианты, а физик — он как детектив, он должен выбрать из всех возможных единственный, реализованный природой»; ну, знаете ли, колеса в природе тоже нет, но оно теоретически не запрещено природой, то есть возможно — и вот вам результат, на вашем же велосипеде.

 

Лично мне гораздо более «убийственным» представляется другое возражение (хотя в литературе я его пока не встречал): решения Геделя молчаливо предполагают, что тяготение влияет на время таким же образом, как и на электромагнитное излучение. Но вряд ли это так — мы ведь не знаем, что такое время (как, впрочем, и электромагнитное излучение)…

И еще одно: во всех упомянутых решениях уравнений время и пространство (точнее пространство-время) рассматриваются как единая структура, но не связанная с окружающим веществом, а это ведь некорректно, об этом упоминалось несколько страниц назад…

 

 

Домой Оглавление Назад Дальше