Виктор Комаров - Тайны пространства и времени

• Название: Тайны пространства и времени
• Автор: Виктор Комаров
• Издательство: Вече
• Жанр: Философия
• Год: 2000
• ISBN: 5-7838-0711-7

Известный ученый и публицист В.Н. Комаров в своей книге размышляет над тайнами пространства и времени – самыми загадочными в ряду тайн мироздания.

---

Мало того, во Вселенной всегда есть такие «точки», которые находятся друг от друга на расстояниях, превосходящих расстояние оптического «горизонта». Между такими точками, очевидно, не может существовать никакой причинной зависимости. Образно говоря, ни одна из таких «точек» не может «знать», что происходит в другой. Не так уж трудно подсчитать, что к числу подобных «независимых» точек относятся, например, точки, расположенные на границах наблюдаемой области Вселенной и отстоящие друг от друга на угловые расстояния, превосходящие тридцать градусов. Между тем астрономические наблюдения выявили удивительный факт: оказывается, материя, расположенная у границ наблюдаемой Вселенной, везде – везде! – обладает приблизительно одинаковыми свойствами. Как же так? Каким образом это могло произойти? Если Вселенная равномерно расширяется, то в ней нет и не может быть никакого механизма, способного выравнивать неоднородности на расстояниях, превосходящих расстояние оптического горизонта.

Возникла и еще одна трудность, судя по всему, непреодолимая в рамках теории горячей расширяющейся Вселенной… Известно, что герои литературных произведений, вызванные к жизни воображением автора, затем по ходу развития действия приобретают самостоятельность, независимо от желаний и воззрений своего создателя. Сформулированный фантазией писателя образ в какой-то момент перестает ему подчиняться. В тех или иных ситуациях, возникающих в процессе повествования, герой может поступать только так и не иначе, в соответствии со своей предысторией и с тем характером, которым он наделен, независимо от того, хочет этого автор или не хочет. Обретя заданные писателем свойства и взгляды, он уже не может в дальнейшем подчиняться авторскому произволу. Любое насилие над образом сразу же сделает произведение противоречащим жизненной правде, а значит и не художественным.

Нечто подобное происходит порой и в науке. Разработанная тем или иным ученым теория обретает самостоятельную жизнь, может выйти из-под «контроля» своего создателя и привести к выводам, противоречащим его собственным представлениям о природе. Так произошло и с теорией относительности. Хотя сам Эйнштейн и был убежден в конечности Вселенной, из уравнений созданной им теории в принципе вытекала и другая возможность. Степень искривления пространства, согласно общей теории относительности, зависит от массы тяготеющего вещества. Поэтому, чем больше масса – тем сильнее кривизна. И при достаточно больших массах она может сделаться настолько значительной, что произойдет «свертывание», «самозамыкание» пространства – оно станет конечным.

Ну, а если масса окажется меньше некоторого критического значения? Тогда замыкания не произойдет и пространство будет бесконечным.

Проведем еще один «мысленный эксперимент». Соберем все вещество, все массы Вселенной – звезды, планеты, туманности, сгустки вещества, элементарные частицы – и равномерно «размажем», распределим эту массу по всему пространству, предварительно превратив ее – мысленно, конечно, – для удобства вычислений, в ядра атомов водорода – протоны. Подсчитаем, сколько протонов попадает в каждый кубический метр. Если десять и больше – Вселенная замкнута и конечна, если меньше – незамкнута и бесконечна.

Таким образом, от величины средней плотности непосредственно зависят геометрические свойства Вселенной. Но не только геометрические! Если фактическая средняя плотность больше критической, то расширение Вселенной со временем должно смениться сжатием. Общая масса Вселенной в этом случае окажется столь велика, что ее тяготение остановит разлетающиеся галактики и заставит их возвратиться к исходной точке, подобно тому, как сила тяготения Земли возвращает брошенный вверх камень. Если же средняя плотность меньше или равна критической – расширение Вселенной будет продолжаться неограниченно.

Таков теоретический вывод, позволивший сформулировать новую проблему, новое «знание о незнании». Нам известно, что геометрические свойства окружающего нас мира зависят от распределения вещества. Это – знание. Но нам неизвестно, какова точно реальная величина средней плотности в нашей Вселенной. Это – незнание. Незнание, открывающее путь к новым исследованиям…

Каковы же те данные, которыми располагает современная астрофизика относительно средней плотности вещества? У различных исследователей результаты получаются неодинаковые. Но все же на существующем уровне наших знаний принято считать, что реальная средняя плотность весьма близка к критическому значению, хотя «чуть-чуть» и «не дотягивает» до него. Если подобное представление соответствует действительности, то наша Вселенная незамкнута и бесконечна.

Однако задумаемся над тем, каким путем этот результат получен. Если не вдаваться в тонкости, то астрофизики поступили следующим образом: постарались учесть массы всех известных современной науке космических объектов и форм вещества, существующих во Вселенной, сложили полученные значения вместе и подсчитали, сколько вещества приходится на единицу объема. Вообще-то метод вполне надежный, я бы сказал – естественный. А как же иначе?..

И все было бы хорошо и убедительно, если бы не одно «но». К сожалению, у нас не может быть полной уверенности в том, что при подсчете средней плотности удалось учесть все, абсолютно все массы. А если не все? Это вполне возможно, поскольку нет гарантии в том, что все без исключения виды вещества во Вселенной нам уже известны. Вспомним хотя бы о проблеме «скрытой массы». Так что вполне может быть, что «кое-что» астрономы упустили. Вопрос в том, как велико это «кое-что»?

Пока астрономия оставалась чисто оптической наукой и все наблюдения велись с помощью обычных телескопов, исследователям Вселенной были известны главным образом те космические объекты, которые светятся, излучают свет. Однако с развитием радиоастрономии, а затем и заатмосферной всеволновой астрономии выяснилось, что существует и невидимое вещество, излучающее в других диапазонах электромагнитных волн. Так, например, межзвездный нейтральный водород излучает радиоволны длиной 21 сантиметр, а холодная космическая пыль «дает о себе знать» инфракрасным излучением.

Впрочем, общая масса такого невидимого вещества значительно уступает массе звездных островов галактик и, следовательно, сколько-нибудь существенных поправок в величину средней плотности внести не может. Казалось, достигнута полная ясность.

Однако, согласно астрофизическим данным, реальная средняя плотность в нашей Вселенной близка к «критической». Возникает естественный вопрос: почему это так? Простое совпадение? Но всякое совпадение настораживает: простые совпадения обычно весьма маловероятны. И если мы все же с ними сталкиваемся, они требуют соответствующих объяснений. У совпадений, если они не случайны (что, повторяем, маловероятно), должны быть вполне определенные причины. К какой же категории относится совпадение фактической средней плотности с «критической»? И если ко второй, то в чем причина такого совпадения? Скорее всего, «истоки» этого явления прячутся в очень отдаленном прошлом, где-то в первобытном «ядерном тумане» самых ранних этапов эволюции Вселенной.

У самого начала

Итак, в результате развития теории горячей расширяющейся Вселенной возникло новое очередное «знание о незнании». Во-первых, появилась необходимость объяснить с позиций этой теории однородность и изотропию Вселенной, и во-вторых – ответить на вопрос, в чем причина совпадения реальной средней плотности вещества с «критической».

И еще: почему пространство, в которой мы живем, обладает тремя измерениями – не больше и не меньше? В самом деле – почему именно тремя? В настоящее время разрабатываются различные теории, согласно которым мы, в действительности, обитаем в пространстве со значительно большим числом измерений. Однако во всех направлениях, кроме трех взаимоперпендикулярных – X, Y и Z, наше пространство «свернуто», потому нам оно и представляется трехмерным и мы можем перемещаться в нем только в трех направлениях. Но вопрос в том, почему пространство «свернулось» именно таким, а не каким-либо иным образом, остается без ответа.

И, наконец, быть может, самый главный вопрос: что было до начала расширения, до начального, «нулевого» момента. Иными словами, из чего наша Вселенная образовалась?

Однако все попытки получить ответы на эти вопросы в рамках классического сценария горячей расширяющейся Вселенной к успеху не привели. Установить причинную связь между предполагаемым начальным состоянием Вселенной и ее современными свойствами никак не удавалось. Стало ясно, что требуется какой-то принципиально новый подход…