Тайны пространства и времени (fb2)

- Тайны пространства и времени (и.с. Великие тайны) 0.99 Мб, 516с. (скачать fb2) - Виктор Ноевич Комаров

Настройки текста:



В. Комаров ТАЙНЫ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

К ЧИТАТЕЛЯМ


Мы живем в чрезвычайно странном и загадочном мире, свойства которого необыкновенно сложны и до сих пор во многом нам неизвестны! И поэтому нет ничего удивительного в том, что время от времени человеку приходится сталкиваться с загадочными явлениями и событиями, которым не удается в наше время дать правдоподобные научные объяснения. Потому и приписывают их «потусторонним силам», дремавшим или терпеливо выжидавшим своего часа на протяжении весьма длительного времени – шаловливым «домовым» или «барабашкам», бесцеремонно вторгающимся в жизнь некоторых людей, духам давно умерших обитателей Земли, выходцам с того света – и так далее, и тому подобное.

Но, наверное, это естественно, поскольку в таких явлениях и выражаются именно неизвестные современной науке особенности окружающего мира. Можно предположить, что часть таинственных явлений и событий так или иначе связана со свойствами пространства и времени, поскольку именно эти субстанции окружающей природы до сих пор остаются наименее исследованными и потому наиболее загадочными…

К подобным таинственным явлениям, точнее к сообщениям о них, можно относиться по-разному. Можно решительно отвергнуть их «с порога» и просто не обращать на них внимания, тем более что повторяются они довольно редко, а в большинстве случаев вообще носят «единичный» характер.

Можно посчитать их своеобразными «легендами», которые передаются от одного человека к другому по принципу «испорченного телефона» и обрастают при этом совсем уж неправдоподобными деталями и подробностями.

Но, с другой стороны, не следует забывать, что почти все то, что «лежит на поверхности» или в достаточной близости от нее, современная физическая наука уже изучила. И именно редкие, уникальные явления способны приподнять «завесу», скрывающую от нас «неведомое»!

С рассказа о некоторых подобных удивительных, поражающих воображение историях мы и решили начать эту книгу…


В одной деревне умерла молодая девушка. Ее похоронили на местном кладбище. А спустя несколько дней мать покойной увидела странный сон. Будто явилась ее дочь и говорит:

– Вы похоронили меня в туфлях на высоких каблуках, а нужно было в тапочках. Однако дело еще можно поправить. Поезжай в город на такую-то улицу, в такой-то дом. Там умер мужчина, завтра его будут хоронить. Положи ему в гроб тапочки для меня. Он здесь мне передаст…

Наутро мать проснулась, побежала в магазин, купила тапочки, села в автобус, поехала в город. Отыскала ту самую улицу, нужный дом. Смотрит, в самом деле собираются кого-то хоронить. Обратилась к родственникам умершего, объяснила в чем дело. Те, конечно, удивились, но особенно возражать не стали…

В ту же ночь мать вновь увидела во сне свою дочь. И на ней были те самые тапочки, которые она переслала ей столь необычным способом.

– Спасибо, – сказала дочь. – Тапочки я получила, теперь все в порядке…


Другая история еще более поразительна.

Ночью машинист тепловоза и его помощник вели тяжело груженный товарный состав. Участок пути был ровный, дорога прямая, поезд набрал большую скорость. Ровно гудели мощные двигатели. Вдруг помощник машиниста к чему-то прислушался:

– Слышишь? – спросил он.

– Что? – отозвался машинист.

– Вроде кричит кто-то.

– Да ты что? – удивился машинист. – Как мы можем в кабине, на ходу, услышать, если б кто и кричал.

– Да ты прислушайся, – настаивал помощник.

Машинист напряг слух, и ему в самом деле показалось, что он слышит крик женщины.

Машинист в растерянности посмотрел на помощника: что бы это могло быть? И что делать?

И тут на лобовом стекле кабины перед пораженными железнодорожниками возник, словно на экране телевизора, белый силуэт женщины. Сперва смутный и туманный, он постепенно начал прорисовываться, словно кто-то наводил изображение на фокус. И вот уже стали отчетливо различимы черты лица. Женщина развела в сторону руки, будто желая преградить путь стремительно несущемуся поезду.

– Тормози! – выкрикнул помощник.

Машинист машинально рванул рукоятку экстренного торможения. Лязгнули буфера, состав медленно начал сбавлять ход.

И сразу же призрачная фигура с лобового стекла исчезла, будто ее и не было. Состав остановился. Машинист и помощник выскочили на насыпь. Впереди в темноте на рельсах что-то белело. Железнодорожники, торопясь, побежали по шпалам. И остановились, пораженные. Перед ними лежал завернутый в белую простыню грудной ребенок…

Доведя состав до ближайшей станции, они сообщили о случившемся в отделение милиции и передали туда свою «находку».

Вскоре выяснилось, что мать ребенка, лежавшего на рельсах, умерла при его рождении. А отец буквально тут же привел в дом новую жену. Мачеха же решила избавиться от младенца и ночью тайком положила его на рельсы.

Когда машинисту и его помощнику показали фотографию умершей матери, они без колебаний узнали в ней ту таинственную женщину, изображение которой появилось на лобовом стекле их тепловоза…


И, наконец, еще одна история, уж совсем жуткая.

Один молодой человек как-то вечером зашел в ресторан поужинать. Он сел за единственный незанятый столик, сделал заказ и стал ждать, когда официант принесет блюдо. В это время дверь отворилась и в зал вошла молодая девушка в белом платье. Она огляделась в поисках свободного места и направилась к столику, за которым в одиночестве сидел молодой человек, назовем его Игорем.

– Можно присесть? – спросила она тихим голосом.

– Пожалуйста, – обрадовался Игорь: девушка показалась ему симпатичной.

Когда подошел официант, она заказала чашку кофе и пирожное. Игорь попытался заговорить с ней, она отвечала, хотя и вежливо, но как-то односложно, словно превозмогая себя. Тем не менее постепенно они разговорились. Девушка сказала, что ее зовут Галей, и даже назвала номер своего домашнего телефона.

Чем больше наблюдал Игорь за своей соседкой, тем больше она ему нравилась, несмотря на то, что выглядела она печальной, а ее лицо было неестественно бледным.

Игорь попросил официанта принести еще кофе и пирожных и предложил девушке. Она нерешительно подняла чашку и поднесла ко рту. Но пить не стала. Игорь ободряюще улыбнулся и сказал:

– Пейте на здоровье…

Рука девушки дрогнула, и часть кофе выплеснулась из чашки на ее белое платье. Она медленно опустила чашку на стол и поднялась:

– Мне пора…

Ее голос показался Игорю печальным.

– Я хотел бы вас снова увидеть, – сказал он.

– Нет, нет! – почему-то испуганно произнесла Галя.

– Но разрешите, по крайней мере, вас проводить.

– Нет, нет! – вскрикнула Галя и выбежала из зала.

Торопливо расплатившись с официантом, Игорь поспешил за девушкой. Но ее нигде не было видно…

На следующий день он решил позвонить ей. Набрал номер, попросил к телефону Галю. На другом конце провода, не ответив, повесили трубку. Игорь решил, что ошибся адресом, и набрал Галин номер еще раз.

– Что за глупые шутки? – ответил на этот раз возмущенный мужской голос.

– Какие шутки? – удивился Игорь. – Я прошу Галю.

– Галя умерла три дня тому назад, – был ответ. Трубка чуть не выпала из рук Игоря.

– Мне очень нужно вас видеть, – настойчиво сказал он и, узнав адрес, поехал к родителям девушки.

Разыскав их, попросил показать Галину фотографию. Да, это была та самая девушка, с которой вчера он сидел за одним столиком.

Не оставалось ничего другого, как обратиться в милицию. Могилу, в которой была похоронена девушка, вскрыли. В гробу лежала Галя. В том самом белом платье, в котором появилась в ресторане. И что самое удивительное, Игорь увидел на нем пятно от пролитого в тот странный вечер кофе…


Еще пример… Отрывок из письма, присланного в редакцию одного научно-популярного журнала.

«…Я лежала на диване, смотрела телевизор, когда дверь балкона внезапно отворилась и показалась длинная, невероятно тонкая нога, затем вошло и все существо. Это был не человек, а что-то человекообразное. Очень худой, высокий, выше дверного проема, серебристого цвета. Голова – большая, шарообразная, носа нет, вместо рта – щель. Он провел правой рукой по воздуху. Я ощутила странную тяжесть и потеряла сознание…»

К этой же сфере «необычного загадочного» можно, по-видимому, отнести и бесчисленные сообщения о появлении разного рода «неопознанных летающих объектов» (НЛО), особенно рассказы о непосредственных контактах с членами их экипажей, с так называемыми зелеными человечками.

Не станем сейчас обсуждать эти рассказы, а также пытаться определить степень их достоверности. Сразу признаемся, что на многие возникающие при этом вопросы невозможно дать достаточно правдоподобные, тем более научно обоснованные ответы.

В окружающем мире проявления «неизвестного» могут принимать порой весьма загадочный, таинственный и даже мистический характер.

Однако не будем торопиться с выводами. Мы надеемся, что читатели, познакомившись с содержанием настоящей книги, сами попытаются во всем разобраться и найти подходящие научные объяснения тем загадочным событиям, которые были только что изложены, а также тем, с которыми им, быть может, предстоит самим встретиться лицом к лицу. Или окончательно убедиться в том, что определенная часть подобных событий и явлений абсолютно не соответствует действительности!..


«Две вещи наполняют душу всегда новым и все более сильным удивлением и благоговением, чем чаще и продолжительнее ты размышляешь о них – это звездное небо надо мной и нравственный закон во мне».

И. Кант

«Судьба существа зависит от судьбы Вселенной. Поэтому разумное существо должно проникнуться историей Вселенной. Необходима такая высшая точка зрения».

К.Э. Циолковский

Мы живем в век нескончаемых сенсаций. Они то и дело обрушиваются на нас с экранов телевизоров, со страниц журналов и газет. Мы узнаем о них из радиопередач, из рассказов очевидцев, сообщения о таинственных явлениях и событиях передаются из уст в уста, наконец, мы сами время от времени становимся свидетелями различных необъяснимых феноменов. Загадочные события в Бермудском треугольнике, корабли, покинутые при невыясненных обстоятельствах своими экипажами, гигантский ящер, обитающий в глубине одного из шотландских озер, люди, наделенные чудесным даром ясновидения и способные предсказывать будущее, многочисленные экстрасенсы и даже колдуны, будто бы умеющие излечивать болезни, с которыми бессильна справиться современная медицина, неуловимые биополя, способность человека извлекать энергию из космоса, назойливые НЛО, то и дело появляющиеся в самых неожиданных местах и даже похищающие людей, таинственные «параллельные миры» с иными формами жизни и, самое поразительное, продолжение жизни человека после смерти…

Вот далеко не полный перечень загадочных феноменов, поражающих воображение и волнующих наших современников…

Что в действительности стоит за всем этим? Ничем не обоснованные безудержные фантазии, сплошные выдумки, предназначенные лишь для того, чтобы завладеть вниманием современников? Фальсификации, которые следует, не задумываясь, без сожаления отбросить? Быть может, наука все уже открыла и исследовала и на нашу долю не осталось больше никаких загадок и тайн?

А ведь великий Эйнштейн утверждал, что ощущение таинственности – это одно из самых прекрасных и глубоких переживаний, выпадающих на долю человека. Другой выдающийся физик – советский академик А.Б. Мигдал считал, что стремление находить в любом нерешенном вопросе нечто таинственное заложено в самой природе разумных существ.

Не будем, однако, торопиться с выводами. И загадки, и тайны не только продолжают существовать, они буквально окружают нас со всех сторон. И число их с развитием науки все возрастает. Многие из них со временем найдут объяснения в рамках уже существующих научных теорий. Другие потребуют новых дерзких шагов в неизвестное, оригинальных гипотез, граничащих с фантастикой. И каждая раскрытая тайна сделает понятней мир, в котором мы живем и частью которого являемся, расширит возможности человека и, конечно, поставит перед наукой новые, еще более увлекательные загадки.

Как известно, наука – это человеческая деятельность по производству знаний. С другой стороны, она в то же время представляет собой одну из форм человеческого сознания, наряду с моралью, искусством, философией и религией. Достижения науки не только изменяют условия жизни человека, но и оказывают огромное влияние на массовое сознание, на осмысление человеком своей роли и своего места в обществе и мироздании.

Наука служит основанием для построения Картины Мира, обобщающей не только данные естествознания, но включающей в себя также их философское осмысление и определенные методологические принципы. По мере развития науки одна Картина Мира сменяется другой, более совершенной. Они и определяют стиль мышления эпохи, то есть основные принципы подхода к познанию окружающей действительности.

В первобытном обществе существовало два уровня познания – эмпирический, основанный на практическом опыте, и мифологический, порожденный глубокой зависимостью наших далеких предков от природных и социальных сил.

Мифологическое мышление оказалось той почвой, на которой затем выросли религия, искусство и наука…


ВМЕСТО ПРЕДИСЛОВИЯ


Окружающий нас мир бесконечно разнообразен. И это обстоятельство рождает по меньшей мере три весьма важных следствия. Во-первых, в природе всегда будет оставаться нечто неизвестное, еще не открытое. Как заметил в свое время известный эстонский философ академик Г.И. Наан: «Процесс познания – дорога без финиша». Во-вторых, в подавляющем большинстве случаев неизвестное оказывается совершенно неожиданным, а следовательно, необычайно интересным. И, наконец, в-третьих, если есть неизвестное, то существуют многочисленные загадки и тайны. И, как правило, каждая очередная оказывается все более увлекательной!

Это вряд ли может какого-либо человека оставить равнодушным, даже если он непосредственно не связан с процессом научного исследования и специально не интересуется успехами, достижениями и проблемами современной науки. Дело в том, что в современном обществе наука достигла такого уровня развития, что от нее в той или иной степени зависит каждый обитатель Земли. К тому же самой большой, можно сказать, величайшей загадкой окружающего мира является сам человек.

И если попытаться классифицировать мировые загадки по уровню их значимости, то вне всякого сомнения одно из первых мест займут тайны пространства и времени! Ведь именно пространство и время являются наиболее существенными характеристиками среды нашего обитания!

Нас беспрестанно интригуют, например, такие вопросы: в каком пространстве мы живем, сколько в нем измерений, в частности, является ли пространство нашего мира трехмерным или многомерным, и если справедливо последнее, то где «скрываются» эти высшие измерения и что из всего этого следует?

Не менее увлекательны и интересны проблемы, связанные и с одной из самых таинственных физических субстанций материального мира – временем. Почему время всегда течет в одном направлении и так ли это на самом деле? Можно ли путешествовать во времени – проникать в прошлое и в будущее и возвращаться после этого в свою эпоху? Можно ли, оставаясь в своем времени, заглядывать мысленным взором в будущее и предвидеть предстоящие события? Можно ли вмешиваться в уже состоявшиеся события, то есть изменять прошлое? Исчезает ли прошлое бесследно или в какой-то еще неизвестной нам форме где-то сохраняется? И так далее, и тому подобное…

И, наконец, может ли человек по своему желанию оказывать влияние на фундаментальные свойства пространства и времени, а следовательно, управлять процессами глобального и даже космического порядка? И какую роль во всем этом играет человеческое сознание?

Существует великое множество самых различных гипотез, пытающихся дать ответ на перечисленные и подобные им вопросы. В том числе весьма необычных и даже граничащих с фантастикой. Автор настоящей книги поставил перед собой задачу осветить эти предположения с позиций современного естествознания и надеется, что помещенные в Приложении беседы с российскими учеными будут интересны читателям.

Проблемы пространства и времени относятся к наиболее актуальным и сложным проблемам современного естествознания. И для того, чтобы в них как следует разобраться, изложения на научно-популярном уровне различных конкретных представлений, относящихся только к областям физики, астрофизики и математики, явно недостаточно.

Поэтому автор решил предпослать основному содержанию настоящей книги ряд материалов, посвященных некоторым вопросам философии современного естествознания, методологии научных исследований и современному стилю научного мышления, а также описанию принципиально важных этапов развития естественных наук, в особенности в XX столетии.

Читатели, которые уже знакомы с предыдущей работой В.Н. Комарова «Тайны космических катастроф», наверняка отметят, что тематика в этих двух книгах в чем-то переплетается. Дело в том, что различные процессы и явления во Вселенной до такой степени взаимосвязаны и взаимообусловлены, что мы невольно время от времени вынуждены возвращаться при изложении сходных вопросов к одним и тем же проблемам современной физической и астрофизической теории, поскольку в противном случае не сложится достаточно полная и единая картина описываемых процессов и явлений.

В упомянутой выше книге обосновывалась гипотеза автора о наличии в мироздании некоего «сознательного начала» – Космического Разума.

Гипотеза эта на первый взгляд кажется фантастической, тем не менее мы вынуждены признать, что в современной науке накопился целый ряд фактов, которые невозможно объяснить как-либо иначе. А гипотеза о Космическом Разуме не только выглядит вполне правдоподобной, но и естественно вписывается в современную Научную Картину Мира, объясняя многие явления, которые до этого не получали серьезных объяснений и выглядели крайне загадочными и таинственными. По нашему мнению, представление о существовании Космического Разума является очень важной составной частью современного научного миропонимания.

Поэтому мы решили, хотя и в несколько сокращенном виде, для полноты изложения, вновь остановиться на этой проблеме. Тем более что в существующей научно-популярной литературе мы не встречали достаточно полных и убедительных его обоснований.


От Вселенной к человеку


Однажды к великому Альберту Эйнштейну явился газетный репортер и попросил его в нескольких словах, популярно, объяснить для широкой публики, в чем отличие его общей теории относительности от классической физики Ньютона. Подумав, Эйнштейн сказал: «Если бы в один далеко не прекрасный день из мира исчезла вся материя, то с точки зрения классической физики пространство и время все равно сохранились бы. С точки же зрения общей теории относительности, с исчезновением материи исчезли бы также пространство и время…»

Это означало, что с точки зрения общей теории относительности не существует ни абсолютного ньютоновского пространства – «пустого» вместилища, в котором «разбросаны» взаимодействующие друг с другом по закону всемирного тяготения небесные тела, ни абсолютного времени – единого для всех точек Вселенной. Пространство и время – только формы существования материи.

Но поскольку человек и все объекты, нас окружающие, являются элементами материального мира, то мы тоже существуем в пространстве и во времени, и свойства, какими они обладают, приобретают для нас важнейшее, можно сказать, решающее значение и представляют огромный интерес!

От характера этих свойств, а также от того, насколько глубоко мы их изучим, непосредственно зависят условия нашей жизни и деятельности, более того, по сути дела – само наше существование!

Звездное небо всегда притягивало к себе человека. Выдающийся римский философ Сенека говорил, что если бы на нашей планете было только одно место, откуда можно было бы наблюдать звезды, то к этому месту со всех концов Земли стекались бы люди…

Возникла ли жизнь на Земле случайно или она была «запрограммирована»?

Об этом думали не только великие философы древности, но и выдающиеся мыслители XX столетия – Эйнштейн, Циолковский, Вернадский. И вопросы эти вполне объяснимы. Человек – порождение космоса: мы состоим из тех же космических «пылинок», из которых состоят планеты и галактики, и, естественно, нам хочется знать, каково место человечества во Вселенной.

Исчерпывающего ответа на эти вопросы современное естествознание, к сожалению, дать пока не может. И тем не менее мы уже достаточно много знаем о мироздании, чтобы выдвигать достаточно обоснованные предположения и версии.

Вселенная представлялась нашим предкам огромным домом, в котором живут, сменяя друг друга, многие поколения людей. Периодические перемещения небесных тел они рассматривали как предначертания судьбы и пытались проникнуть в тайны этих предначертаний, наблюдая за планетами и звездами…

Мыслители древности осознали, что человечество – часть Вселенной, микрокосм – человек является частью макрокосма – мироздания, Универсума. С появлением системы мира Аристотеля-Птолемея, которая отвела Земле центральное место в мироздании, наша планета в глазах людей стала «главным» небесным телом, вокруг которого «вращалось» все остальное и в буквальном и в переносном смысле. Эта геоцентрическая система мира к тому же хорошо согласовалась с религиозными представлениями о том, что Земля и Вселенная созданы специально Богом для человека. Человек ощущал себя «венцом творения» и воспринимал это как нечто само собой разумеющееся.

Однако в XVI столетии Н. Коперник доказал, что на самом деле в центре Солнечной системы находится Солнце, а Земля – всего лишь одна из планет, обращающихся вокруг него. Образно говоря, Коперник низвел Землю на положение рядовой планеты, рядового небесного тела и тем самым «лишил» человечество его прежней «космической роли».

И людям, скрепя сердце, пришлось примириться с тем, что наша планета не является центром Солнечной системы.

Затем астрономы обнаружили, что не только Земля не занимает особого места в мироздании, но и Солнце, что оно – более или менее типичная звезда, каких во Вселенной великое множество, которая входит вместе с другими звездами в состав гигантской звездной системы – Галактики, и ничем вроде не выделяется среди своих многочисленных космических соседей.

Пришлось смириться и с этим «унижением», пережить и этот удар по человеческой самонадеянности, гордыне и самомнению. Так во всяком случае считал американский астроном X. Шепли. Более того, он предрекал, что в дальнейшем последуют новые «унижения». И этот прогноз как будто оправдался. Согласно данным современной астрофизики, наша Галактика оказалась лишь одной из миллиардов звездных систем, образующих наблюдаемую область Вселенной – Метагалактику.

Постепенно астрофизики стали приходить к выводу о том, что наряду с нашей существует множество других вселенных, быть может, обладающих совершенно иными свойствами.

Между прочим, Шепли считал, что человек не может претендовать на лидерство и в чисто биологическом отношении, поскольку – если не принимать во внимание интеллект – обладает в этом смысле весьма скромными возможностями. А другой известный исследователь Вселенной советский астрофизик И. Шкловский усматривал главный порок именно в высокоразвитом интеллекте. Он считал, что это наиболее слабое место современного человечества, которое неминуемо приведет его к самоуничтожению.

Не можем мы, по всей вероятности, претендовать и на уникальность как «носители разума». Скорее всего, во Вселенной существует и немало других обитаемых миров, населенных разумными существами. И хотя некоторые из них по своим интеллектуальным возможностям и уступают жителям Земли, но в совокупности они располагают значительно большим, чем современное человечество, объемом информации о мире.

Таким образом, открытие Коперника, совершившее величайшую революцию в естествознании и утвердившее научную точку зрения на строение Солнечной системы, в то же время, как ни странно, оказало весьма неожиданное влияние на осознание человеком своего положения в мироздании, на его мироощущение.

Как это ни парадоксально, учение Коперника сыграло крайне отрицательную роль, ведь человек утратил в собственных глазах свое «вселенское значение». Люди стали рассматривать себя в сравнении с космосом как «абсолютное ничто». Не случайно же известный английский астрофизик и популяризатор науки Джеймс Джинc, автор нашумевшей в свое время гипотезы происхождения Земли и планет, во всеуслышание заявлял, что жизнь – это плесень, возникающая на поверхности небесных тел…

Не можем мы претендовать и на уникальность как носители разума, ибо скорее всего во Вселенной существует множество обитаемых миров…

Невольно складывалось впечатление, что мы – люди – представляем собой явление весьма заурядное и можем утешаться лишь тем, что во Вселенной почетно играть даже весьма скромную роль. Именно к такому заключению вполне закономерно приводила «коперниковская традиция» в астрономии.

Принципиально иной точки зрения придерживался академик В.И. Вернадский, создавший учение о биосфере и ноосфере – «сфере разума». Под влиянием научной мысли и человеческого труда, утверждал Вернадский, биосфера переходит в новое состояние – «ноосферу». Вернадский считал, что ноосфера это естественный и неизбежный результат эволюции биосферы, обусловленный совершенствованием головного мозга человека, которое привело к появлению «Homo sapiens», к наступлению антропогенной эры.

Именно духовное начало, утверждал Вернадский, выступает как регулятор мира материи и энергии. Особую роль человека как познающего субъекта отмечал и последователь Вернадского Тейяр де Шарден: «Только исходя из человека может человек разгадать мир…»

К счастью, в последние годы наука повернулась лицом к человеку. Проблема выживания человека в нашем неустойчивом мире, обеспечения ему достойного настоящего и будущего стала едва ли не основной темой размышлений философов, астрофизиков, естествоиспытателей и других ученых, весьма заметно изменила наши представления о месте и роли человека и человечества в мироздании.

Вселенная перестала рассматриваться как нечто отвлеченное, абстрактное, как мир, существующий вне человека и даже ему противостоящий. В современном понимании Вселенная – это сфера человеческого бытия, человеческой деятельности… мир человека! Вселенная – это мы сами!

Таким образом, в достижениях современного естествознания возрождается идея единства макрокосма – космоса и микрокосма – человека. Судьбы человечества и Вселенной, оказывается, очень тесно связаны. В свете современных интеллектуальных достижений Вселенная выглядит уже не как заведенные раз и навсегда часы, а как живой организм, частью которого являемся и мы, а возможно, и другие космические цивилизации. Иными словами, Вселенная – это не просто наш «космический дом», а – подчеркнем еще раз – мы сами!

В современной науке и прежде всего в астрофизике в новом качестве возрождается идея о «человеческом измерении» Вселенной. Еще сравнительно недавно Вселенная представлялась своего рода декорацией и только. Декорацией, на фоне которой развертываются драматические коллизии человеческой жизни. В свете же современных представлений Вселенная выглядит как сложная «человекомерная» система.

Не будем сейчас говорить о том, что теория Шепли вызывает внутренний протест, напоминать и о том, что другие космические цивилизации пока не обнаружены и что некоторые исследователи Вселенной высказывают предположение о возможной уникальности земной цивилизации (и особой моральной ответственности, которая ложится на нее в связи с этим). С другой стороны, не будем и преуменьшать могущество человека. Вспомним о том, что, по мнению В.И. Вернадского, «ноосфера» должна стать силой столь же мощной, как и геологические процессы…

Как известно, наша Вселенная расширяется, и человечество возникло лишь на определенном этапе этого эволюционного процесса. И для перспектив земной цивилизации совсем не безразлично, будет ли это расширение продолжаться вечно или со временем сменится сжатием? Сжатием, которое неминуемо приведет к гибели всего живого…

Этот вопрос, как и вопрос о возможной «тепловой смерти мира», и другие вопросы, представляющие интерес для современной астрономии и астрофизики, имеют и глубокий человеческий смысл.

Над этим стоит задуматься. Казалось бы, подобные проблемы должны волновать только теоретиков: ведь по самым пессимистическим оценкам трагические события, о которых идет речь, могут произойти в нашей области мироздания не раньше, чем через десятки миллиардов лет. Но неожиданно выяснилось, что призраки грядущей «тепловой смерти» мира в результате всеобщего сжатия, несмотря на то, что они «маячат» в невообразимо отдаленном будущем, вызывают большой интерес у совершенно разных людей. С точки зрения «чистой» теории эволюции Вселенной такой интерес по меньшей мере представляется непонятным.

Но если учесть, что Вселенная – это «человекомерный» объект, то все сразу становится на свои места. Возможность грядущих катастроф вызывает у нас внутренний протест прежде всего по мировоззренческим причинам. Точно так же, как вызывает у современного человека протест призрак «ядерной зимы». Независимо от того, как скоро могут произойти подобные катастрофы, они внутренне неприемлемы для каждого из нас, поскольку несут гибель всему человечеству.

Стоит задуматься и о том, почему и каким образом угроза «тепловой смерти» Вселенной в свое время вызвала у людей столь бурное интуитивное неприятие задолго до того, как современная наука пришла к выводу о единстве человека и Вселенной и ее «человекомерности». Более того, это неприятие проявилось в эпоху, когда в естествознании все еще преобладало представление о ничтожности человека перед Вселенной.

Возможно, это объясняется тем, что человек изначально отражает в себе фундаментальные особенности и свойства Вселенной. Иными словами, не исключено, что человеческая интуиция питается информацией, которую природа «закладывает» в человека при его рождении.

Не это ли является причиной поразительных интуитивных «озарений», которыми, в частности, не так уж бедна и история естествознания…

В связи с потенциальной угрозой космических катастроф возникают и проблемы практического порядка. Дело в том, что, как выяснилось, наша Вселенная не только «расширяющаяся», но и буквально «взрывающаяся». Оказалось, что очень многие фазы космической эволюции нестационарны. Постоянно наблюдаемые движения и состояния небесных светил скрывают фантастические по своей мощности энергетические процессы.

Если бы нечто подобное произошло в непосредственной близости от Земли, это могло бы иметь фатальные последствия для биосферы и человечества. Поэтому необходимо научиться предвидеть и прогнозировать такие явления. К сожалению, пока что физическая природа многих из них понята не до конца…

То, о чем говорилось выше, – лишь одна сторона взаимосвязи человека и Вселенной. Есть и другие. Человек существо не только общественное, но и космическое. Поэтому и поведение людей, и выбор ими тех или иных жизненных путей, и принятие решений в различных ситуациях, цели, которые они перед собой ставят, идеалы, к которым стремятся, – зависят не только от окружающих человека социальных и природных условий, но и от осознания того места, которое человечество занимает в мироздании, той роли, которую оно должно играть в общем процессе эволюции материи. И, разумеется, от того, какова Вселенная, частью которой человек является и черты которой он в себе несет, свойства которой он отражает.

И поскольку все процессы, происходящие в окружающем нас мире, протекают в пространстве и во времени, именно эти области физической реальности выдвигаются в современном естествознании на первое место.


Принцип Коперника


Учение Коперника, в основе которого лежало выявление реальных, а не наблюдаемых с Земли движений небесных светил – Солнца, Луны и других планет, по сути дела открыло совершенно новый этап в развитии науки об окружающем мире. Его методологической основой стал принцип, который с полным правом можно назвать «Принципом Коперника», – мир не всегда таков, каким мы его непосредственно наблюдаем, то есть видимое – не всегда является действительным, соответствует ему! И следовательно, любая информация, поступающая в наше распоряжение, нуждается в тщательном и всестороннем изучении. Таким образом, главная задача науки состоит в том, чтобы устанавливать внутреннюю сущность явлений.

Но как узнать, действительно ли и в какой степени данные, полученные в результате научного исследования, отражают эту внутреннюю сущность? Какой меркой измерить их научное значение? Универсальный способ хорошо известен: критерием истинности любых научных гипотез и теорий является практика. Практика в самом широком значении этого слова – и опыт, и наблюдения, и практические применения полученных результатов.

Но каким образом применить этот критерий в тех случаях, когда новый результат только-только получен? Или, что нередко случается, лишь «на подходе»? Как оценить и соответствие истине, и перспективность? Как определить по достоинству место, которое он может занять в науке, то влияние, которое он способен оказать на ее дальнейшее развитие?

Особенно важно получить надежный, обоснованный ответ на эти вопросы в тех случаях, когда речь идет о фундаментальных исследованиях. От этого непосредственно зависит оптимальное планирование науки, успешное управление процессом научного исследования, распределение средств, а в конечном счете весомость вклада этих исследований в научно-технический прогресс.


Что говорит на этот счет история естествознания?


Долгое время главным, если не единственным способом такой оценки была дискуссия, спор, в ходе которого его участники старались выяснить, в какой степени новое знание отвечает действительности? Подобный способ установления истины нашел свое отражение и в знаменитых диалогах Платона, Д. Бруно и Г. Галилея. И хотя, начиная с основополагающих трудов Галилея, в естествознании утвердился более надежный экспериментальный метод проверки результатов научных исследований, тем не менее не утратили своего значения и научные дискуссии. Они и по сей день играют чрезвычайно важную роль в развитии науки, особенно в тех случаях, когда возникает возможность неоднозначного истолкования тех или иных фактов, или для построения достаточно обоснованной теории не хватает опытных или наблюдательных данных.

Особенно часто подобные ситуации складывались в астрономии, где во второй половине XX столетия число новых фактов, требовавших теоретического осмысления, стремительно возрастало, а методы их объяснения нередко противоречили друг другу.

Вспоминается, например, многолетняя дискуссия о природе лунных кольцевых гор – кратеров. Значительная часть астрономов, изучавших Луну, связывала их образование с вулканическими процессами. Другие же исследователи считали, что лунные кратеры возникли в результате метеоритной «бомбардировки». Спор продолжался на протяжении многих лет и немало способствовал развитию наших знаний об этом небесном теле, поскольку каждая из сторон стремилась получить новые данные о Луне, которые подтвердили бы обоснованность ее позиции.

Другим примером острой и во многом бескомпромиссной полемики, начавшейся в 1950-е годы, является дискуссия о направленности эволюционных процессов во Вселенной. Тогда схлестнулись две исследовательские программы. Согласно одной из них, которую обычно называют классической, эти процессы протекают от более разреженных состояний к более плотным, в частности, звезды образуются в результате конденсации диффузного вещества. Другая концепция, выдвинутая академиком В.А. Амбарцумяном и его школой и получившая название «Бюраканской», прямо противоположна. Ее сторонники исходят из того, что эволюционные процессы протекают от состояний более плотных или даже сверхплотных – к более разреженным.

В отличие от дискуссии о лунных кратерах, которая, несмотря на всю ее значимость для планетной астрономии, все же носила частный характер, дискуссия о направленности эволюционных процессов имеет фундаментальное значение для формирования наших представлений о Вселенной и построения научной картины мира.

Подобные дискуссии имеют огромное познавательное значение, они позволяют не только оценить степень достоверности данных, но и служат эффективным механизмом творческого поиска, приращения нового знания. В ходе подобных дискуссий не только выдвигаются новые идеи, не только рождается новое понимание, но и, что также очень важно, новое «знание о незнании», то есть новые проблемы, новые «опросы, требующие ответа.

В то же время история науки показывает, что итоги тех или иных этапов таких теоретических споров нельзя абсолютизировать и на этом основании объявлять одно из конкурирующих направлений несостоятельным. Нельзя даже в том случае, если в данный момент его поддерживает большинство научного сообщества.

Во-первых, еще Галилей справедливо отмечал, что в науке мнение одного может оказаться правильнее, чем мнение тысячи. И история науки это убедительно подтверждает. А во-вторых, главным судьей при столкновении различных взглядов и различных концепций является практика, как в виде непосредственных результатов астрономических и астрофизических наблюдений, так и в форме подтверждения новых теоретических результатов с помощью «старого» знания, достоверность которого уже доказана эмпирически.

Это действительно так. Например, упомянутая выше дискуссия о лунных кратерах временами выглядела довольно схоластически, поскольку в полемическом задоре одни и те же факты истолковывались сторонниками разных точек зрения в свою пользу, то есть прямо противоположным образом. И эта дискуссия закончилась только тогда, когда космические аппараты, побывавшие на Луне, доставили необходимую информацию, позволившую наконец сделать выбор и отдать предпочтение представлению о метеоритном, ударном происхождении лунных кольцевых образований.

В споре «классической» и «бюраканской» эволюционных концепций такой «решающей» информации пока нет. Поэтому вряд ли целесообразно, как это нередко делается, полностью игнорировать «бюраканскую» концепцию на том основании, что в настоящее время большинство астрономов придерживается «классической» гипотезы.

Тем более что опыт той же дискуссии о лунных кратерах показал и другое: хотя восторжествовала ударная гипотеза, все же оказалось, что вулканические явления в определенную эпоху на Луне происходили и оставили на ее поверхности весьма существенные следы.

Возникает вопрос: не слишком ли категорично в пылу полемики поступают участники «эволюционной» дискуссии, полностью отбрасывая противоположную точку зрения? Ведь нельзя заранее полностью исключить, что в бесконечно разнообразной Вселенной при одних условиях космические объекты формируются в результате распада, а при других – в результате конденсации…

Разумеется, было бы идеально располагать таким способом оценки, с помощью которого можно было бы сразу определять, в какой мере различные открытия, предположения и теории отвечают истинному положению вещей и какое влияние они способны оказать на дальнейшее развитие науки. Но пока это только мечты. И скорее всего вообще несбыточные.

Между тем на практике используются различные методы. С максимальной точностью можно оценить значение тех изысканий, которые почти сразу же могут использоваться в производстве. С фундаментальными же исследованиями, которые могут оказать существенное влияние на научно-технический прогресс лишь в будущем, дело обстоит значительно сложнее. Говорят, что нет ничего практичнее хорошей теории. Однако чаще всего ее «практичность» заранее отчетливо не просматривается.

Применяются, например, экспертные опросы. Делаются попытки оценить воздействие той или иной научной работы на развитие науки по числу ссылок на нее в трудах других исследователей. Однако все эти и другие подобные способы в силу целого ряда причин дают лишь весьма приблизительные результаты…

Тем не менее, несмотря на все трудности, связанные с его практическим применением, принцип Коперника стал идейным фундаментом всего дальнейшего развития науки, и можно считать, что именно с этого момента появилось естествознание в его современной форме.

В дальнейшем на протяжении нескольких столетий поиски этой «внутренней сущности» явлений велись с позиций так называемой классической физики, основанной на работах Галилея и Ньютона – основоположников классической механики, науки, претендовавшей на описание и объяснение всех без исключения явлений природы. Усилиями механики была построена соответствующая картина мира и сложился особый стиль научного мышления, который постепенно стал господствующим стилем мышления эпохи.

Механистический подход классической физики к познанию мира выразил Пьер Лаплас – один из выдающихся ее представителей: «Дайте мне положения и скорости всех частиц в мире, и я совершенно точно рассчитаю все будущие события на вечные времена»…

К концу XIX столетия многие думали, что физическая картина мира в основном завершена, и осталось уточнить лишь некоторые мелкие детали. Однако подобные представления оказались обманчивыми и очень скоро были опровергнуты.


На рубеже столетий


Дальнейшее развитие физической науки привело к выяснению целого ряда фактов, которые не укладывались в прокрустово ложе чисто механических представлений классической науки. Чтобы осмыслить эти факты и найти им объяснения, потребовалась разработка новых, более общих теорий. Проанализировав результаты опыта Майкельсона, показавшего, что скорость света не зависит от скорости источника, А. Эйнштейн создал специальную теорию относительности (СТО). Затем тот же Эйнштейн, сопоставив две, казалось бы, далекие друг от друга «вещи» – инерцию и тяготение, – разработал новую теорию гравитации – общую теорию относительности (ОТО), которая пришла на смену ньютоновской теории тяготения и отождествляла гравитацию с искривлением, то есть геометрическими свойствами пространства.

Кардинальные открытия были сделаны и в других областях физики. В 1895 году были обнаружены рентгеновские лучи, а вскоре – и явление радиоактивности. Э. Резерфорд открыл атомное ядро, а еще немного спустя М. Планк выдвинул идею квантования энергии, заложив тем самым основы квантовой физики.

Эта революция в области физики охватила и многие другие области естествознания и заставила по-новому взглянуть на сам процесс научного познания. Стало ясно, что любые научные теории имеют определенные «границы применения», в пределах которых они хорошо объясняют все известные факты. Но в принципе всегда могут быть обнаружены факты, лежащие за этими пределами. И тогда требуется создание новых более общих теорий, в рамки которых укладываются и ранее известные факты и новые. При этом прежние теории не отбрасываются, они остаются справедливыми в границах своей применимости, становятся как бы предельными случаями теорий более общих.

Становление новой неклассической физики не могло не сказаться и на формировании соответствующего ей неклассического стиля научного мышления.


Революция в астрономии


В середине XX столетия революция произошла и в современной астрономии. Хотя она и носила локальный характер, тем не менее внесла достаточно существенные коррективы в сложившиеся к тому времени взгляды на мир.

До того Вселенная представлялась стационарной, то есть считалось, что она изменяется с течением времени плавно и постепенно. Однако в дальнейшем был обнаружен целый ряд «нестационарных» космических объектов, в которых за короткие, по астрономическим масштабам, промежутки времени происходили качественные изменения, сопровождающиеся выделением колоссальных количеств энергии. К числу подобных объектов относились, например, квазары (о которых подробнее мы поговорим позже), а также некоторые галактики. Вообще выяснилось, что нестационарные явления происходят буквально на всех уровнях существования материи во Вселенной. У астрофизиков даже вошел в обиход термин «взрывающаяся Вселенная».

Известный астрофизик академик В.А. Амбарцумян предположил, что их природа связана с какими-то еще неизвестными нам физическими процессами и еще не открытыми современной наукой законами физики.

В результате сложилось отчетливое представление о том, что Вселенная – это грандиозная физическая лаборатория, в которой мы можем наблюдать такие явления, которые не можем воспроизвести и исследовать в земных лабораториях.

Как и другие революции в науке, революция в современной астрономии связана не только с обнаружением новых, неизвестных ранее фактов, но и с рядом новых методологических проблем. В частности, сложились два принципиально противоположных подхода к пониманию сущности эволюционных процессов, протекающих во Вселенной.

Один из них получил название «классического». Его сторонники считают, что звезды и галактики образуются в результате конденсации холодного газа. Согласно концепции, разработанной В.А. Амбарцумяном и учеными Бюраканской обсерватории, расположенной под Ереваном, звезды и галактики образуются в результате распада – быть может, взрывного распада, очень плотных «дозвездных тел».

Расходятся последователи упомянутых концепций и в способах исследования. «Классики» придерживаются метода построения теоретических моделей. Любое предположение они стараются облечь в математическую форму и с помощью введения вспомогательных «подгоночных» параметров получить желаемый результат – согласовать модель с фактами.

Академик же Амбарцумян считал, что к построению математической теории можно приступать только при наличии достаточного количества фактов.


Постнеклассическая наука


Как мы уже отмечали, основу неклассической науки составили такие фундаментальные физические теории как специальная и общая теории относительности и квантовая механика. Неклассическая наука определяла характер естествознания вплоть до 70-х годов XX столетия. Но затем, в результате использования в естествознании компьютерных технологий, подход к изучению тех или иных проблем изменился. Если раньше исследование природы развивалось по отдельным, в значительной мере обособленным направлениям, то для современного естествознания стал характерным комплексный подход к исследованию различных, часто разнородных, на первый взгляд, явлений.

Еще Эйнштейн пытался создать единую теорию, которая объединила бы электромагнитные явления и гравитацию. Однако ему не были тогда известны сильные (ядерные) и слабые (с участием нейтрино) взаимодействия. К тому же он принципиально отвергал квантовую механику. Поэтому в то время его попытки к успеху не привели.

Однако в истории науки нередко складываются парадоксальные ситуации. К их числу можно отнести и создание квантовой теории поля, которая представляет собой синтез отвергавшейся Эйнштейном квантовой механики и разработанной тем же Эйнштейном специальной теории относительности. В свою очередь, на основе этой теории была построена квантовая электродинамика, описывающая взаимодействие между электронами и фотонами и с очень большой степенью точности подтвержденная многочисленными экспериментами. Оказалось, что электромагнитные взаимодействия заряженных частиц обусловлены тем, что эти частицы обмениваются фотонами.

Затем аналогичная теория была создана и для сильных взаимодействий – квантовая хромодинамика. В основе этой теории лежит представление о том, что составные части атомных ядер – нуклоны состоят из особых элементарных частиц, обладающих дробными электрическими зарядами – кварков. В настоящее время считается, что в природе существуют кварки нескольких различных типов или «ароматов», и для каждого кварка имеется соответствующий антикварк. Что же касается взаимодействия кварков в нуклонах, то квантовая хромодинамика объясняет его обменом особыми безмассовыми частицами – глюонами.

Развитие квантовой хромодинамики позволило значительно расширить существовавшие ранее представления о глубинных свойствах материи и приступить к созданию единой теории, объединяющей все известные элементарные частицы. Суть ее состоит в том, что основные физические взаимодействия – слабое, электромагнитное, сильное и гравитационное – проявляются как разные только при сравнительно небольших энергиях, а при достаточно высоких энергиях они сливаются, объединяются.

Вообще для современной теоретической физики характерно стремление к обобщениям – к тому, чтобы обнаружить скрытое сходство в, казалось бы, разнородных явлениях.


В расширяющейся Вселенной


Конец XX столетия ознаменовался весьма важными открытиями и теоретическими разработками в области астрономии и астрофизики.

Как известно, мы живем в расширяющейся Вселенной. Все окружающие нас скопления галактик взаимно удаляются. Впервые на это обстоятельство указал ленинградский математик А. Фридман, обнаруживший в уравнениях ОТО нестационарное решение, не замеченное Эйнштейном. В дальнейшем этот теоретический вывод был подтвержден открытием так называемого красного смещения в излучении галактик, которое свидетельствовало об удалении этих источников излучения.

Еще спустя некоторое время была разработана теория «горячей расширяющейся Вселенной», согласно которой она образовалась в результате «Большого взрыва» первоначального необычайно плотного сгустка космического вещества – своеобразного «первоатома». Эта теория долгое время считалась общепринятой, но затем обнаружился ряд обстоятельств, которые она объяснить не смогла.

Тогда возникла еще одна, как бы «дополнительная» теория, относящаяся к самому начальному этапу формирования Вселенной и способная преодолеть возникшие трудности. Более подробно мы познакомимся с этой теорией несколько позже, поскольку она имеет непосредственное отношение к распределению материи в пространстве мироздания.

И даже самый интригующий вопрос: что заставило материю нашей Вселенной формироваться именно в звездные системы – галактики? – не считается в наши дни бесперспективным.

Таковы главные события, характеризующие постнеклассический этап развития физики и астрофизики в XX столетии. Вполне естественно, что они внесли немало нового и в научную картину мира и в соответствующий этой картине стиль научного мышления.


«Знание о незнании»


В последние годы в произведениях научно-популярной, научно-художественной и научно-фантастической литературы часто встречаются такие слова как «загадка», «тайна», «неизвестное», «неведомое» и им подобные. И это не случайно. Дело не только в том, чтобы привлечь внимание читателей к этим книгам. А в том, что по существу процесс научного исследования представляет собой не что иное, как своеобразный увлекательный детектив, цель которого – раскрытие тайн природы.

Такая цель не может не увлекать и тех людей, которые непосредственно участвуют в научных исследованиях, и тех, кто интересуется достижениями и проблемами современной науки.

Способность познавать окружающий мир, раскрывать причины явлений и закономерные связи и зависимости между ними – одна их удивительнейших способностей человека! Благодаря ей он открыл фундаментальные законы мироздания, проник в целый ряд сокровенных тайн строения материи, в загадочные глубины микромира. Полученные знания помогли людям буквально из земли, воды и воздуха создать впечатляющий мир техники – машины, станки, самолеты, космические ракеты, межпланетные корабли, орбитальные станции… Приступив к успешному освоению космоса, человечество превратилось в космическую цивилизацию!

Естествознание XX столетия, в особенности его второй половины, вышло на принципиально новые рубежи. Напрашивается одно любопытное сравнение. Современные психологи считают, что так называемый биологический возраст того или иного человека определяется не столько числом фактически прожитых лет, сколько количеством тех жизненно важных проблем, которые ему еще предстоит решить! Человек, который уже не ставит перед собой никаких задач, которому уже нечего в этом мире совершить, очень быстро из него уходит.

То же относится и к науке. Если не остается больше никаких проблем, если получен ответ на «последний вопрос» и не возникает новых – значит, наука исчерпала себя, значит, она обречена, не способна развиваться дальше!

Но, судя по всему, современной науке это не угрожает. Опыт показывает, что каждая решенная научная проблема, как правило, порождает несколько новых. Это своеобразная лавина, цепная реакция. И «берутся» эти вопросы не «с потолка», они возникают вместе с новым знанием, вырастают из него. Иными словами, у науки есть своя собственная «логическая последовательность». Новые проблемы не могут возникнуть до того, как наука не достигнет определенного уровня понимания явлений в той или иной области.

Например, вопрос о том, какие силы удерживают частицы в ядрах атомов, не мог появиться до того, как стало известно, что атом представляет собой сложное образование, которое состоит из положительно заряженного ядра, обладающего определенной внутренней структурой, и существующей вокруг него электронной оболочки.

Однако для того, чтобы правильно сформулировать очередные научные задачи, необходимо не только владеть определенной суммой уже достигнутых знаний, но и понимать закономерности развития науки и перспективы ее дальнейшего развития в данной области, ее реальные возможности. Не случайно народная мудрость утверждает, что порой об уме и способностях человека легче судить по его вопросам, нежели по его ответам.

У известного американского писателя Роберта Шекли есть весьма интересный научно-фантастический рассказ «Задать вопрос». Некая могущественная цивилизация, обитавшая в нашей Галактике, оставила после себя на специально избранной для этого планете своеобразное устройство – универсальный Ответчик, обладающий всей полнотой знаний о материи и природе вещей.

Однажды двое ученых – одного из них занимали проблемы астрофизики, а другого волновал вопрос о сущности жизни и смерти – отправились на поиски Ответчика и нашли его.

Однако ни на один из заданных вопросов они не получили ответа. Не получили потому, что Ответчик мог отвечать только на правильно сформулированные вопросы. То есть на такие вопросы, в которых уже содержится значительная часть ответа.

В процессе изучения окружающего нас мира неизбежно возникают новые научные вопросы, которые требуют ответа, задачи, которые надо решить. Цель науки – проникновение в неизвестное. Но каждая поставленная научная проблема – это уже не просто «незнание», а своеобразное «знание о незнании».

Иначе говоря, существует два типа знания. Одно – основное, то, которое уже «добыто», зафиксировано, сформулировано в виде законов науки, математически осмыслено и уже служит людям. И второе – проблемы, которые уже осмыслены, но им еще не найдено верных решений. Не случайно говорят, что правильно сформулировать новую научную проблему – значит преодолеть как минимум половину пути к ее решению! Ведь новые научные проблемы возникают не на пустом месте, а на основе уже достигнутого знания. И в то же время сами по себе они – шаг в незнаемое.

«Уметь правильно поставить проблему, – говорил известный советский философ П.В. Копнин, – вывести ее из предметного знания – это значит наполовину решить ее».

Великий датский физик Нильс Бор считал, что проблемы важнее решений: решения могут устареть, а проблемы остаются. А выдающийся советский физик-теоретик Л.Д. Ландау придавал первостепенное значение методам исследования. Метод важнее открытия, утверждал он, ибо правильный метод исследования рано или поздно приведет к новым, еще более выдающимся открытиям.

«Познание – это дорога без финиша», – говорил, как мы уже отмечали, академик Г.И. Наан.

Несомненно, современная наука рано или поздно совершит очередной прорыв в какую-то абсолютно новую область, и за этим последует новая научная революция, которая кардинально изменит представление о мире.

Но любая научная революция связана, как известно, не только с восприятием принципиально новых представлений, но и с отказом от многих привычных взглядов. И то и другое по плечу далеко не каждому. Поэтому нет ничего удивительного в том, что любые идеи, предположения и гипотезы, приближающие возможный переворот, определенная часть научного сообщества воспринимает в лучшем случае скептически, а порой и активно им противодействует.

Все сказанное в полной мере относится и к тем разделам современного естествознания, которые относятся к проблемам пространства и времени. Многое о формах существования материи физике и астрофизике уже известно. Сформировалось и определенное «знание о незнании» – проблемы, которые ждут своего решения. И вовсе не исключено, что некоторые из этих проблем окажутся совершенно неожиданными, поражающими воображение, не укладывающимися в рамки привычных представлений о мире. Но это вовсе не значит, что их надо будет безжалостно «отбросить с порога» по принципу «этого не может быть потому, что этого не может быть никогда».

К сожалению, у многих современных естествоиспытателей пользуется не совсем заслуженной популярностью так называемая бритва Оккама – положение, которое сформулировал еще в средние века монах-францисканец Уильям Оккам – «не следует умножать сущности». Выражаясь современным языком, объяснения любых непонятных явлений следует искать с помощью уже известных законов науки. Искать до тех пор, пока не появится окончательная уверенность в том, что выполнить это абсолютно невозможно. Но так как точно установить, что подобная ситуация уже реально сложилась, практически нельзя, то на практике принцип Оккама фактически превращается в запрет любых нестандартных идей. То есть он активно работает на консервативно настроенных ученых. И, может быть, именно этим обстоятельством объясняется та пассивность нашей науки, которая не однажды проявлялась в ее отношении к изучению необычных, нестандартных явлений и ситуаций.

Но однажды выясняется, что с консервативных позиций отвергались хотя и необычные, но весьма прогрессивные научные идеи, и оказывается, что именно эти идеи позволяли осуществить очередной прорыв в неизвестное. И тогда приходят запоздалые сожаления и переживания. Вот что говорил об этом академик Я.Б. Зельдович: «В целом сейчас, когда жизнь почти прожита, я чаще вспоминаю не достигнутые открытия, а те, к которым был близок, но не сделал. Угрызения совести у меня значительно сильнее, чем самодовольная радость в связи с удачными работами. И здесь никакие награды не помогают» («Аргументы и факты». 1987. №23. С.2).

В заключение хотелось бы привести слова Л.Н. Толстого: «Только правильное разумение жизни дает должное значение и направление науке вообще и каждой науке в особенности… Если же разумение жизни не таково, каким оно вложено во всех нас, то и сама наука будет ложная.

Не то, что мы называем наукой, определяет жизнь, а наше понятие о жизни определит то, что следует признать наукой. И потому для того, чтобы наука была наукой, должен быть прежде решен вопрос о том, что есть наука и что есть не наука, а для этого должно быть уяснено понятие о жизни» (Толстой Л.Н. О жизни. Мысли о новом жизнепонимании. М., 1911. С. 14).


Стиль мышления


В обозримом будущем человечество, в том числе и наша страна, перейдет чрезвычайно важный рубеж своего развития. И связано это не столько с переходом в XXI столетие (что ни говори, начало нового столетия и даже тысячелетия – дата весьма условная), сколько с назревшими неотложными проблемами, в первую очередь экологическими, угрожающими самому существованию земной цивилизации. Эти проблемы настоятельно требуют перехода к принципиально новой модели цивилизационного развития. Речь идет о модели так называемого Устойчивого Развития (УР), принятой в 1992 году на Международной конференции в Рио-де-Жанейро, в которой участвовали 179 государств, и взятой на вооружение» также и в нашей стране.

Переход к этой модели – важный шаг к реальному построению «ноосферы» – сферы разума, о которой в свое время говорил академик В.И. Вернадский. Все это потребует от науки обозримого будущего совершенно необычных усилий, нового подхода к научным исследованиям, новой методологии, а значит и формирования нового стиля мышления, который в какой-то мере можно назвать «космическо-экологическим». И формировать его необходимо не только у тех, кто непосредственно занимается научными исследованиями, но и у широких слоев населения.

Давайте проследим, как изменялся господствующий стиль мышления со сменой эпох, в зависимости от достижений естественных наук и философии.

В первобытном обществе существовало два уровня сознания – эмпирический, основанный на практическом опыте людей, накопленном многими поколениями, и мифологический, порожденный глубокой зависимостью наших далеких предков от природных и социальных сил.

При этом главным отличием «мифологического» от «немифологического», на том этапе развития человечества, можно считать присутствие в нем «сверхъестественной составляющей». Хотя в то же время «естественное» не противопоставлялось «сверхъестественному», а полностью или частично с ним отождествлялось (уживалось). Подобное «слияние» характерно, например, для мифов Древней Греции.

Миф был одним из способов отражения действительности, своеобразной формой мышления, обладавшей определенными характерными чертами. К ним можно отнести не только слияние воедино естественного и сверхъестественного, но также реального и идеального воображаемого, а также бессознательный уровень мышления, принципиальное игнорирование объективной реальности, полную отрешенность от подлинного смысла и подлинных причин явлений. Еще одна характерная черта мифологического мышления – объединение совершенно разнородных противоречивых элементов и вообще полнейшее равнодушие к любым противоречиям. Несмотря на все это, а может быть, в какой-то мере и благодаря этому, мифологическое мышление оказалось той почвой, на которой в дальнейшем выросли религия, искусство и наука!

Что касается европейской науки, то она зародилась в древнегреческих городах, расположенных на побережье Малой Азии – Ионии. Разумеется, по своему характеру эта наука существенно отличалась от современной, поскольку была основана не на опыте и глубоком изучении реального мира, а главным образом на умозрительных рассуждениях. Тем не менее это был очень важный шаг в познании мира, так как ионийские философы Фалес, Гераклит, Анаксимандр, Анаксимен – стремились осмыслить мир во всей совокупности известных им явлений, понять их естественные причины.

В середине XVI столетия Коперник доказал, что центром нашей планетной системы является не Земля, а Солнце, и тем самым нанес сокрушительный удар по геоцентризму, господствовавшему в умах людей на протяжении многих столетий.

На протяжении длительного времени научный поиск осуществлялся с позиций классической физики, в основе которой лежали работы Ньютона и Галилея и которая претендовала на объяснение и описание всех без исключения явлений природы.

Усилиями механики была построена стройная картина мира, а под ее влиянием сложился и особый стиль научного мышления, который постепенно стал господствующим.

Его характерными чертами были: абсолютная убежденность в том, что любое явление может быть сведено к чисто механическим процессам и механическим закономерностям и, следовательно, рассчитано со сколь угодной степенью точности сколь угодно далеко вперед; полная уверенность в жестком «детерминизме», господствующем в природе, то есть во взаимосвязи и взаимозависимости причин и следствий; представление о том, что «случайные» явления только кажутся нам случайными, а в действительности их «случайный» характер объясняется недостаточностью наших знаний; наконец, вера в принципиальную возможность на любой вопрос, «заданный» природе, получить однозначный окончательный ответ. Из всего этого следовал вывод о возможности построения завершенной физической картины мира.

Механический подход классической физики к познанию мира нашел яркое выражение в словах Пьера Лапласа – одного из наиболее выдающихся ее представителей: «Дайте мне положение и скорости всех частиц в мире, и я рассчитаю все будущие события на вечные времена».

В конце XIX столетия многим казалось, что физическая картина мира в основном ясна и осталось уточнить лишь некоторые мелкие детали. Однако подобные представления очень скоро были опровергнуты…

Дальнейшее развитие физической науки привело к обнаружению целого ряда фактов, которые не желали укладываться в прокрустово ложе чисто механических представлений классической науки. Осмысление этих фактов привело к созданию принципиально новых теорий – общей и специальной теории относительности (ОТО и СТО).

Кардинальные открытия были сделаны в ряде областей физики. В 1895 году были обнаружены рентгеновские лучи, а вскоре и явление радиоактивности. Э. Резерфорд открыл атомное ядро. А еще несколько лет спустя М. Планк выдвинул идею квантования энергии и тем самым заложил основы квантовой физики.

Это была революция не только в чисто физической науке – она охватила и многие другие области естествознания, побудила по-новому взглянуть на сам процесс научного познания. Стало ясно, что любые научные теории имеют определенные «границы применимости», в пределах которых они хорошо объясняют все известные факты. Но в принципе всегда могут быть обнаружены факты, лежащие за этими пределами. И тогда требуется создание новых более общих теорий, в рамки которых укладываются и ранее известные факты и новые. При этом особенно важно, что прежние теории не отбрасываются – они остаются справедливыми в границах своей применимости и становятся как бы предельными случаями теорий более общих. Весьма существенные поправки в научную картину мира внесло и дальнейшее развитие собственно квантовой механики. Был сформулирован так называемый принцип неопределенностей, согласно которому в области микроявлений принципиально невозможно одновременно с какой угодно степенью точности измерить скорость микрообъекта (импульс) и его положение в пространстве. Чем точнее мы будем определять координаты микрочастицы, тем неопределеннее сделаются значения ее скорости, и – наоборот. Стало очевидно, что в области микропроцессов привычное динамическое описание поведения изучаемых объектов невозможно и должно уступить место описанию вероятностному. А это, в частности, означало, что в природе может существовать объективная случайность, противоречащая детерминизму классической науки. Из этого, в свою очередь, следовало, что законы науки не вполне адекватны объективным законам природы, а являются лишь определенной степенью их отражения.

Недавно известный российский философ академик А.Д. Урсул выдвинул чрезвычайно интересную идею об «опережающем образовании». На наш взгляд, эта идея может быть отнесена на современном этапе и ко всем вообще формам человеческой деятельности.

В свое время один советский генетик заметил, что образование – это фактически «вторая генетическая программа», которая позволяет передавать накопленные знания сменяющим друг друга поколениям, с тем чтобы избавить их от необходимости заново «изобретать велосипед», то есть вновь и вновь начинать с нуля. Такой подход позволял постепенно и последовательно двигаться от прошлого к настоящему и будущему.

Урсул же считает, что образовательный процесс должен строиться, исходя не из прошлого и настоящего, а из потребностей будущего, в том числе из модели УР, из необходимости построения ноосферы. И это относится, в частности, к организации научных исследований, а также к формированию соответствующего научного стиля мышления. К вопросу опережающего образования мы еще вернемся с позиций информационных проблем. Что же касается стиля мышления, то об этом можно сказать следующее. В прежние времена стиль мышления, как известно, определялся главным образом характером новых научных открытий, приносивших с собой новые знания о мире. А поскольку мы не знаем заранее, какие именно открытия последуют в обозримом будущем, то должны попытаться определить главные черты будущего стиля мышления, исходя из тех задач, которые будут стоять в новом столетии перед человечеством и наукой.

Вероятно, прежде всего необходимо выделить в развитии научных исследований приоритетные направления, так сказать, направления главного удара, которые должны обеспечить решение тех основных задач, от которых зависит успех реализации модели УР. Видимо, на первый план выходят прикладные исследования, направленные на создание безотходных технологий, решение энергетических проблем, снижение энергозатрат на производство единицы общественного продукта, уменьшение антропогенного давления на природу, медицинские исследования и т.д. Это отнюдь не означает, что должны быть свернуты фундаментальные исследования, поскольку хорошо известно, что именно такие исследования обеспечивают решающие сдвиги в производственной и социальной сферах.

Что же касается основных особенностей нового стиля мышления, то можно не сомневаться, что одним из самых характерных его признаков явится отчетливое понимание необходимости прогнозирования не только близких, но и достаточно отдаленных последствий наших действий, иначе будет поставлено под угрозу выполнение одного из основных требований УР – «не причинять вреда последующим поколениям»!

Другим признаком нового стиля мышления станет не только отчетливое понимание взаимосвязи и взаимозависимости земного и «небесного», земного и космического, но и единства человека и Вселенной! В частности, того, что каждый человек отражает в своем сознании и особенно в подсознании окружающий мир. Именно духовное начало, утверждал В.И. Вернадский, является регулятором мира материи и энергии. Особую роль человека как познающего субъекта отмечал и последователь Вернадского П. Тейяр де Шарден, который утверждал, что только исходя из человека человек может разгадать мир. И если до сих пор мы изучали Вселенную, непосредственно наблюдая те или иные космические объекты, то в будущем к этому прибавится один принципиально новый метод – изучение картины мироздания «через человека». Напомним слова одного из крупнейших современных физиков-теоретиков Д. Уилера: «Вот человек – какой должна быть Вселенная?»

Что же касается методологии научных исследований, то в этой деятельности должен разумно сочетаться здоровый консерватизм и уважение к оправдавшим себя фундаментальным научным представлениям со свободой и раскованностью научной мысли, умением по достоинству оценивать новые оригинальные идеи, стремление взглянуть на привычное под необычным углом зрения, а также с повышенным вниманием к необычным и «единичным фактам». Если раньше наука их фактически отбрасывала, исключала из серьезного рассмотрения, считая, что внимания заслуживают лишь события повторяющиеся, а значит, характерные для окружающего мира, то по мере познания природы таких фактов становится все меньше и меньше, и потому ни в коем случае нельзя игнорировать уникальные явления – они несут с собой особо ценную информацию и заслуживают самого пристального исследования, поскольку условия для их возникновения складываются чрезвычайно редко.

И еще одно обстоятельство. История открытия и изучения кварков показывает, что далеко не все объекты окружающего нас мира могут быть «выделены» в «чистом виде». Судя по всему, в природе немало объектов, которые существуют лишь в «связанных состояниях», во взаимодействии с другими объектами. И по мере перехода науки на более ВЫСОКИЙ уровень, таких объектов становится все больше. А это значит, что необходимо с особым вниманием относиться к тем теоретическим заключениям и предположениям, которые не находят прямых экспериментальных подтверждений, и настойчиво вести поиск их косвенных проявлений и подтверждений. Мы, видимо, достигли такого уровня понимания природы, когда ее уже нельзя искусственно расчленять на простые составные части. Это, кстати, естественный вывод из «системного подхода» к познанию мира.

Говоря о новом стиле научного мышления, нельзя не обратить внимания и еще на одно обстоятельство. Известно, что законы, открываемые наукой, бывают двоякого рода. Одни из них описывают ход того или иного процесса, связи между причинами и следствиями. Другие – играют роль своеобразных «запретов», показывающих, какие явления в рамках существующих научных представлений произойти не могут. Некоторые теоретики науки считают, что в процессе научных исследований «запреты» играют не меньшую роль, чем обычные законы, поскольку они предохраняют ученых от бесполезных исследований в бесперспективных направлениях и тем самым от ненужной траты физических и моральных сил. И таким образом позволяют сосредотачивать усилия на приоритетных направлениях, способных скорее всего привести к успеху.

При этом, однако, забывается, что любые научные теории, а следовательно, и законы, с ними связанные, имеют, как уже было отмечено выше, определенные границы применимости. А это означает, что любые научные теории правильно отражают реальное течение событий и явлений лишь в определенных пределах. На явления же, происходящие за границами применимости, эти научные теории и соответствующие законы не распространяются. И, очевидно, что за границами применимости не имеют силы и соответствующие «запреты». В связи с этим известный дубненский физик-теоретик В. Барашенков высказал интересную мысль: «Невозможное и неосуществимое при тех или иных конкретных условиях – может оказаться возможным и осуществимым при других условиях!»

Еще одной важнейшей чертой грядущего стиля научного мышления должна явиться терпимость по отношению к различным точкам зрения, гипотезам и теориям и даже к самым фантастическим предположениям, умение выслушивать и воспринимать мнения, не совпадающие с собственным, и извлекать из них рациональные зерна.

Наконец, стиль мышления, о котором идет речь, предполагает признание возможности достижения нового знания о мире и его закономерностях не только путем рационального естественно-научного исследования, но и с помощью художественного, образного познания, интуиции и даже религиозного чувства и религиозных действий, понимание того, что наука и религия, как несовпадающие способы отражения действительности, располагают и несовпадающей информацией об этой действительности, а значит, в принципе могут в чем-то дополнять друг друга…

И все же это лишь первые шаги к новому стилю мышления, который уместно назвать «ноосферным» или «сверхновым».

Вернадский, а также Тейяр де Шарден и Э. Леруа развивали идею ноосферы в то время, когда еще не была осознана угроза гибели человечества от экологической катастрофы. Предполагалось, что движение к ноосфере будет стихийным и достаточно долгим. Теперь ясно, что стихийно ноосфера возникнуть уже не сможет и ее становление осуществимо лишь при условии кардинальных изменений традиционного развития современного человечества и появления глобального механизма управления этим развитием.

При этом следует особо подчеркнуть, что в противоположность марксизму концепция ноосферы опирается не на идеологические соображения, а на естественно-научное знание и поэтому представляет собой хорошую основу для достижения взаимопонимания людей с разными мировоззренческими ориентациями.

И еще – необходимо осознать, что движение к ноосфере – это единственная гарантия выживания человечества. Выживет ли род людской реально или погибнет в экологической катастрофе, зависит от самого человека, который является и главной целью ноосферных трансформаций и одновременно главным средством их осуществления. При этом основным условием осуществления «антропоноосферной» революции, то есть превращения современного человека (Homo sapiens) в «человека ноосферного», является его разум. Между тем, по мнению известного хирурга и философа И.М. Амосова, «биология человека» пока еще сильнее разума». «Человечество, – предупреждал Амосов, – может погибнуть от противоречий между мощью разума и своей животной природой».

Новое гуманное мышление, которое отдает приоритет ноосферно-цивилизационным ценностям, будет озабочено не только судьбой человека и социального прогресса, но и судьбой окружающей среды, причем не только земной, но и космической. Необходимо также отметить, что важнейшей составляющей ноосферной революции должна стать информационно-интеллектуальная революция, которая уже развертывается в связи с информатизацией общества. Если в условиях классической демократии решение различных проблем имеет «двузначный» характер – то есть либо в пользу большинства, либо в пользу меньшинства, то в условиях информационного общества решения должны вырабатываться на базе развитой информационно-компьютерной модели, рационально учитывающей интересы каждого человека на основе общечеловеческих ценностей и приоритетов.

Можно предположить, что становление ноосферного будущего связано с решением целого комплекса проблем, являющихся важнейшими компонентами ноосферогенеза. В частности, ноосфера немыслима без создания коллективного разума, которым должен быть обеспечен процесс информатизации общества.

При этом одной из важнейших черт «сверхнового» мышления, о котором идет речь, должно стать понимание того, что именно от информации, от степени овладения этим уникальным ресурсом зависят выживание и дальнейшее устойчивое развитие всей мировой цивилизации.


Системный подход


Одной из характерных особенностей современной науки является так называемый системный подход к изучению и пониманию явлений окружающего нас мира.

Такой подход обусловлен накоплением и углублением научных знаний, усложнением научной картины мироздания, выявлением различных уровней существования материи – от микропроцессов до гигантских образований космического порядка.

В процессе развития естествознания выяснилось, что любой объект обладает целым рядом свойств, не относящихся к его собственным индивидуальным качествам. Наличие этих свойств определяется тем, что каждый отдельно взятый объект, с одной стороны, представляет собой сложную систему – единство составляющих его частей, а с другой – является элементом определенной совокупности предметов, отношений и взаимодействий, определенных реальных систем.

Таким образом, системный подход к изучению окружающей действительности отражает системный характер предметов и процессов объективного мира.

С точки зрения системного подхода любой объект рассматривается одновременно в нескольких различных аспектах. Во-первых – как самостоятельная система, некая качественная единица реального мира. При этом особое внимание обращается на соотношение между частями и целым, отражающее один из основных законов диалектики – закон перехода количественных изменений в качественные. Во-вторых, интересующий нас объект рассматривается как образование, подчиняющееся определенным закономерностям микромира, который, в свою очередь, представляет собой сложную систему. В-третьих – как часть внешней среды, подчиняющуюся ее закономерностям и взаимодействующую с ней. И, наконец, в-четвертых – как элемент определенной совокупности явлений.

При этом можно выделить два типа системного подхода: изучение самого объекта как системы и раскрытие многосистемного характера объективной действительности, а конкретных объектов – как элементов тех или иных систем.

В то же время необходимо подчеркнуть, что системный подход отнюдь не является единственным средством познания природы. В частности, он не может заменить методов исследования различных объектов и явлений, применяемых конкретными науками.


Наука и фантастика


Таким образом, процесс научного исследования – это цепь вопросов и ответов. При этом каждый новый ответ рождает новые вопросы, новые научные проблемы, вырастающие из проблем уже решенных, И поскольку окружающий нас мир бесконечно разнообразен, то процесс познания и выяснения его закономерностей не должен останавливаться!

В истории естествознания не раз возникали ситуации, когда казалось, что поставлена «последняя точка», получены ответы на все мыслимые вопросы. Так было, к примеру, на рубеже XIX и XX столетий, когда величайшего расцвета достигла классическая физика. Многие выдающиеся ученые того времени были искренне убеждены в том, что триумфальное шествие физики близится к завершению, что эта наука «заканчивается». Но, как мы уже знаем, действительность уже в самом начале XX века опровергла подобные представления… В природе всегда будет оставаться нечто еще не открытое и не изученное человеком.

В процессе развития науки то и дело возникают ситуации, когда для формулирования очередного «знания о незнании» не хватает научных данных, ощущается дефицит необходимой информации. Аналогичная ситуация складывается и в том случае, если соответствующей информации не хватает для того, чтобы превратить очередное «знание о незнании» в «знание». В подобных случаях недостающую строго научную информацию может заменить научная фантастика.

«Фантазия вырастает из природы, – писал В. Гeте. – Мы являемся крохотным отражением космоса, пронизанного разумом. И в этой причастности к величайшему и не постижимому рассудком успеху не только матери-материи, но и творящему духу природы заключено величие и бессмертие человека…»

Особенно популярной фантазия стала во второй половине XX столетия, в эпоху необычайно бурного научно-технического прогресса, нередко опережавшего самые смелые фантастические идеи. Под влиянием новейших достижений науки и техники родилась новая фантастика, увидевшая свою главную задачу в том, чтобы осознать психологию человека, исследовать особенности мышления людей в необычных, экстремальных условиях. Такой подход позволяет научной фантастике поднимать и обсуждать не только важнейшие социальные проблемы, но и спорные неожиданные оригинальные идеи, которые еще не созрели для строго научного анализа. Не случайно поэтому многие выдающиеся деятели науки XX столетия обращались в своем литературном творчестве к научно-фантастическому жанру, среди них Иван Ефремов, Айзек Азимов, Фред Хойл, Карл Саган, Кир Булычев, один из братьев Стругацких и др. Их можно понять, ибо научная фантастика – это один из способов отражения реальной действительности, основанный не только на знании, но и на воображении. Способ, не нуждающийся, в отличие от строго научного отображения, в проверке и обосновании ни исходных положений, ни выводов!

Человеческое общество представляет собой сложную самоорганизующуюся и саморегулирующуюся систему. Одно из важнейших ее свойств – способность вырабатывать «сохраняющие реакции», которые должны компенсировать различные нарушения, возникающие в процессе функционирования подобных систем. И одной из таких важнейших «сохраняющих реакций», вне всякого сомнения, является наука. Поскольку она позволяет людям, открывая закономерности окружающего мира, использовать полученное знание для обеспечения своего существования на Земле.

Известно, что подавляющее большинство происходящих в мире процессов приводит к рассеянию энергии и к накоплению так называемой энтропии, к развитию хаоса, к формированию все более вероятных состояний. Этим процессам деградации противостоит сознательная деятельность людей, иными словами – человеческая культура, частью которой являются научные знания. Известный ученый Э.М. Маркарян определил культуру как специфический «нэгэнтропийный механизм» (нэгэнтропия – это величина, обратная энтропии), дающий возможность социальным системам противостоять энтропийным процессам и в то же время повышать уровень своего собственного развития. Культура, считает Маркарян, одна из особых форм борьбы материи за нэгэнтропию. И научная фантастика как часть культуры тоже принимает участие в этом процессе.

Помимо всего прочего, научная фантастика – это необыкновенно чувствительный «индикатор», почти безошибочно показывающий, какие направления современного естествознания наиболее перспективны. И отнюдь не случайно значительное число научно-фантастических произведений так или иначе посвящено тем же проблемам, которые составляют предмет настоящей книги. С «легкой руки» Герберта Уэллса и его «Машины времени» одной из наиболее популярных тем научной фантастики стали проблемы, связанные со свойствами пространства. Это и путешествия в прошлое и будущее, и преодоление огромных космических расстояний, и проникновение человека в параллельные миры, и многое, многое другое.

При этом научная фантастика не только предвосхищает те или иные научные достижения и открытия, но порой становится стимулом, побуждающим ученых к новым исследованиям.


Часть I ПРОСТРАНСТВО, В КОТОРОМ МЫ ЖИВЕМ

Глава 1 ШАГИ ВО ВСЕЛЕННУЮ


В очень далекие времена представления наших предков о Земле были ограничены тем участком земной поверхности, на котором они находились. Земля представлялась им плоской.

Великий философ Древней Греции Аристотель, наблюдая во время затмений форму земной тени на Луне, пришел к заключению, что Земля шарообразна. Но должно было пройти много веков, прежде чем кругосветное путешествие Магеллана доказало это на практике.

И потребовалось еще несколько столетий, чтобы люди по-настоящему поняли: человек не только обитатель Земли, не только наблюдатель и исследователь Вселенной, но и ее порождение, ее неотъемлемая составная часть.


«Алмаз в том перстне, без сомненья, мы…»


Это было очень-очень давно. Тысячу лет назад. Человеку еще предстояло многое узнать об окружающем мире и о себе самом. Но уже и тогда рождались светлые умы, способные многое видеть и многое понять, великие мыслители, камень по камню сложившие фундамент науки и наших современных представлений о мироздании…

Немалую роль в развитии наших представлений о мироздании сыграли исследования внука великого Тимура – Улугбека. По его распоряжению в первой половине XV столетия была возведена ставшая впоследствии знаменитой астрономическая обсерватория в Самарканде. Здесь под руководством Улугбека и при его непосредственном участии велись систематические астрономические наблюдения, в частности, были составлены звездные таблицы – «Зидж», получившие широкое распространение на Востоке.

В обсерватории Улугбека работали выдающиеся ученые своего времени ар-Руши – математик и философ, прозванный «Платоном своей эпохи», ал-Каши – создатель энциклопедического труда «Ключ арифметики» – и ал-Кушчи, обладавший глубокими и разносторонними познаниями в математике и астрономии, разумеется, не случайно. Астрономическим проблемам уделяли серьезное внимание и такие великие ученые Востока как Авиценна и Беруни, который одновременно занимался и государственной деятельностью…


Пылающее солнце медленно тонуло в голубовато-фиолетовом мареве. Его последний вечерний луч, скользнув сквозь узкие стрельчатые окна, на мгновение окрасил стены и потолок в красновато-багровые тона.

Беруни медленно подошел к окну, распахнул створки. В комнату хлынул горячий, терпкий аромат догорающего южного дня. И вместе с ним донеслись чарующие звуки низкого женского голоса, исполнявшего протяжную восточную песню.

Прислушиваясь к удаляющимся звукам, Ибн Ирак приподнялся с подушек:

– Поистине прав был Омар Хайям, сказавший:

Слышу тебя – забываю вино.
Голос мне твой позабыть не дано…

– Но мысль эта неполна, как твоя чаша, почтенный Ибн Ирак, – отозвался, не меняя позы, невозмутимый Авиценна. – Наш друг Омар Хайям сказал еще:

В голосе пери мне тайна дана,
Душу пьянит он как чаша вина.

– А мне, дорогой Ибн Сина, этот голос напомнил другие стихи нашего несравненного Омара Хайяма, – откликнулся Беруни:

Здесь каждая пылинка праха, что к ночи на земле легла,
Была частицей тела пери, сияньем юного чела.
Пыль вытирая, осторожно касайся розовых ланит.
Ведь эта пыль благоуханным, быть может, локоном была.

Ибн Ирак нахмурился:

– Почему ты вдруг вспомнил о прахе, Абурейхан? Не я ли учил тебя, когда ты пришел ко мне безбородым юношей, простым погонщиком верблюдов и остался, чтобы постичь мудрость, не я ли твердил тебе тогда, мой дорогой Беруни, что мир не розов, но и не черен. Надо научиться видеть его таким, каков он есть.

– Но разве это мрачные стихи, Ибн Ирак? – возразил Авиценна. – И разве они не утверждают то же самое, что и ты? Что все в мире переменно и едино – и розовое и черное, и прах и жизнь? А сам мир вечен и вечно меняется.

– А человек – средоточие мудрости, – заметил Беруни.

– Мы – цель и высшая вершина всей Вселенной, Мы – наилучшая краса юдоли бренной, – процитировал Ибн Ирак.

– Да, это так… – задумчиво произнес Беруни, глядя вдаль, туда, где за горизонтом только что угас последний луч заходящего солнца. – И в том я и вижу смысл своей жизни, чтобы поднять и себя и других – не только эмиров, но и простых погонщиков и тех, кто возделывают землю, – от земного праха до тех высот, которые природа предназначила человеку.

– Но, может быть, мы вернемся к нашей беседе? – сказал Авиценна. – Ты только что утверждал, Абурейхан…

– Подожди, Ибн Сина. Мне кажется, сейчас не до состязаний в мудрости. Я должен сообщить вам плохую новость… Я узнал, что убийство нашего эмира Мамуна – дело рук газнийского султана Махмуда… Чудовищное вероломство: он отдает Мамуну в жены свою дочь, чтобы потом создать повод и под видом мести за убийство зятя захватить Хорезм.

– А чего еще можно ждать от эмиров и султанов? – философски произнес Авиценна. – Лишь бы их распри не мешали нам познавать тайны мироздания… Так вот, Абурейхан, ты утверждал, что все тела стремятся к Земле. Но ведь это не так: пламя и дым огня поднимаются вверх.

– Успокойся, Абу-Али. Как же ты не хочешь признать очевидного? Чтобы попасть в эту башню, ты поднялся по лестнице и приложил усилия, чтобы преодолеть земное притяжение.

– Да, но это нам трудно подниматься вверх, – возразил Авиценна. – А дым, а огонь?

– Пойми, что это обусловлено движением теплых и холодных слоев воздуха. Если бы верхние слои имели такую же температуру, как нижние, то пламя и дым не поднимались бы. Нет, Абу-Али, все тела притягиваются к центру Земли…

– И все же…

– Ну, хорошо, – слегка раздраженно сказал Беруни. – Чтобы покончить с этим, Абу-Али, я отвечу тебе сейчас на все вопросы. Я знаю, что ты хочешь сказать. Ты ищешь разницу между камнем, падающим на Землю, и дымом, устремляющимся в небеса. Ты делишь мир на две сферы: земную и небесную. Так думал и Аристотель. Но он ошибался! В небесах те же законы явлений, что и на Земле. Мы – только часть необъятного мира.

– Как сказал поэт, – подал голос слушавший их Ибн Ирак:

Ты разумом вникни поглубже, пойми,
Что значит для нас называться людьми…
Земное с небесным в тебе сплетено:
Два мира связать не тебе ли дано?

– Итак, ты утверждаешь, Абурейхан, – не сдавался Авиценна, – что небесами управляют те же законы, что и Землей. Но Солнце… Разве оно похоже на Землю?

– Солнце и планеты – одно целое. Солнце состоит из огня, а планеты окружают его и получают от него свет.

– Окружают? Но разве не Земля – центр мироздания? – удивился Авиценна. – Все великие умы – Птолемей, Евклид, Ар-Рази – не только я – убеждены, что именно Земля – центр всего. Разве это не аксиома?

– Нет, дорогой Абу-Али. Нам только кажется, что Земля неподвижна. На самом деле она движется. Наблюдая звезды, я даже вычислил скорость, с которой она мчится… Я понимаю, как сейчас в это трудно поверить. Но придет время и… Человек, Абу-Али, рожден природой не только для того, чтобы постигать уже добытую мудрость, но и затем, чтобы умножать ее:

Круг мироздания подобен перстню.
Алмаз в том перстне, без сомненья, мы…

Помолчав, Беруни продолжал:

– Изучая природу, мы должны исходить из опыта и наблюдений. Сравнивать, сопоставлять, размышлять. И следовать при этом от того, что близко – к более отдаленному, от того, что известно – к менее известному. И всегда быть готовыми к тому, что достоверное сегодня – завтра может уступить место еще более достоверному. Иным путем невозможно приблизиться к бесконечным высотам мудрости. И помни прекрасные слова великого Фирдоуси:

Все в мире покроется пылью забвенья,
Лишь двое не знают ни смерти, ни тленья:
Лишь дело героя, да речь мудреца
Проходят столетья, не зная конца!

Мир – не таков…


В это погожее утро молодой каноник Николай Коперник, обучавшийся медицине в университете Падуи, прибыл в Лицбарский замок, расположенный на границе польских земель. Здесь предстояло ему прожить долгие годы…

Первый вечер он провел со своим дядей епископом Лукой Ваценродом, которому был обязан и образованием и церковным саном, обеспечивавшим ему средства к существованию.

Время текло незаметно, уже наступил вечер, а они все сидели в полумраке библиотеки. Через узкие стрельчатые окна замка упали первые серебристые лучи Луны. И тогда Коперник заговорил о том, что занимало его больше всего:

– Подойдите к окну, дядя. Смотрите… Вон там на юго-востоке над самым холмом горит яркая звезда. Час назад ее еще не было. Она не просто зажглась на небе – она вышла из-за холма, взошла над ним. Через час она поднимется еще выше, потом еще. Все время – выше и все время – правее. Достигнув своей верхней точки, она начнет постепенно опускаться, двигаясь все так же – с востока на запад. И так все звезды… Но вы задумались и, кажется, не слушаете меня?

– Нет, нет, я слушаю тебя внимательно, сын мой. Очень внимательно.

– Взгляните, дядя, – продолжил Коперник, – вон там зловещий багровый Марс. Он тоже, подобно звездам, обегает вокруг Земли. И Юпитер, и сияющая Венера… Но как странен их путь! Каждый ясный вечер я наблюдаю за ними, отмечаю их положение. Оно все время меняется. Мысленным взором я черчу на небе их пути, и я вижу причудливые петли. Планеты движутся то к востоку, то останавливаются, а затем возвращаются, чтобы, описав сложную линию, вновь двинуться на восток… Однако я увлекся, я совсем забыл, что вы все это великолепно знаете сами.

Епископ Лука медленно подошел к одному из книжных шкафов, открыл дверцу, взял с полки толстый том в дорогом кожаном переплете:

– Да, хотя я всего-навсего магистр искусств и не могу, конечно, соперничать с тобой в тонкостях высокой науки о ходе светил, но и я знаю, что еще великий Птолемей объяснил все то, о чем ты так прекрасно говорил.

– Да, Птолемей велик, – согласился Коперник, – и я преклоняюсь перед необъятностью его трудов… Только величайший гений мог так стройно объяснить и согласовать все причуды в движении светил. И все же…

Лука внимательно посмотрел на племянника:

– Я вижу, тебя что-то волнует, сын мой. В чем причина твоего непонятного волнения? Ведь ты говоришь о весьма известных вещах.

– Мудр Птолемей… – медленно проговорил Коперник. – Но не слишком ли замысловаты его объяснения? Почему Луна движется вокруг Земли просто и совершенно – по окружности, а планеты описывают петли?

– Но ведь…

– Да, да, я знаю, ты скажешь мне – Птолемей объяснил это с помощью сложных построений – дифферентов и эпициклов… Не знаю… Иногда меня смущают странные мысли, они не дают мне покоя… Неужели все это действительно так? Именно так?

Епископ долго молчал. Потом глухо сказал:

– Так ли это?.. Ты говоришь – так ли?

Коперник тоже ответил не сразу. Он подошел к маленькому столику в углу, на котором стояло дивное творение китайских мастеров – двадцать четыре вращающиеся ажурные костяные сферы, вложенные одна в другую. Он слегка дотронулся до них, и, отозвавшись на его прикосновение, кружевные сферы пришли в движение.

Коперник смотрел на них до тех пор, пока вращение не прекратилось, а затем, не оборачиваясь, сказал:

– Я хочу открыться, дядя… Я долго обдумывал ненадежность представлений о движении мировых сфер и пришел к мысли о том, что движется Земля. А это значит, что центр Земли – не есть центр Вселенной, но только центр тяжести и центр лунной орбиты. Все сферы обращаются не вокруг Земли, а вокруг Солнца, и, таким образом, Солнце является центром Вселенной.

– Но как же… – начал было епископ, однако Коперник предупреждающе поднял руку.

– Я знаю, что вы хотите сказать. Вы подумали о петлях, описываемых планетами. Так вот, если перемещения этих светил сравнить с круговым движением Земли, то как раз и получатся те небесные явления, которые мы наблюдаем.

– Тридцать веков, сорок поколений люди пользуются расчетами Птолемея, – возразил епископ Лука, и в голосе его прозвучала тревога. – И никто не сомневался. Бог избрал Птолемея, чтобы его устами сообщить людям великую истину об устройстве мира. Расчеты Птолемея угодны Богу, они освящены церковью.

– Но пути Господни неисповедимы. И кто знает, может быть, со временем Богу станет угодно…

– Угодно?.. Ты говоришь – угодно… Приходилось ли тебе когда-нибудь видеть такое: площадь, заполненная народом, черные монахи в капюшонах… позорный столб с цепями… горящий факел в руках палача… А потом – отсветы пламени ревущего костра и молчание – страшное молчание… Вот что значит усомниться в величии Божьем, в догматах святой церкви!

– Сжигают еретиков. А я всего лишь думаю о математике-о расчетах и построениях Птолемея.

– Замолчи! Я не желаю тебя слушать. Ведь если кто-нибудь… Я думал, что совесть моя чиста перед моей покойной сестрой, твоей матерью. Николай, видит Бог, я делал все, что было в моих силах. Я послал тебя учиться за границу, сделал тебя обеспеченным человеком – каноником, наконец, я еще пять лет назад отправил тебя изучать медицину, чтобы потом приблизить к себе как врача… Святая церковь предписывает нам безбрачие… Я считаю тебя своим сыном, Николай, мой долг предупредить тебя: мысли твои опасны! У святой инквизиции везде глаза и уши – оступиться очень легко. И тогда даже я не смогу тебе помочь. Обещай же мне!

– Но я не могу пойти против истины!

– Истины? Но разве не истинно то, что мы видим собственными глазами, то, что являет нам Бог?

– В том-то и дело, дядя, – горячо возразил Коперник. – Мир может быть не таким, каким мы его видим. Он гораздо сложнее… и проще. И предназначение человека в том и состоит, чтобы понять подлинную сущность явлений, скрытую за их внешней видимостью!

Лука приблизился к Копернику, положил руку на плечо, заглянул в глаза. Начал ласково:

– Понимаешь ли ты, сын мой, на что поднимаешь руку? Ведь Священное писание… – От волнения у него перехватило горло.

– Природа, – твердо произнес Коперник, – вот высший и единственный судья. Я понял это, занимаясь медициной. На моих глазах рушились догмы, рассеивались заблуждения. И все благодаря тому, что нашлись смельчаки, дерзнувшие нарушить строжайший запрет церкви и заняться изучением человеческого тела… Но если наши знания несовершенны в одной области – они могут оказаться несовершенными и в других.

– Мысли твои опасны, сын мой. И люди не поверят тебе.

– Знаю, дядя… Знаю, до какой степени нелепой покажется людям моя идея о движении Земли. Тем, кто на основании суждений многих веков считает твердо установленным, что Земля неподвижно расположена в середине неба. Но я предвижу – наступит время, когда наши потомки будут знать о мире много-много больше. Но и они поймут: мир не таков, каким мы его наблюдаем. И пойдут дальше… Я верю – так будет!


Я вижу!..


Торжественно и протяжно звучит орган. В колеблющемся полумраке собора теплятся свечи в руках коленопреклоненных монахов. Глухо звучат слова католической молитвы: «Патерностер ост ин целлис…»

Монахи медленно поднимаются с колен. К одному из них, высокому и стройному, с умными горящими глазами, подходит другой монах, маленький и худощавый, в непомерно широкой, не по фигуре рясе.

– Послушай, брат Джордано, – произносит он вкрадчиво. – Мне поручено передать тебе предписание кардинала-инквизитора: тебя велено доставить в Рим. Ты только не подумай…

Для Бруно это сообщение явилось неожиданностью.

– Вот как? Зачем это я вдруг понадобился римской инквизиции? Скажи мне, Дионисий, ведь ты как-то умудряешься все знать.

– Ну все – не все, но кое-что я слышал: ты должен явиться пред светлые очи папы, чтобы дать отчет в своих поступках.

– В каких же?

Дионисий на всякий случай отступил на шаг:

– Ну, вот хотя бы: мне помнится, ты неосторожно говорил о каких-то богопротивных книгах… И не только мне…

– Но ведь в келье у меня нет никаких книг, кроме Священного писания, – возмутился Бруно.

– Но все знают: что у тебя память! Память! Кто знает, какие книги у тебя в голове!

Глаза Бруно вспыхнули гневом:

– Такого еще не было: чтобы проверяли, какие книги в голове! Да, Дионисий, зло не стоит на месте – оно растет.

Бруно повернулся, чтобы уйти, но Дионисий остановил его.

– Постой, брат Джордано. Я еще не все сказал. Сопровождать тебя в Рим велено мне. Повозка ждет.

– Как, уже сейчас?

– Повозка ждет… Скорей, брат Джордано. Садись… Поехали…

Мерно стучат копыта. Неторопливо сквозь ночь движется повозка. Дремлет, вздрагивая на дорожных ухабах, Дионисий. Не спит Бруно, всматриваясь в безоблачную черноту южного неба…

Миновали очередной перевал, Бруно дотронулся рукой до возницы:

– Стой! Отдохнем немного!

Повозка остановилась. Проснулся Дионисий, боязливо огляделся вокруг:

– Недоброе место выбрал ты для привала, брат Джордано. Не лучше ли поторопиться? Тут неподалеку есть одна обитель. Там мы могли бы переночевать и согреть свою плоть добрым вином. Если Бог даст…

– Бог? – засмеялся Бруно, соскакивая с повозки. – Конечно, Он сейчас только и думает о том, чтобы ты сытно поел, сладко поспал и благополучно доставил в Рим грешника Джордано… Смотри-ка, смотри, звезда упала! Не моя ли?.. А, может быть, твоя?..

– Молчи! Молчи! – схватил его за рукав монашеской рясы Дионисий. – Накличешь беду! Типун тебе на язык!.. Еще упала! Еще! Что это, Джордано?

Бруно расхохотался:

– Светопреставление, монах!.. Не бойся звезд, брат Дионисий. Остерегайся лучше того, что на Земле.

Бруно дернул рукой, желая освободить рясу, но Дионисий вцепился в нее еще крепче.

– Чему ты смеешься? Послушай, Джордано. А ты… Или ты в самом деле не знаешь, что такое страх? Ведь ты смеешься надо всем. А может быть, в тебя вселился дьявол?.. Нет, дьявол ослепил тебя!

– Я – слеп?! – воскликнул Бруно. – А что видишь ты?

– Что все незыблемо. Я вижу звезды, которые Бог зажег для нас в небесах. И которые сияют нам неизменно. Неизменно! Я вижу Землю именно такой, какой Бог создал ее раз и навсегда… Нет, Джордано, я не только бражник. Я тоже думаю. И есть истины, в которые я верю, твердо верю. И никому не сбить меня.

– Что значит – верю? Что ты знаешь? – Бруно, наконец, удалось освободить руку. – Да знаешь ли ты, что такое Солнце, что такое Земля, что такое мир?

– А как же? – усмехнулся Дионисий. – Библию я знаю… Наизусть. А в ней все сказано.

– Ха! – Бруно хлопнул монаха по плечу, так что он согнулся под тяжестью его руки. – Звезды, Луна… По-твоему, Бог создал эти светильники для того, чтобы ты благополучно добрался в ночную пору до своей кружки? Нет, монах, каждая из звезд – огромное солнце, вокруг которого вращаются как малые песчинки планеты. Подобно тому, как вокруг нашего Солнца песчинкой движется Земля.

– Но в Библии… – попытался возразить Дионисий.

– Но Библия написана давно.

– Автор этой книги – Бог!

– А автор мира?

– Что ты хочешь сказать?

– Что мир правдивей книги! И вот Коперник… Он так все тайны звездных сфер постиг, что в них читал, как по страницам книг.

– Я не такой простак… – Дионисий на всякий случай отошел к другой стороне повозки. – Уж если на то пошло, то твой Коперник, хотя и «сдвинул» Землю и «остановил» Солнце, а все же оставил сферу неподвижных звезд. За ними престол господен.

– Да, оставил, – задумчиво сказал Бруно. – Ну, что ж, хоть он и гений, он все же человек… И, может быть, он просто не успел. Или… побоялся.

– А ты? – язвительно произнес Дионисий. – Ты не побоишься?

– Сколько же дрожать? Кто-то ведь должен. И я скажу! Я скажу всем: мир, Вселенная не имеет пределов и края – она безмерна и бесконечна! Больше того! Наше Солнце ничем не лучше других звезд, и нет причины полагать, что наш мир находится в центре Вселенной. А если так, то и на других мирах есть люди, которые возделывают их!..

– Молчи, нечестивец! – в ужасе закричал Дионисий. – Молчи. Грех слушать тебя! Бог покарает!

– Бог? Я вижу, ты без него не можешь ступить и шагу.

– А Бог везде и во всем… И без Него ты ничего не сможешь объяснить.

– Ошибаешься, монах! Думающему человеку для того, чтобы объяснить все, достаточно одной всеобъемлющей материи! А уж если ты и тебе подобные не могут жить без Бога… Если уж вы так свыклись с этим, то можете считать Богом самою природу!..


Законодатель неба


Когда Карла Маркса однажды спросили, кто его любимые исторические герои, он ответил: «Спартак и Кеплер». Коперник, Бруно, Галилей – их труды нанесли чувствительные удары по религиозным представлениям о мироздании. А наука продолжала развиваться. И не так уж трудно представить себе, как в ту пору могли обсуждать сложившееся положение вещей высокопоставленные сановники католической церкви…


Одно из внутренних помещений во дворце папы. Успокаивающий сумрак. Тишина. В креслах двое. Один из них совсем стар. Говорит он не торопясь, его слова весомы, одно за одним они, словно тяжелые камни, ложатся в тишину.

– Этому Копернику удалось ввести в заблуждение самого папу. Ведь он посвятил свою еретическую книгу его святейшеству. Хорошо, что мы потом все же спохватились и конгрегация Индекса запретила его богопротивный труд. И тем не менее ересь стала расползаться по свету.

Другой намного моложе, но настроен еще непримиримее:

– Мы не должны повторять ошибку. Ересь следует уничтожать в зародыше. Каждый росток.

– Вы правы… – соглашается пожилой. – Но все не так просто. Что из того, что Джордано Бруно был сожжен? Фанатиков это не остановило… а у других… Интерес к этой ереси только возрос. А теперь еще этот Кеплер. Вам известно такое имя?

– Уже не тот ли это австриец, который написал несколько писем Галилею? По-моему, там шла речь о каких-то законах, которые он то ли ищет, то ли собирается обнаружить.

– В том-то и дело. Коперник называл свои измышления всего лишь гипотезой. А теперь уже… законы!..


А в это время в одной из германских земель, в скромно, если не сказать бедно, обставленном жилище Иоганн Кеплер вел неторопливый разговор со своей молодой и преданной женой Сусанной.

– Когда я овдовел и остался с маленькими детьми, – задумчиво говорил он, – мне повезло. Может быть, единственный раз в жизни. Я встретил тебя. Не знаю – смогу ли я принести и тебе счастье. Но я хочу, чтобы ты знала и понимала меня до конца, Сусанна.

– Да, Иоганн, это правда, – откликнулась молодая женщина, – иногда я тебя совсем не понимаю. Будто ты человек из какого-то другого мира.

– Другого мира?.. Нет, Сусанна. Ты ведь видишь, я не могу похвалиться ни здоровьем, ни силами. Всегда хворал… Плохо? Да. И в то же время – хорошо.

Сусанна расширенными от удивления глазами посмотрела на мужа:

– Хорошо?

– Да, Сусанна, жизнь соткана из противоречий. Я не годился для ремесла, и меня отдали на обучение в монастырь. А там я узнал книги. Они научили меня думать, мыслить.

– Да, Иоганн, – печально заметила Сусанна, – книгу тебя много, а вот денег…

– А ведь я мог бы стать богатым.

– Ты?

– Да – я! Я был достаточно смышлен, преуспевал в учении и мог бы… Но…

– Ах, Иоганн, Иоганн. Кеплер горько усмехнулся:

– Я знаю, что ты сейчас подумала: так говорят все неудачники? Нет! Мог бы! Меня заметили, передо мной открывался легкий и для многих заманчивый путь – вверх по церковным ступеням. Был бы и достаток, и сан, и покой.

– Разве это плохо?

– А хотела бы ты всю жизнь только повторять чужие слова? Я – не хотел. Не мог за кусок пирога наложить оковы на свой разум! И я отказался. Отказался от сытного пирога, а остался даже без корки хлеба… Да, Сусанна, умирал с голоду… И вот тогда я подумал – неужели человек рождается только для того, чтобы покоряться, носить ярмо – пусть золотое, или… умирать? Неужели таков закон жизни? Такова судьба?.. Древние говорили: судьбы написаны на небесах – в положении светил. Вот почему я занялся астрологией, научился составлять гороскопы.

– Скажи мне, Иоганн, – после долгого молчания осторожно спросила Сусанна, – а сам-то ты в них веришь?

– Иногда предсказания звезд сбываются, – задумчиво произнес Кеплер. – Но чаще… Нет, астрология – это… Мне думается, что люди свою земную ложь переносят на небеса. И преследуют тех, кто может раскрыть истину. Да не в гороскопах дело – небеса сказали мне большее: в беге светил я увидел стройность и порядок, которого нет на Земле.

– Но ведь то небо, Иоганн, а то – Земля, – робко возразила Сусанна. – А здесь нам… нечего есть.

– Земля! Небо! – горячо воскликнул Кеплер. – Но мир – един! Един! И если я найду то, что связывает земное и небесное, то мир станет, должен будет стать другим: в нем утвердятся и разум, и порядок, и справедливость!..

– Я слышала, Иоганн… Люди говорят, что ты занимаешься очень опасным делом, за которое в Риме сожгли уже многих…

– Вот оно что?!

– Да… Говорят, что ты ищешь какие-то опасные законы… Ах, Иоганн! Я боюсь… У нас дети, Иоганн!

– Да, Сусанна, я ищу опасные законы, – произнес Кеплер с усмешкой. – И если я их найду… Я найду их, Сусанна!

– О каких законах ты говоришь, Иоганн?

– Я говорю о законах природы. О законе Архимеда, без которого нельзя было бы строить корабли, о законах геометрии, без которых рухнули бы крепости и замки, о законах… А я ищу другие, самые высшие законы, законы движения всего – и Земли, и светил… Я постоянно думаю об этом. Мысль о них преследует меня неотступно. И решение, кажется, вот-вот… еще усилие… я открою их. Ведь в этом вся моя жизнь, пойми, Сусанна. Для этого я разработал новый метод математических вычислений. Так неужели же я…

– Но Рим так силен…

– А вот Коперник не побоялся. И Галилей тоже! А я?.. Ведь если я найду то, что ищу, тогда уже никто не посмеет отстаивать ложь, за которую цепляются святые отцы.

– Ты знаешь, Иоганн, – печально сказала Сусанна, – я никогда не осмеливалась ни в чем перечить тебе, вмешиваться в твои дела… Но иногда надо спускаться с небес и подумать о других. О семье…

– Но ведь я и думаю о других, – горячо возразил Кеплер, – только о других, обо всех! Нет, Сусанна, я не могу отступиться!..

Шло время. И, наконец, наступил день, когда Кеплер с гордостью сказал жене:

– Свершилось! Свершилось, Сусанна, я нашел то, что искал… Сколько миллионов людей живет на Земле и никто из них – никто! – не знает того, что знаю теперь я. Один я! Сколько великих умов пытались проникнуть в эту сокровенную тайну, но были бессильны. Даже Коперник!.. И раньше люди открывали законы. Архимед, Пифагор, Евклид. Но это были только земные законы. А я открыл законы мироздания, законы, которые управляют всей Вселенной! В том числе и Землей! И теперь уже никто не сможет утверждать, что земное отличается от небесного!

– Мне страшно, Иоганн, – прошептала Сусанна. – Что скажет святая церковь?

– Теперь уже поздно. Я уже сообщил о них людям. Святым отцам остается либо признать мои законы, либо их опровергнуть. А это невозможно. Они – результат неопровержимых вычислений…


Человек во Вселенной

«Вселенная заполнена высокосознательной и совершенной жизнью».

К.Э. Циолковский

«Человек – это уникальная система, в которой тонкие информационные уровни достаточно быстро превращаются в энергетические, а затем в физические, то есть идеи становятся материей».

С. К. Лазарев

Шло время. Сменялись столетия. И наступила эпоха, когда идеи о единстве земного и небесного, выдвинутые великими мыслителями прошлого, дали всходы…

Первая половина XX столетия. Просторный номер в гостинице «Метрополь» в Москве. Массивные мягкие глубокие кресла. Тяжелые бархатные портьеры на окнах.

В номере двое: Константин Эдуардович Циолковский, приехавший из Калуги на торжественное собрание, посвященное его 75-летию, и известный журналист, популяризатор, написавший немало статей о трудах и творчестве «калужского мечтателя».

– Рад видеть вас в Москве, – сказал журналист. – И от всей души поздравляю вас с юбилеем.

Циолковский с живостью, не свойственной столь почтенному возрасту, поднялся ему навстречу. Протянул руку. Гость ощутил легкое рукопожатие его слабых пальцев.

– Спасибо, но эти торжества… все это напрасно – я им говорил, что такое внимание к моей деятельности совсем неоправданно. За что меня так широко чествуют? Я еще ничего не сделал, не окупил съеденного мной хлеба.

Гость мягко улыбнулся:

– Вы не правы, Константин Эдуардович. То, что вы сделали, имеет огромное значение. Вы прокладываете путь человечеству в космос!

– Ну, ну, не будем об этом, – улыбнулся в ответ и Циолковский. – А вот своему приезду в Москву я рад, очень рад. Вчера меня возили в автомобиле по городу – какой прекрасной стала наша Москва… И встрече с вами я рад. Со всеми, кто приходит ко мне по делу, я с большим удовольствием беседую. Не люблю только тех, кто приходит ради праздного любопытства.

Журналист воспринял эти слова как приглашение к беседе.

– Сейчас, когда благодаря вашим работам, – начал он, – идея космических полетов уже не выглядит столь фантастичной как прежде, хотелось бы узнать ваше мнение о месте человека и человечества в мироздании.

Помня о том, что Циолковский плохо слышит, журналист говорил довольно громко, но при этом торопился, словно боялся, что не успеет получить ответ на все интересовавшие его вопросы.

Циолковский внимательно слушал, приставив к уху небольшой металлический рупор.

– Вы не спешите, – сказал он. – Разговаривайте со мной как обычно, не напрягая голоса, и я пойму вас. Я вас хорошо слышу.

– Меня интересует ваше мнение о космической роли земного человечества, – повторил журналист.

– Я убежден в том, – не задумываясь, ответил Циолковский, – что выход человечества в космос, расселение сперва по околосолнечному пространству, а затем и по всему космосу, освоение и переустройство космоса в интересах человечества – это неизбежный этап в эволюции живой материи.

По тому, как Циолковский произнес эти слова, нетрудно было понять, что сказанное им не раз продумано и взвешено.

– Но разве невозможен другой путь развития земной цивилизации, не связанный с освоением космоса? Разве нельзя решить земные проблемы земными средствами?

Журналист задал этот вопрос не столько потому, что сомневался в космическом будущем человечества, сколько для того, чтобы разговорить своего собеседника, вовлечь его в обсуждение, от которого ждал многого.

– Если человечество будет вечно оставаться на Земле, – откликнулся Циолковский, – оно неизбежно окажется в тупике. Столкнется с целым рядом неразрешимых проблем. Единственный выход – в освоении околосолнечного пространства и других планет. Я считаю, что освоение Земли и космоса – единый процесс.

– Вы знаете, как я отношусь к вашим идеям, – тщательно подбирая слова, произнес журналист. – Я ваш горячий сторонник. И все же, не скрою, у меня иногда появляется сомнение. Человек рожден на Земле. Он – сын нашей планеты. Не является ли упорное стремление оторваться от Земли и устремиться в космос… несколько странным?

– Странным?.. Вы сказали – странным? Но почему? Разве все в природе устроено так уж идеально для человека? Скажем, почти вся энергия Солнца в настоящее время пропадает бесполезно для людей. Ведь Земля получает ее в два миллиарда раз меньше, чем Солнце испускает. Что же странного в идее воспользоваться этой энергией? Что странного и в мысли овладеть окружающим земной шар беспредельным пространством?

– Вероятно, вы правы, – согласился гость. – Но, признаюсь, что воспринимать ваши идеи совсем не просто. Во всяком случае, для меня. Возможно, потому что в сравнении с вами я слишком мало знаю. Мне еще надо учиться и учиться.

– Учиться? – переспросил Циолковский. – Смотря что под этим понимать. Говорят: век живи – век учись. Я понимаю это в том смысле, что человек должен не только постоянно пополнять свою память знаниями, но и сохранять способность воспринимать новое, шагать в ногу с интересами своего времени.

– Но то, о чем говорите вы, – это чересчур отдаленное будущее, – возразил журналист. – Преобразование космоса! Это как-то даже не укладывается в сознании.

– Ну, почему же? – Циолковский как всегда говорил тихо, совсем не так, как обычно говорят люди с плохим слухом. – Сейчас люди слабы, но и то преобразуют поверхность Земли. Через миллионы лет их могущество усилится до того, что они изменят Землю, ее моря, океаны, атмосферу, климат и самих себя.

– А когда погаснет Солнце? Тогда как? Ведь погаснет же оно когда-нибудь.

– Если даже Солнце когда-нибудь и погаснет – это не так уж страшно. Пускай оно меркнет и потухает. В течение сотен миллионов лет его славы и блеска люди сумеют сделать запас энергии и с его помощью переселиться к другому очагу энергии – другому солнцу.

– Да, вы – оптимист, – восхищенно заметил журналист. – И обсуждаете научные проблемы как-то радостно, я бы даже сказал, весело.

– Помню, когда я преподавал физику в епархиальном женском училище, – улыбнулся Циолковский, – ко мне однажды подошел директор и сказал: «На ваших уроках слишком весело»… Знаете, что я ему ответил? «Ну и отлично! Что может быть веселее и радостнее, чем познавать тайны природы?..» Но мы отвлеклись. О чем я говорил? Да… Если понадобится, люди достигнут других солнц и воспользуются их энергией. Человек – это новый фактор в эволюции Вселенной.

– Как вы сказали? – удивился журналист. – Я не ослышался? Вы сопоставляете деятельность человека с процессами гигантских космических масштабов?

На этот раз Циолковский ответил не сразу. Некоторое время он молчал, опустившись еще глубже в кресло и прикрыв глаза. Потом медленно произнес:

– Я думаю, что природа создала разумные существа для того, чтобы они своей деятельностью препятствовали вырождению материи, осуществляли то, чего сама природа совершить не может: вновь концентрировали рассеянную в ходе природных процессов энергию.

– Но ведь природа не может иметь какие-либо цели!

– Вы неправильно меня поняли. – Хотя Циолковский по-прежнему говорил тихо и подчеркнуто вежливо, чувствовалось, что он взволнован. – Я вовсе не утверждаю, – продолжал он, – что природа в целом обладает сознанием и способна ставить перед собой определенные цели. Я имею в виду, что в ней есть некое сознательное начало. Если бы его не было, то не было бы и нас с вами. И некому было бы природу наблюдать и о ней рассуждать.

Теперь надолго замолчал журналист, стараясь осмыслить значение того, что только что услышал. Циолковский не торопил.

– Но то, что вы сейчас сказали, – наконец произнес гость, – по сути дела означает, что средой нашего обитания является… вся Вселенная?

Циолковский удовлетворенно кивнул:

– Вы правильно меня поняли. Судьба существа, то есть человека, зависит от судьбы Вселенной. Поэтому всякое разумное существо должно проникнуться историей Вселенной. Необходима такая высшая точка зрения. Узкая точка зрения может повести к заблуждениям. И я верю, что с момента применения реактивных приборов начнется новая эра в науке – эпоха более пристального изучения неба.

– Если не ошибаюсь, то в конце прошлого столетия немецкий биолог Эрнст Геккель, рассматривая вопрос о взаимодействии человечества и окружающей нас земной среды, впервые употребил термин – экология. Вероятно, то, о чем вы говорите, можно назвать космической экологией?

– Дело, конечно, не в названии, – серьезно сказал Циолковский. – А по существу это так. «Жизнь в значительно большей степени есть явление космическое, чем земное», – говорит Александр Леонидович Чижевский. Если средой нашего обитания является Вселенная, то эту среду надо изучать не менее глубоко, чем земную.

– Однако это будет немного труднее.

– Но у человека есть разум! Разум – вот та могучая сила, которая может осмыслить окружающую действительность, понять то, что было тайной!..


Земля – часть космоса


Шло время… И наука о Вселенной не только вышла на новый неизмеримо более высокий качественный уровень, но слилась с наукой о человеке. Появились и новые выдающиеся мыслители, носители новых оригинальных идей, провозвестники нового будущего земной цивилизации, которое, по их мнению (как и по мнению Циолковского), должно было неизбежно стать космическим будущим…

День Владимира Ивановича Вернадского обычно начинался рано. Уже в восемь утра после легкого завтрака он поднимался из-за стола и направлялся в свой кабинет. Ровно в восемь, ни минутой позже…

А по вечерам в его московской квартире собирались друзья и знакомые. Завязывалась непринужденная беседа. Владимир Иванович был необыкновенно демократичным хозяином. Здесь каждый мог обсуждать любую тему, любой вопрос, высказать любое мнение. И все же чаще всего беседы вращались вокруг тех научных проблем, которые входили в круг интересов самого Владимира Ивановича. Так было и на этот раз. Впрочем, в тот вечер среди гостей оказались двое молодых людей, которые впервые пришли в дом Вернадского.

– Недавно мне пришлось прочитать в архиве Маркса, опубликованном в 1930-е годы, его мнение о геологии, – заметил один из присутствующих, известный ботаник и путешественник. – Маркс пишет, что геология представляет себе жизнь планеты как внутренний самодовлеющий процесс.

– И как вы это понимаете? – поинтересовался Вернадский.

– Мне кажется, что это замечание можно рассматривать как комплимент точке зрения, характерной для геологии того времени.

– Ошибаетесь, – возразил Вернадский. – Ошибаетесь. Это не комплимент, а упрек. Чтобы убедиться в этом, достаточно внимательно прочитать «Диалектику природы» Энгельса, где он говорит о «толчке извне». Не может быть и речи о земных процессах как чисто внутренних и самодовлеющих.

– Нельзя ли пояснить?

– Геологические процессы, происходящие на Земле, определяются факторами космического порядка, прежде всего ее формой как небесного тела. А форма эта, в свою очередь, определяется силами тяготения. В том числе и теми, которые действуют извне. – Он обвел глазами присутствующих. – Тяготение и излучение – вот те две силы, которые творят лик нашей планеты. Вообще внешние силы играют чрезвычайно важную роль в жизни Земли, в том числе в тех изменениях, которые с ней происходят.

– Все это, конечно, так, – согласился ботаник. – И все же… Если речь идет о чисто земных конкретных явлениях, то их течение определяется, на мой взгляд, прежде всего земными причинами. Так не лучше ли направить все наши усилия в первую очередь на изучение именно этих причин? И не отвлекаемся ли мы на исследование побочных, второстепенных факторов?

– Второстепенных? – переспросил Вернадский. – Если говорить о геологических процессах, то источники их энергии – космические, преимущественно солнечные. И вообще, когда речь идет о познании каких-либо явлений, чрезвычайно важно понять их истоки, их первопричины. А земные явления самым тесным образом связаны с космической историей и космическим существованием нашей планеты. При этом – особая роль у живого вещества, которое активно трансформирует солнечную энергию в химическое молекулярное движение и в сложные биологические структуры. Вам, как ботанику, это должно быть хорошо известно.

– Значит, вы разделяете точку зрения Тимирязева, который говорил, что человек «вправе величать себя сыном Солнца»? – подал голос один из «новичков».

– Крылатые слова, – живо откликнулся Вернадский. – Не будь Солнца, не могла бы существовать и развиваться на Земле жизнь. И не было бы нас с вами. Кстати, Тимирязев неоднократно подчеркивал, что солнечная энергия сконцентрирована и в минеральных видах топлива, и в пище. Не случайно он называл пищу «консервам солнечных лучей».

– Я, конечно, гуманитарий, – вступил в разговор географ и путешественник Гревс, – и, естественно, далек от всех этих проблем, но у меня возник вопрос, так сказать, методологического свойства. Ведь основным способом научного исследования, в том числе и природных явлений, всегда была идеализация. Разве, изучая какое-либо явление, мы не отвлекаемся от целого ряда связей и обстоятельств, выделяя те, которые нас интересуют?

– То, что вы сказали, – отозвался Вернадский, – совершенно справедливо. Но это лишь первый этап любого исследования. Необходимый, но первый. В дальнейшем же нужно вовлекать в рассмотрение и другие связи, тем более что некоторые из них могут оказаться решающими… – Он помолчал. – Хотя предметом моих исследований служит Земля, я во всех своих работах исхожу из того, что она является частью Вселенной и находится в непрерывном энергетическом взаимодействии с веществом космоса.

– Можно вопрос? – подняв руку, словно на уроке в школе, спросил второй из «вновь прибывших».

– Разумеется! – ободряюще улыбнулся Вернадский. – Раз вы здесь, то можете задавать любые вопросы и высказывать любые соображения. Кстати, если не ошибаюсь, вы астроном?

– Да, астроном. С астрономией и связан мой вопрос. Почему-то наша наука считается весьма отвлеченной, в буквальном смысле слова «витающей в облаках». Утвердилось мнение, будто астрономия способна решать только чисто утилитарные задачи, вроде определения географических координат и измерения времени. И как-то забывается о том, что астрономия изучает закономерности Вселенной, составной частью которой является мир Земли. Если я вас правильно понял, вы придерживаетесь иной точки зрения?

Произнеся эту речь, молодой человек смущенно умолк. Однако, слушая его, Вернадский заметно оживился. И как всегда, когда он находил у собеседника отклик на новое, Владимир Иванович мгновенно преобразился, даже его обычно резкий голос как-то смягчился.

– Вы правы – я придерживаюсь иной точки зрения. Я считаю, что пространство нашей планеты – не есть что-то само по себе существующее. Это часть пространства планет, обособленного в пространстве Солнечной системы. А пространство Солнечной системы представляет собой часть пространства Млечного Пути. И все это, вместе взятое – часть многообразного и многоликого пространства Вселенной. И все эти виды пространств связаны между собой. Более того, в каждой песчинке или капле отражается общий состав космоса.

– А как с этих позиций рассматривать нашу земную жизнь? – поинтересовался Гревс.

– И жизнь, живое вещество – то есть совокупность организмов в окружающем нас мире мы не должны рассматривать обособленно, – продолжил свою мысль Вернадский. – Мы должны прийти к ее планетарному пониманию, более того, к пониманию ее космической роли… Я собираюсь написать об этой проблеме специальную книгу. Это будет главная книга моей жизни. О состояниях пространства и отличии живого вещества от мертвого. Я размышляю над этим уже много лет. И глубоко убежден в том, что жизнь – это космологическое явление. Оно связывает Землю с космосом.

– Но как это понимать? – вновь вступил в разговор ботаник. – В буквальном смысле или в переносном?

Вернадский ответил не сразу. Некоторое время он молчал, раскачиваясь в своем кресле. Потом остановил его, упершись в пол ногой, и сказал:

– В двух словах на ваш вопрос не ответишь. Давайте будем разбираться издалека. Вы знаете мое определение биосферы?

– Биосфера – это область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Так?

– К этому следует добавить, что в биосфере живое вещество и среда обитания органически связаны друг с другом, представляя целостную динамическую систему. Образование живой и неживой оболочек нашей планеты представляет собой едино направленный естественно-исторический процесс, который в свою очередь протекает в общем русле эволюции Вселенной как единого целого.

– Но, если не ошибаюсь, термин биосфера был введен Зюссом – австрийским геологом еще в 1875 году, – заметил ботаник.

– Совершенно справедливо… Я понимаю, почему вы задали этот вопрос… Но биосфера – это не просто совокупность живых организмов, как полагал Зюсс. Это активная оболочка Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов, в том числе и человека, проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения. И так как биосфера – это одна из планетарных оболочек, то и изучать ее следует в глобальном масштабе, с позиций не только общепланетарных, но и космических… На этот непривычный для вас мысленный путь мы только что вступили. И пойдем по нему с оглядкой, но смело… так как даже те широкие обобщения, к которым мы приходим сегодня, явно недостаточны, малы и ничтожны перед разнообразием и величием стоящих перед нами природных процессов.

– А когда вы говорите о космической роли живого вещества, – спросил ботаник, – что именно вы имеете при этом в виду? Гипотезу Сванте Аррениуса о переносе жизни спорами через космическое пространство?

– Эта идея, вообще говоря, представляется мне достойной самого пристального внимания. Но прежде всего речь идет о планетарной роли человека. Существует сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития. Я бы назвал эту сферу ноосферой. По-гречески – «ноо» это разум.

– Однако, насколько я знаю, – заметил Гревс, – о ноосфере говорит и Тейяр де Шарден, понимая под этим идеальную «мыслящую» оболочку, облекающую земной шар. Но ноосфера трактуется им в явно религиозном плане.

– Термин, сам по себе, не может быть ни религиозным, ни материалистическим, – возразил Вернадский. – Все зависит от того, какое содержание в него вкладывается… Так вот, я, – продолжил он после небольшой паузы, – вкладываю в этот термин материалистическое содержание! Ноосфера – это новая, высшая стадия биосферы, связанная с возникновением и развитием в ней человечества. Общества разумных существ, которые, познавая законы природы и совершенствуя технику, начинают оказывать определяющее влияние на ход процессов в области, охваченной их деятельностью. При этом, с развитием человечества как новой силы, преобразующей природу, появляются и новые виды обмена энергией между природой и обществом.

– А как вы относитесь к идеям Циолковского, утверждавшего, что со временем человеческая деятельность распространится и в космос? – осведомился астроном.

Вернадский стремительно повернулся к нему вместе с качалкой:

– Вы очень мне помогли… А то я увлекся и не ответил на заданный мне вопрос о космической роли живого вещества. Но вы ответили за меня… Не сомневаюсь, что ноосфера не будет ограничена рамками Земли, но охватит и космическое пространство. И человечество постепенно начнет осваивать и обживать космос…


Загадка Всемирного Потопа


Одной из самых впечатляющих страниц истории Земли является знаменитое библейское сказание о Всемирном потопе, произошедшем в глубокой древности. Реальность этого события подтверждается не только религиозной литературой, но и многочисленными мифологическими источниками, преданиями различных народов мира а также данными научных археологических исследований. Что же касается давности этого события, то долгое время считалось, что оно произошло около 12 тысяч лет назад. А недавно американские исследователи заявили о том, что по имеющимся у них данным Всемирный потоп произошел 7,5 тысячи лет назад. Заметим, правда, что по мнению некоторых других специалистов, похожие катаклизмы в истории Земли происходили не один раз!

Так американские ученые из Колумбийского университета, проводившие геологические исследования в районе Черного моря, пришли к заключению, что оно образовалось около 7,5 тысячи лет назад в результате катастрофического наводнения. Причем образовалось буквально за несколько часов на месте большого пресного озера, которое было отделено от Мирового океана естественной перемычкой, расположенной на месте современного пролива Босфор. Затем перемычка рухнула под чудовищным давлением Мирового океана, уровень которого значительно повысился в результате таяния ледников, и соленые воды устремились в озеро. Из-за этого погибли все живые организмы, обитавшие в пресной воде.

Еще более точные сведения были получены об этой экологической катастрофе известным исследователем Робертом Баллардом. С помощью специальной аппаратуры он обнаружил на дне Черного моря на глубине около 180 метров следы древней береговой линии. Проведенный им анализ образцов, поднятых со дна, показал, что около 7,5 тысячи лет назад здесь очень быстро исчезли пресноводные моллюски, до того обитавшие в озере, а уже 6,9 тысячи лет назад в изобилии появились их морские собратья.

Ученые предполагают, что подобная экологическая катастрофа (когда озеро стремительно вышло из берегов и затопило окрестности) должна была привести к большому числу человеческих жертв и к гибели многих видов животных, обитавших в этом регионе.

По мнению американских ученых, эта катастрофа явилась одним из тех реальных исторических событий, которые затем легли в основу библейского сказания о Всемирном потопе.

Согласно библейскому источнику, самому потопу предшествовал непрерывный дождь, который лил «как из ведра» на протяжении 40 дней и ночей. Возникают совершенно закономерные вопросы: откуда взялись в атмосфере такие огромные массы воды и каким образом они сохранялись на протяжении столь длительного времени? Поскольку понимание возможного правдоподобного механизма такого процесса отсутствовало, то у многих исследователей возникло вполне естественное недоверие и к самому факту Великого потопа. Впрочем, стоит заметить, что катастрофические ливневые явления также наблюдались на Земле и притом в сравнительно недавнем прошлом. Так, в 1600 году в начале так называемого Годуновского лихолетья, дожди шли непрерывно начиная с 23 мая по 16 августа, то есть на протяжении 70 суток! И хотя на территории государства Московского это катастрофических наводнений не вызвало, погиб на корню весь урожай, что привело к повсеместному голоду. Об этих событиях можно прочитать в «Истории Государства Российского» Н.М. Карамзина. Уделил им внимание и А.С. Пушкин в своем «Борисе Годунове». В одном из монологов царь Борис сетует на то, что когда он отворил голодающим житницы, народ этого не оценил. «Я отворил им житницы, – восклицает Борис, – они ж меня за это проклинали…»

В последние десятилетия накопилось довольно много данных, свидетельствующих о том, что формирование погодных явлений – процесс значительно более сложный и многоплановый, чем это представлялось ранее.

В 1982 году в процессе статистической обработки большого числа карт погоды за период в несколько лет был выявлен циклонический бароцентр, расположенный в западной части Монголии. Несмотря на то, что этот бароцентр находится в области внутриконтинентального среднегорного массива, каменистой безводной пустыни, до предела иссушенной южным летним солнцем, образующиеся в этом районе циклоны ежегодно несут с собой на северо-восток на расстояние до 1000 километров и «сбрасывают» там многие кубические километры воды, вызывая периодические наводнения разной силы!

Бытующее в современной официальной метеорологии представление о том, что Монгольский циклон подпитывается «затоками» морского влажного воздуха, поступающего со стороны Китая, не выдерживает никакой критики. Дело в том, что южные фланги Монгольского бароцентра полностью блокированы безводными пустынями Северного Китая – Такла-Макан, Гоби и другими… Особенно удивительным стало катастрофическое наводнение, произошедшее в августе 1998 года в Бурятии и Читинской области. В этот период район наводнения был полностью изолирован от водообильных Приморья и Тихого океана поясом небывало сильной засухи и лесных пожаров, охвативших Амурскую область и Хабаровский край.

Параллельно с этими исследованиями на протяжении многих лет специалисты изучали внутреннее строение Земли и происходящие в ее недрах физические процессы и в итоге получили совершенно неожиданные результаты.

На протяжении длительного времени наша планета, прежде всего земная кора, представлялась геологам и геофизикам «безответной» каменной «твердью». Но Земля оказалась предельно энергонасыщенной, геодинамически активной и высокоорганизованной системой, способной время от времени «сбрасывать» накопившиеся излишки энергии. Эти выводы были сделаны в результате изучения поступающего из земных недр газа гелия. Впервые мысль о целесообразности изучения гелия как носителя информации о явлениях, протекающих в недрах нашей планеты, была высказана академиком В. И. Вернадским и окончательно сформулирована им в его докладе «О газовом дыхании Земли» в 1912 году. А в 1949 году «гелиевый метод» был успешно применен в Советском Союзе для поиска урановых месторождений в связи с необходимостью развития атомной промышленности. Дело в том, что при самопроизвольном распаде урана и других радиоактивных элементов испускаются так называемые альфа-частицы, это и есть ядра атомов гелия.

Гелиевая разведка Земли принесла и ряд других весьма интересных результатов. Выяснилось, в частности, что обитатели Земли живут в одном из двух «геофизических режимов», которые с полным правом можно назвать «штилем» и «бурями». И если «штиль» – это полная тишина и спокойствие, то одним из самых характерных признаков геофизических «бурь» являются своеобразные «сейсмогравитационные взрывы». Исследования показывают, что именно такие «взрывы» могут приводить к различным технологическим авариям и катастрофам. И не только к разрушению наземных сооружений и объектов, но и оказавшихся в соответствующий момент в опасной зоне самолетов.

Последнее обстоятельство является прямым свидетельством того, что существует определенная связь между внутренней активностью Земли и физическими явлениями в атмосфере. В том числе с образованием циклонов, антициклонов и разного рода вихрей. Типичный пример – бароцентр, расположенный в западной части Монголии в средней части Хонгайского хребта (в переводе на русский язык название хребта означает – «высокий, расколотый, с крутыми склонами») у истоков реки Бойдраг-Гол (означает – неисчерпаемой глубины источник). Сами имена этих географических объектов говорят о геологической неустойчивости этого района. И, действительно, на севере этого структурного узла расположена группа потухших древних вулканов, а на юге – эпицентр современных катастрофических землетрясений. Об их силе свидетельствует тот факт, что во время последнего из них в 1977 году горизонтальное смещение почвы в районе одного из разломов составило около 300 метров! Исходя из этого ученые пытаются решить проблему насыщения влагой циклонов, зарождающихся в засушливых районах, а также проблему содержания воды в атмосфере вообще. Но в ходе исследований они получили совершенно неожиданные результаты.

20 декабря 1999 года в Московском Отделении Русского Географического Общества ведущий специалист Росгидромета Р.Ф. Бурлуцкий, выступая с докладом, познакомил присутствующих со статистическими данными Центра Мировой Погоды и сделанными на их основе выводами. Оказалось, что традиционная общепризнанная схема «круговорота воды в природе», с которой школьников знакомят уже в самых первых классах, в действительности «не работает». Согласно этой схеме, огромные массы воды, испаряясь с поверхности морей и океанов, занимающей около 2/3 общей площади поверхности земного геоида, поступив в атмосферу, затем переносятся воздушными потоками и течениями на континенты, сбрасываются там в виде разного рода осадков и, поступив в реки, вновь сливаются в океан.

Однако результаты исследований, о которых идет речь, показали, что «обычным» путем в атмосфере формируется только некий «средний» слой воды, который можно назвать «фоновым» и который в любом месте земной поверхности (если эту воду собрать) составит слой толщиной 25 миллиметров. Но самое главное заключается в том, что эта «фоновая» вода из атмосферы на поверхность Земли практически не выпадает! Более того, как показывают соответствующие расчеты, земная атмосфера без внешних энергетических воздействий представляет собой абсолютно устойчивую систему, из которой даже при 100% влажности и температурах порядка плюс-минус 20 градусов Цельсия не выделяется ни одной капли воды!

Откуда же в таком случае берутся дожди, снегопады и в особенности катастрофические ливни?

Оказалось, что в воздушной оболочке планеты время от времени как над океанами, так и над континентами каким-то образом возникают «барические центры» – те районы Земли, где циклоны и антициклоны формируются наиболее часто. Так что общая картина тропосферных процессов, ответственных за состояние погоды, представляется довольно ясной и понятной. Именно на основе этой картины и составляются конкретные, в том числе долгосрочные прогнозы погоды.

Однако метеопрогнозы время от времени оказываются ошибочными. Время от времени возникают непредвиденные погодные аномалии, казалось бы, с перемещением атмосферных вихрей никак непосредственно не связанные! С другой стороны, на основании тех данных, которые регистрируются существующими стандартными метеостанциями, не всегда удается своевременно предсказать зарождение новых циклонов и антициклонов, тем более таких скоротечных вихрей как торнадо и смерчи! То же самое относится и к некоторым другим погодным явлениям, которые оказываются совершенно неожиданными, «аномальными», то есть не имеющими, на первый взгляд, привычных физических причин.

Так, например, в конце февраля 2000 года в центральной части европейской территории России несколько суток стояла стабильная погода: днем температура около минус 10-12 градусов Цельсия, а в ночное время – до минус 18-20 градусов. И вдруг, совершенно неожиданно, независимо от прохождения очередного атлантического циклона, в Москве в течение буквально нескольких часов температура повысилась до плюс 3-4 градусов Цельсия.

Стоит заметить, что именно «аномалии», с точки зрения физики, представляют собой наибольший интерес, поскольку они являются отражением еще неизвестных науке процессов и явлений.

Хотелось бы особо подчеркнуть, что когда речь идет о «пространстве» и «времени» как формах существования материи, то немаловажное значение приобретают и физические процессы, происходящие в пространстве и времени, и взаимосвязи, которые между ними существуют. При этом особый интерес представляют процессы, которые обычно относят к разряду геофизических явлений, поскольку от них зависит существование человечества на Земле. В свою очередь, эти явления, по крайней мере чисто внешне, разделяют на «геодинамические» – связанные с активными процессами, протекающими в недрах нашей планеты, и – «атмосферные» – происходящие в ее воздушной оболочке. Зависимость человечества на всех стадиях развития земной цивилизации от подобных явлений общеизвестна, тем более что они нередко приобретали разрушительный, катастрофический характер. Люди страдали как от землетрясений и вулканических извержений, так и от ливней, наводнений, ураганов, тайфунов, шквалов, смерчей и других явлений, развертывающихся в нижних слоях атмосферы, так называемой тропосфере, и обычно именуемых «погодой».

Как известно, «архитектором» погоды всегда считалась так называемая атмосферная циркуляция, то есть возникновение и перемещение атмосферных вихрей – циклонов и антициклонов, несущих с собой либо пасмурную, дождливую погоду с пониженным атмосферным давлением, либо ясную и устойчивую.

Длительное время метеорологи считали, что образование этих вихрей связано главным образом с деятельностью Солнца, по-разному нагревающему твердую и водную поверхности планеты (так называемую подстилающую поверхность), в зависимости от ее местных особенностей и характера. Метеорологам были хорошо известны так называемые локальные ячейки, в которых и происходит основная циркуляция воды. Именно эти «ячейки» являются источниками всех осадков, в том числе ливневых и катастрофических!

Таким образом, в обычное время над нашими головами сохраняется двадцатипятимиллиметровый слой «фоновой» воды. Но в том случае, если развиваются «аномальные» процессы, может выпадать до 100 и более миллиметров осадков! После чего в атмосфере остается все тот же «фоновый» слой толщиной в 25 миллиметров!

Возникает вопрос: откуда эти огромные массы воды берутся и куда они затем исчезают? Специалисты утверждают, например, что в период муссонных дождей в Индии выпадает колоссальное количество осадков. Но когда этот период заканчивается, вода необъяснимо быстро исчезает и все высыхает! Возможно, какая-то ее часть пополняет запасы подземных вод или сливается в океан, но это вряд ли может объяснить процесс столь быстрого, практически полного высыхания!

Обратимся к физике. Одним из величайших достижений этой науки в XX веке явилось открытие А. Эйнштейном так называемого принципа эквивалентности массы и энергии. В соответствии с этим принципом, полное количество энергии, содержащейся в некоторой массе вещества, равно произведению величины этой массы на квадрат скорости света.

Но если общая энергия какого-либо объекта пропорциональна его массе, то из этого следует, что расход энергии должен быть связан с уменьшением массы этого объекта. Как показывают расчеты, при остывании одной тонны воды от 100 градусов до 0 градусов Цельсия ее масса действительно уменьшается на 0,0000047 миллиграмма… С другой стороны, любой расход энергии должен быть связан с уменьшением массы. Подсчеты показывают, что каждая калория энергии соответствует массе 0,000000000000046 грамма. В частности, Солнце ежесекундно излучает энергию, равную 88*1021 калорий. Этому соответствует ежесекундная потеря массы, равная примерно 4 000 000 тонн!

Аналогичные явления наблюдаются и при химических реакциях, которые протекают с выделением тепла. Так, при соединении 2 граммов водорода с 16 граммами кислорода, в результате чего образуется вода, выделяется 68 тысяч калорий энергии. Благодаря этому масса образовавшейся воды оказывается меньше суммы масс вступающих в реакцию веществ на три миллиардные доли грамма.

Подобный же «дефект массы» возникает и при термоядерных реакциях, то есть при реакциях синтеза более тяжелых элементов из более легких. Полная масса частиц, вступивших в такую реакцию, оказывается меньше суммы масс частиц, которые в результате этой реакции образуются. И чем такой «дефект массы» больше, тем большая, согласно формуле Эйнштейна, энергия выделится.

Так, например, при слиянии протона (ядра атома водорода) с ядром атома лития образуются два ядра атомов гелия (две альфа-частицы). Масса протона составляет 1,00812 массовых единиц, а ядра лития – 7,01822 единицы. Что же касается альфа-частицы, то она обладает массой, равной 4,00390. Итак, суммарная масса протона и ядра лития составляет 8,02634, а двух альфа-частиц – только 8,00780. Таким образом, налицо дефект массы, равный 0,01854 массовых единиц, что соответствует выделению определенного количества энергии.

Аналогичные явления происходят и при делении ядер атомов тяжелых химических элементов, например урана. В этом случае общая масса «осколков» оказывается меньше, чем масса исходного ядра. И на этот раз часть массы «исчезает», а взамен выделяется некоторое количество энергии – кинетической энергии разлетающихся осколков деления и различных излучений и полей.

В свое время Артур Эддингтон высказал предположение, что при подобных реакциях масса превращается в энергию. Если бы это утверждение было справедливо, то можно было бы ожидать, что при определенных условиях возможен и обратный процесс – то есть превращение энергии в массу.

Однако в обычных условиях – как считает большинство современных физиков – формулу Эйнштейна следует интерпретировать несколько иначе, не как физическое равенство, а как «закон эквивалентности»: «материя из одного состояния, которое характеризуется определенными массой и энергией, переходит в другое состояние с другими массой и энергией». Что в принципе не исключает как перехода в состояние с меньшей массой и большей энергией, так и перехода в состояние с большей массой и меньшей энергией. Таким образом, с точки зрения теории относительности, в природе возможны процессы, при которых энергия уменьшается, а масса возрастает, то есть происходит как бы превращение энергии в массу!

Как мы уже неоднократно подчеркивали, одним из главных выводов революции в физике, совершившейся на рубеже XIX и XX столетий, явился вывод о том, что любая научная теория имеет определенные «границы применения», и что на явления, лежащие за этими границами, выводы и ограничения соответствующей теории могут и не распространяться!

В частности, совершенно необычный характер, с точки зрения некоторых фундаментальных физических теорий, в том числе и теории относительности, могут приобретать явления и процессы, происходящие в физическом вакууме, который, согласно распространенным в современной физике представлениям, составляет основу всего существующего – хотя в известном смысле «скрытую», но все-таки основу! Как говорил известный эстонский философ академик Г.И. Наан: «Вакуум – есть все, и все – есть вакуум». Аналогичной точки зрения придерживался и известный советский физик-теоретик Я.И. Померанчук: «Вся физика – это физика вакуума…»

А не так давно известный московский физик и математик Л.В. Лесков предложил новую модель «миропредставления», в которой в качестве наиболее фундаментального структурного уровня, определяющего всю совокупность свойств Универсума, рассматривается именно физический, или квантовый вакуум.

Физический вакуум, по-видимому, является практически неисчерпаемой «кладовой энергии». Согласно некоторым расчетам, пусть весьма предварительным и условным, в каждом кубическом микроне физического вакуума содержится фантастическая энергия, которой было бы достаточно для образования чуть ли не триллиона галактик!

Разумеется, даже если это и в самом деле так, то извлечь эту энергию для практических целей не просто. Но важно то, что, судя по всему, само пространство, окружающее нас и «пронизанное» физическим вакуумом, представляет собой практически неисчерпаемый источник энергии. И на основании того, что нам известно о космических процессах, можно предположить, что для самой природы извлечение энергии из вакуума отнюдь не является неразрешимой задачей. Вполне возможно, что некоторые могучие энергетические «всплески», которые мы наблюдаем во Вселенной, представляют собой такой результат взаимодействия вещества, различных физических полей и вакуума, при котором из него черпается энергия!

Не исключено, что это относится и к процессам, происходящим в недрах нашей планеты. Вполне возможно, что та энергия, которая выделяется из земных глубин в различных формах, в определенной степени есть энергия, которая извлекается из физического вакуума.

Как показывают не только теоретические, но и экспериментальные исследования, в каждом малом объеме пространства из физического вакуума непрерывно рождаются пары – «частица-античастица» (например, пары «электрон-позитрон»). Они рождаются и мгновенно аннигилируют, испуская световые кванты, которые тут же поглощаются. И как бы нет, хотя в каждый момент времени в любом объеме существует великое множество элементарных частиц и квантов излучения. Подобные невидимые частицы получили название «виртуальных» – они одновременно как бы существуют и не существуют! При обычных условиях их энергия недостаточна для того, чтобы «вырваться» в реальный мир и превратиться в частицы обычного вещества. Присутствие подобных частиц физики назвали «нулевыми колебаниями вакуума»…

Но оказывается, под влиянием достаточно сильных внешних воздействий – например, электромагнитных, гравитационных и некоторых других, виртуальные частицы могут превращаться в реальные!

Иными словами, при соответствующих условиях из физического вакуума (то есть как бы из «ничего») могут рождаться обычные частицы или другие объекты, обладающие реальными массами, в том числе ядра атомов различных химических элементов. В частности, при определенных условиях эти ядра в возникающих химических реакциях могут образовывать и молекулы воды…

Так что напрашивается предположение, что огромные массы воды, поступающие в земную атмосферу в процессе «аномальных» атмосферных явлений, образуются под воздействием внутренних сил Земли из физического вакуума! Вспомним кстати, что при таких реакциях должна выделяться энергия, а это неизбежно ведет к повышению (на первый взгляд непонятному) температуры…

Что же касается того, почему при описанных условиях из вакуума образуется именно вода, то на этот вопрос еще предстоит дать ответ…

Пожалуй, еще сложнее найти ответ на вопрос, куда и каким образом исчезают огромные массы воды, вылившиеся из атмосферы. А они, как мы знаем, исчезают и довольно быстро.

Можно, разумеется, предположить, что виртуальные атомы водорода и кислорода, которые, вырвавшись из физического вакуума, обрели реальное существование и образовали массы воды, затем в результате электролиза вновь становятся атомами водорода и кислорода, имеющими изначально виртуальную природу, и, подобно другим виртуальным частицам, вновь исчезают в физическом вакууме.

Однако это всего лишь предположение, не имеющее пока достаточно серьезных и всесторонних физических обоснований. Эту проблему предстоит решить науке будущего…


Глава 2 КОНЕЧНА ИЛИ БЕСКОНЕЧНА?

Вопросы и ответы


Изучать Вселенную человек начал с того, что непосредственно видел на небе. А видел он Солнце, Луну, планеты, звезды. Особенно сильное впечатление производила на людей картина ночного звездного неба.

Созерцание звездного неба рождало множество вопросов. И одними из самых интригующих были такие: где «начало» и «конец» этой звездной «бездны»? И всегда ли она была и будет ли существовать вечно? Иными словами, речь шла о конечности или бесконечности окружающего мира в пространстве и во времени.

Однако небесные светила не только пробуждали великое множество вопросов. Они давали и ответы. Наблюдения небесных явлений помогали человеку открывать новые законы природы, познавать мироздание. Великий Эйнштейн любил повторять, что интеллектуальные орудия, без которых было бы невозможно развитие современной техники, обязаны своим появлением в основном наблюдениям звезд. И для подобного заключения у него были весьма убедительные основания.

Николай Коперник пришел к выводу о вращении Земли вокруг собственной оси и ее обращении вокруг Солнца в результате многолетних наблюдений за суточными и годичными перемещениями небесных светил. Иоганн Кеплер понял законы движения планет, размышляя о движении Марса. Галилео Галилей открыл знаменитый принцип инерции, заложивший едва ли не самый главный камень в основание классической механики, во многом благодаря астрономическим наблюдениям. Наконец, один из самых фундаментальных законов науки – закон всемирного тяготения был сформулирован Исааком Ньютоном в результате тщательного анализа обращения Луны вокруг Земли.

Можно предположить, что если бы человек был лишен возможности наблюдать звезды и другие небесные светила, например, жил бы при вечно затянутом сплошными облака ми небе, то развитие земной науки скорее всего пошло бы другим путем. Разумеется, рано или поздно человечество отыскало бы способы изучения космических явлений, но на это, вероятно, ушло бы гораздо больше времени, и кто знает, современниками какого этапа в развитии науки и техники мы с вами оказались бы сегодня… Дело не только в тех трудностях, которые бы пришлось преодолевать землянам. Вечная унылая пелена, нависшая над головами людей, несомненно, давала бы значительно меньше пищи для размышлений, чем ночное небо, манящее россыпью звезд.

Да и сам человек в этом пасмурном мире, с его неизменно серыми, безрадостными буднями скорее всего был бы иным – менее жизнеспособным, менее оптимистичным, лишенным способности мечтать и упорно добиваться поставленных целей…


Есть ли «край» у Вселенной?


С давних пор никакой другой вопрос так не волновал человеческую мысль, как вопрос о бесконечности, писал выдающийся математик и мыслитель XIX столетия Давид Гильберт. Бесконечное действует на разум столь побуждающе и плодотворно, как едва ли действует какая-либо другая идея…

Великие мыслители древности пытались решить вопрос о геометрических свойствах Вселенной с помощью простых и, казалось бы, неопровержимых логических рассуждений. Допустим, говорили они, что у Вселенной есть край и человек добрался до этого края. Но стоит ему вытянуть руку, и она окажется за границей Вселенной. Значит, эта граница отодвинется на длину руки. Но подобную операцию можно повторить сколько угодно раз – следовательно, у Вселенной не может быть границ!

«Нет никакого конца ни с одной стороны у Вселенной, ибо иначе края непременно она бы имела», – писал древнеримский философ и поэт Тит Лукреций Кар в своей знаменитой поэме «О природе вещей».

Попытаемся представить себе пространство, простирающееся в любом направлении безгранично далеко. Задача далеко не простая! Но, пожалуй, еще труднее представить, что у пространства есть край, граница, предел. Если это так, тогда возникнет вопрос: а что находится дальше?

Примерно так и рассуждали мудрецы древности. Рассуждали, опираясь на наши привычные, обыденные земные представления, на здравый смысл. Рассуждали, не сомневаясь в том, что эти представления справедливы везде и всегда. Но, увы, наш обыденный здравый смысл, без которого в своей повседневной жизни мы и шагу не могли бы ступить, может служить надежным советчиком не всегда и не во всех случаях. В этом убеждает нас многовековой опыт познания природы, повседневная практика научных исследований.

Следующий шаг к пониманию геометрических свойств мироздания был сделан выдающимся древнегреческим мыслителем и философом Аристотелем, разработавшим стройное учение о мире, учение, которому суждено было господствовать в умах людей на протяжении полутора тысяч лет. В центре – неподвижная шарообразная Земля. А вокруг нее движутся Солнце, Луна, планеты и даже звезды. Усовершенствованное в дальнейшем александрийским математиком Клавдием Птолемеем, это учение получило название геоцентрического.

С появлением системы мира Аристотеля – Птолемея, наконец, возникла возможность подойти и к решению вопроса о конечности или бесконечности Вселенной, исходя из научных представлений о мироздании. Да, да, именно научных! Разумеется, сегодня мы твердо знаем, что система мира, о которой идет речь, неверна. Авторы ее ошибочно полагали, что видимые с Земли суточные перемещения небесных светил – не что иное, как их истинные перемещения. И тем не менее для своего времени предложенная ими система была вполне научной. С единой точки зрения она объясняла видимые движения небесных светил, более того, давала возможность вычислять их будущие положения на небе с точностью, удовлетворявшей потребности эпохи.

Система Аристотеля – Птолемея на вопрос о бесконечности Вселенной отвечала следующим образом. Если все небесные светила обращаются вокруг Земли, успевая совершить один оборот за сутки, следовательно, они должны двигаться с одинаковыми угловыми скоростями. Значит, чем дальше от Земли, тем длиннее окружность, которую планета или звезда должна в течение суток описать. И тем быстрее эта планета или звезда должна двигаться, чтобы ровно через сутки возвратиться в исходную точку. Если существуют звезды, расположенные бесконечно далеко от Земли, то и мчаться они должны с бесконечно большими скоростями!

Современная физика утверждает, что самой большой скоростью передачи физических взаимодействий или движения материальных объектов нашей Вселенной является скорость света в пустоте, равная 300 тысячам километров в секунду. Аристотель же не признавал существования реальных бесконечностей.

«Бесконечность не следует понимать как определенный предмет, – разъяснял он своим ученикам, – как человек или дом, а в том смысле, как, скажем, день или состязание, которые все время находятся в возникновении и уничтожении. Бесконечность – то, что не может быть пройдено. Это процесс, который все время приводит к новому и новому… В самой природе нет бесконечного».

Это означало, что в нарисованной им картине мира бесконечно удаленные небесные тела не могут существовать, да еще нестись с бесконечно большими скоростями. Мир Аристотеля – заведомо конечный мир. Конечной осталась Вселенная и в гелиоцентрической системе Коперника – и у него мир ограничен «сферой неподвижных звезд». Ведь Коперник считал Солнце не только центром нашей планетной семьи, но и центром мироздания, а все небесные светила обращающимися вокруг него. И Аристотель, и Птолемей, и Коперник считали вывод о конечности Вселенной неопровержимым.

Однако дальнейшее развитие астрономии и физики убедительно продемонстрировало, что выводы наук о природе никогда нельзя считать абсолютными и окончательными. И опыт изучения геометрических свойств нашего мира – блестящий тому пример. За сотни лет, отделяющих нас от эпохи Коперника, представления о конечности или бесконечности Вселенной менялись не однажды и притом самым кардинальным образом. История этих изменений вполне способна соперничать с захватывающим детективным романом.

Первым, кто усомнился в непреложности вывода о конечности мира, был великий итальянский мыслитель Джордано Бруно. Вселенная не имеет предела и края, но безмерна и бесконечна, писал он в своих знаменитых «Диалогах».

Правда, идеи Бруно не опирались на какие-либо физические или астрономические данные – они явились плодом чисто философских размышлений. В безграничности Вселенной Бруно видел возможность освобождения человеческого духа от всяческих запретов, сковывавших свободную мысль в мрачную эпоху средневековья. Для Бруно все подобные запреты невольно отождествлялись с «небесной твердью»…

Кристальной сферы мнимую преграду,
Поднявшись ввысь, я смело разбиваю,
И в бесконечность мчусь, в другие дали,
Кому на горе, а кому в отраду,
– Я Млечный Путь внизу вам оставляю…

– писал Бруно в одном из своих сонетов.

Естественно-научное обоснование идеи Бруно получили лишь спустя почти столетие, когда великий английский физик Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения. Вселенная представлялась Ньютону пустым «вместилищем», где «плавают» притягивающие друг друга небесные тела. При этом из открытого им закона всемирного тяготения следовало, что любая конечная система материальных тел в результате взаимного притяжения должна рано или поздно собраться к одному общему центру. Однако ничего похожего в природе не наблюдается. Следовательно, общее число небесных тел во Вселенной должно быть бесконечно велико! А так как бесчисленное множество небесных светил может «поместиться» лишь в неограниченном пространстве, то Вселенная, по Ньютону, должна быть бесконечной.

Казалось, вопрос о геометрии мира наконец-то был решен – окончательно и бесповоротно.

Был этот мир глубокой тьмой окутан.
Да будет свет! И вот явился Ньютон!..

– восторженно возглашала эпиграмма того времени.

Однако и на этот раз ясность оказалась обманчивой, а положение вещей куда более сложным, чем представлялось современникам и последователям великого основателя классической механики.

В 1905 году в журнале «Анналы физики» появилось несколько статей тогда никому еще не известного технического эксперта патентного бюро в Берне Альберта Эйнштейна. В этих статьях была изложена разработанная им специальная теория относительности (СТО) – теория, ознаменовавшая собой величайший революционный переворот не только в физике, но и в естествознании вообще. Новая теория не только позволяла рассчитывать явления, происходящие при очень высоких скоростях, близких к скорости света, она обосновала принципиально новый взгляд на мир, коренным образом отличающийся от представлений классической физики.

А еще через 11 лет последовало продолжение. На страницах того же самого журнала «Анналы физики» была напечатана новая работа Эйнштейна «Общая теория относительности». Всего 50 страничек! Но этот труд оказался вершиной научной мысли первой половины XX столетия. В этом исследовании были изложены совершенно новые, непривычные представления о пространстве, времени и тяготении…

Вспомним вывод общей теории относительности о том, что пространство и время – это только формы существования материи, что пространство и время материя «создает» сама: нет материи – нет ни пространства, ни времени. В советские времена в устах некоторых наших философов этот вывод стал своеобразной расхожей формулой, точнее лозунгом, который они автоматически повторяли как некое философское заклинание, в которое уже не вкладывалось никакого конкретного физического содержания. Впрочем, для философов, о которых идет речь, это не имело никакого значения и было совсем не важно. Гораздо важнее для них были слова, с помощью которых можно было держать в духовном подчинении физиков.

Но как бы там ни было, связь между материей, пространством и временем заключается не только в том, что материя существует в пространстве и во времени и создает их сама, но и в том, что любое тело, существующее в пространстве, определяет его геометрические свойства. Образно говоря, любая масса искривляет пространство вблизи себя. И тем сильнее, чем больше величина этой массы. И поскольку Вселенная заполнена звездами, галактиками, планетами и туманностями, мы обитаем в искривленном мире. В мире, где лучи света распространяются не по прямым, а по «изогнутым» линиям. Таким образом, геометрические свойства Вселенной непосредственно зависят от распределения масс.

Этот вывод теории получил блестящее экспериментальное подтверждение: во время одного из полных солнечных затмений было зарегистрировано искривление световых лучей более далекой чем Солнце звезды под действием притяжения нашего дневного светила.

Соответствующие уравнения, описывающие свойства гравитационного поля, были выведены Эйнштейном и независимо от него знаменитым геттингенским математиком Д. Гильбертом. Эти уравнения и позволили построить картину Вселенной, коренным образом отличающуюся от картины, вытекавшей из классической физики Ньютона…

Правда, в повседневной жизни люди никакого искривления пространства не замечают. Но только потому, что сталкиваются со сравнительно небольшими массами и незначительными расстояниями. Однако в космических масштабах и гигантских скоплениях вещества искривленность пространства весьма существенна и имеет непосредственное отношение к конечности или бесконечности Вселенной.


Непохожие бесконечности


Бесконечность – один из тех математических образов, который трудно себе представить не только неспециалистам, но и ученым. Один известный математик, преподававший геометрию на физическом факультете Московского университета, доверительно признавался студентам, что когда он пытается представить себе бесконечность, то чувствует, как начинает мутиться рассудок.

Тем не менее и математикам, и физикам, и астрофизикам в своих исследованиях приходится иметь дело с бесконечностями, с бесконечно большими величинами и оперировать ими. Причем бесконечности, оказывается, бывают разными, и их даже можно сравнивать между собой.

Самая простая, самая «элементарная» бесконечность и в то же время самая «маленькая» – это бесконечность чисел натурального ряда. Ее можно получить, прибавляя раз за разом к единице одну единицу за другой.

Поскольку подобная операция ничем не ограничена и ее можно повторять сколь угодно долго, то в результате мы и получим бесконечное множество целых чисел – «счетное» множество, как его называют математики. Эта удобная во многих отношениях бесконечность играет роль своеобразной «мерной линейки», некоего эталона для измерения других бесконечностей. Для этого их элементы необходимо попытаться просто пронумеровать. И посмотреть, что из этого получится…

Просто? А почему бы и нет? Считать-то от одного и так далее мы ведь умеем. Но тут нас подстерегает совершенно непредвиденная неожиданность. Одна из тех, с которыми мы встречаемся чуть ли не на каждом шагу, когда имеем дело с бесконечностями. Например, «приложим» к бесконечному множеству всех четных чисел наш эталон. Двойку – самое малое четное число, пронумеруем единицей, четверку – двойкой, шестерку – тройкой, и так далее, и так далее… И с удивлением обнаружим, что номеров не только вполне хватает для обозначения всех четных чисел – этого-то нужно было ожидать, – но остаются и свободные номера.

Выходит, что обе бесконечности – счетная и бесконечность всех четных чисел – одинаковы? Как же так? Ведь из каждых двух следующих друг за другом чисел натурального ряда четным является только одно. Значит, таких чисел должно быть вдвое меньше, чем всех целых! Иными словами, множество всех четных чисел составляет лишь часть множества всех целых. А соответствующие им бесконечности – одинаковы, имеют, как говорят математики, одинаковую мощность.

Но ведь так не бывает, не может быть! Множество любых предметов не может быть равно своей собственной части! Да, действительно, не может, пока мы имеем дело с конечными образованиями. Но у бесконечностей свои законы – причудливые, разумеется, с обыденной точки зрения, – но тем не менее вполне строгие. Между прочим, на то, что бесконечные множества могут быть равны собственным подмножествам, обратил внимание еще Галилей… К немалому своему удивлению!

Однако всякое открытие, как мы уже знаем, неизбежно влечет за собой новые вопросы. Не составляет исключения и то, о котором идет речь. Возникает, например, такой вопрос: существуют ли бесконечные множества более «мощные», чем счетное? Вот отрезок прямой линии. Сколько на нем помещается точек? Ясно, что их бесчисленное множество. Но сколько именно?

Прибегнем еще раз к помощи нашего эталона – счетного множества. И в конце концов обнаружим, что на этот раз чисел в натуральном ряду слишком мало для того, чтобы пронумеровать все точки выбранного нами отрезка. В математике на этот счет доказывается строгая теорема: сколько бы точек отрезка мы ни пронумеровали, всегда будут оставаться точки, для которых не хватит чисел натурального ряда. Таким образом, мы обнаружили бесконечность более высокого порядка, чем счетное множество – бесконечность, получившую название континуума. Но и континуум не предел. В принципе можно строить бесконечности сколь угодно высокого ранга.

Однако не будем углубляться дальше в необычный, хитроумный и парадоксальный мир математических бесконечностей. Главное – мы знаем: бесконечности бывают разные…

Вернемся к вопросу о геометрических свойствах Вселенной. Возможно, вы обратили внимание на то, что при обсуждении этой проблемы упоминается то возможная бесконечность мирового пространства, то его неограниченность. В «обычном» мире, для которого справедлива геометрия Евклида, та самая геометрия, которую мы изучаем в школе, эти понятия по сути дела равнозначны, обозначают одно и то же. Хотя некоторые различия все же есть. Строго говоря, бесконечность – это свойство количественное, «метрическое»: бесконечность длины, площади, объема. А неограниченность?..

«Что мы хотим выразить, говоря, что наше пространство бесконечно? – писал Эйнштейн, обладавший счастливым умением выражать самые отвлеченные идеи с помощью наглядных образов. – Ничего другого, как то, что мы можем прикладывать одно к другому равные тела, скажем, кубики в каком угодно числе, и при этом никогда не наполним пространство. Такое построение никогда не закончится. Всегда останется место, чтобы прибавить еще один кубик…»

Вот что такое бесконечное пространство. Что же касается неограниченности, – то это свойство структурное, как говорят математики, топологическое. Это обстоятельство особо подчеркивал в свое время выдающийся математик Бернгард Риман.

«При рассмотрении пространственных построений в направлении бесконечно большого, – отмечал он, – следует различать свойства неограниченности и бесконечности: первое из них есть свойство протяженности, второе – метрическое свойство».

В евклидовом пространстве любая прямая, продолженная неограниченно, является бесконечной. Но ведь мы живем в искривленном мире… В таком мире бесконечность и неограниченность различаются еще более существенным образом. Вплоть, до того – еще один неожиданный парадокс, – что неограниченное пространство может быть как бесконечным, то есть не имеющим границы, «края», так и конечным!

Чтобы несколько смягчить этот очередной удар по здравому смыслу, воспользуемся аналогией. Аналогии в науке не являются строгими доказательствами, но они позволяют лучше разобраться в сущности тех или иных сложных явлений.

Представьте себе обычный шар конечного радиуса. Шаровая поверхность – это двумерное образование, искривленное в трехмерном пространстве. Представьте себе некое фантастическое плоское существо, обитающее на этой поверхности и даже не подозревающее, что существует еще какое-то третье измерение. Путешествуя по своему искривленному миру в любых направлениях, существо это нигде не наткнется на какую-либо границу. И в этом смысле поверхность шара есть неограниченное пространство. Но поскольку радиус нашего шара конечен, то и площадь его поверхности также имеет конечную величину. Таким образом, неограниченный и в то же время конечный мир предстал перед нами во всей своей реальности. Оказалось возможным то, что на первый взгляд представлялось абсолютно неосуществимым.

Следующий шаг потребует от нас еще большей силы воображения. Речь пойдет о трехмерном шаре, который находится в четырехмерном пространстве… К сожалению, наглядно представить себе подобную ситуацию нам – существам трехмерного мира – не менее трудно, чем воображаемому обитателю шаровой поверхности представить себе двумерную сферу, изогнутую в трехмерном пространстве.

Но в теории относительности наш мир выглядит именно таким: он искривлен в четырехмерном пространстве, где, впрочем, роль четвертого измерения играет время. По Эйнштейну, мы живем в четырехмерном «пространстве-времени». При этом великий физик считал, что наш искривленный мир обладает конечным объемом, он как бы замкнут в самом себе.

История изучения геометрических свойств Вселенной совершила еще один крутой поворот. От классических ньютоновских представлений о бесконечном и безграничном пространстве пришлось отказаться. Они сыграли свою роль, но мир оказался сложнее.

Так был осуществлен очередной, чрезвычайно важный шаг в понимании сокровенных свойств нашего мира. Впрочем, математическая, точнее, геометрическая, модель нашей Вселенной, построенная общей теорией относительности, сама по себе еще не могла считаться доказательством конечности реального пространства. Но сам Эйнштейн считал такой вариант наиболее разумным.

Однако и это еще не был конец пути. До него было еще очень и очень далеко. Новый уровень, на который вышло изучение геометрических свойств нашего мира, породил целый ряд вопросов, на которые и сегодня пока не найдены ответы.


Третье – не «от лукавого»


Немного более ста лет назад, когда наивысшего расцвета достигла «классическая наука», в основе которой лежали механические представления о природе, ученые непоколебимо верили в то, что все события и явления можно разложить на чисто механические составляющие и все происходящее и предстоящее абсолютно точно рассчитать и предусмотреть.

Задавая свои вопросы природе и тем самым формируя очередные «знания о незнании», ученые той эпохи отчетливо представляли, чего хотят добиться. А хотели они на свои вопросы получить однозначные окончательные ответы типа «да» или «нет». Основу естествознания составляла так называемая формальная логика, в которой действует «закон «исключенного третьего» – либо «да», либо «нет», третьего быть не может, третье «от лукавого».

Ведь и в жизни мы обычно стремимся к однозначности. Уж лучше твердое «нет», чем раздражающая неясность, расплывчатая неопределенность. А еще хуже, когда ситуация то и дело меняется: сегодня «да», завтра «нет», а послезавтра снова «да». Неплохо бы, конечно, раз и навсегда все разложить по полочкам, все установить или хотя бы предвидеть наперед. Увы, жизнь значительно сложнее, в чем каждый из нас то и дело убеждается на своем собственном опыте.

Но в классической физике однозначность казалась незыблемой и нерушимой. Там более что она была уже в самых основных фундаментальных понятиях классической механики. Может быть, именно поэтому представители классической физики так за нее цеплялись, когда она стала давать сбои. Не хотелось покидать твердую землю и пускаться в рискованное плавание по океану неопределенностей. Их можно понять – это ведь так по-человечески.

А когда сбоев еще не было, механическая картина мира казалась «классикам» практически завершенной. Пределом мечтаний было научиться рассчитывать любой процесс как угодно далеко и с максимальной точностью. Все трудности, которые могли встретиться на этом пути, представлялись чисто техническими, вычислительными, а потому принципиально преодолимыми. Но если бы кто-нибудь из «классиков» на машине времени был перенесен в нашу эпоху, он был бы не просто удивлен, а сражен наповал. Развитие физики по шло совсем не по тому направлению, которое виделось его современникам. Природа оказалась намного сложнее механических представлений о ней. Особенно в микромире и в мегакосмосе. И узнал бы «классик» об этом не в какой-то сверх ультрасовременной научной лаборатории, а побывав на обычной рядовой лекции для студентов…

Например, с точки зрения классической механики можно в принципе с любой степенью точности одновременно измерить скорость и положение в пространстве любого движущегося тела – автомобиля, самолета, космической ракеты. Но если мы попытаемся повторить ту же операцию по отношению, например, к электрону, то столкнемся с совершенно поразительным обстоятельством. Чем точнее мы будем измерять скорость этой частицы, тем неопределеннее станет ее положение в пространстве, измеряемое в тот же момент времени. И наоборот: чем точнее мы определим положение электрона, тем неопределеннее окажется значение его скорости.

«Принцип неопределенности» – такое название получило это фундаментальное положение современной неклассической физики. Вот она – неопределенность! Ни «да», ни «нет», а неопределенность. И не «от лукавого», а «подсмотренная» у самой природы. Неопределенность скорости, неопределенность положения в пространстве!.. Что же получается? Выходит, что одна и та же частица может одновременно находиться и «там», и «здесь». Не частица, а своеобразное «облако».

В непосредственной связи с принципом неопределенности находится и еще одна «неоднозначность», обнаруженная новой физикой в результате проникновения в глубины микромира. Речь идет о так называемом квантово-волновом дуализме. С точки зрения классической физики, частица – это всегда частица, а волна – всегда волна. Квантовая же физика пришла к заключению, что одно и то же «образование» в одних условиях может проявлять себя как частица, а в других – как волна. Вывод явно неприемлемый для представителей физической «классики» – он не может уложиться в сознании последователя ньютоновской физики. Но он, тем не менее, подтвержден множеством экспериментов»…

Можно привести и немало других примеров, когда привычная для классической физики «однозначность» и «окончательность» уступают место в новой «неоклассической» физике неоднозначности и неопределенности. А вот еще один сюрприз, преподнесенный теорией относительности. Оказалось, что не только масса не абсолютна, но и длина отрезков! Чем ближе скорость движения наблюдателя к скорости света, тем короче становятся отрезки, мимо которых он проносится…

Поэтому мы должны быть готовы к тому, что когда речь заходит о таком «хитром» и «неосязаемом» понятии как бесконечность, рассчитывать на определенность и однозначность особенно трудно. Хотя следует признать, что было время, когда некоторые философы с абсолютной категоричностью утверждали, что Вселенная бесконечна в пространстве и времени. И не просто утверждали, а всякое сомнение в истинности подобного утверждения считали чуть ли не изменой материализму. Академик Наан на это ответил:

«Утверждение, о котором идет речь, по существу не имеет смысла. Ведь точно не определено, ни что такое Вселенная, ни что такое бесконечность, ни что такое, наконец, бесконечность Вселенной…»

«По-моему, при знакомстве с бесконечностью, – говорил в одном из своих интервью Наан, – люди обычно переживают три стадии. Сперва кажется, что все совершенно ясно, что и проблемы-то вообще никакой нет и все проще пареной репы – Вселенная бесконечна и баста… Но вскоре наступает второй этап, когда начинают задумываться – а что же такое бесконечность? Тогда наступает состояние, которое даже получило специальное название: «ужас бесконечного». Этот «ужас» связан прежде всего с неисчерпаемостью, ненасытностью, недостижимостью бесконечности. Ну и, наконец, третий этап, когда несмотря на своеобразный характер бесконечности, ее все же начинают изучать строго научными методами…

Мы знаем, что Вселенная бесконечна, но не знаем, в каком смысле. Я имею в виду пространственную бесконечность…

Не так давно выяснилось, что одно и то же пространство может быть одновременно и конечным и бесконечным. Все зависит от того, в какой системе отсчета мы его рассматриваем…» (Наан имел в виду чрезвычайно интересные исследования известного московского космолога А.Л. Зельманова, которому в свое время удалось показать, что одно и то же пространство в одно и то же время может быть в неподвижной системе отсчета замкнутым и конечным, а в системе, движущейся с околосветовой скоростью, – незамкнутым и бесконечным.)

Итак, природа сложнее любых формально-логических схем и построений, она не желает укладываться в их прокрустово ложе. И это открытие нанесло еще один чувствительный удар по догматическому мышлению в естествознании вообще, и в физике и астрофизике в частности. Мышлению, доставшемуся нам в наследство от классической науки XIX столетия.

Впрочем, догмы, увы, существуют не только в науке, но и в жизни. Бедствие это настолько серьезное, что о нем стоит сказать несколько слов. И возникло оно еще в глубокой древности. Притом довольно естественным образом. Все, что происходит с людьми и вокруг них, определенным образом откладывается в их памяти. И не только в личной, но и в общественной. Накапливается опыт. Складывается система оценок – что «хорошо» и что «плохо», как следует поступать в тех или иных случаях. Все это передается из поколения в поколение. Опираясь на этот опыт, люди принимают решения, избирают те или иные пути.

Это помогает жить, не повторять прежних ошибок. Но лишь до тех пор, пока не изменится окружающая действительность. А тогда возникает конфликт, противоречие между реальной жизнью и привычными представлениями людей о том, какой она должна быть…

На протяжении долгих столетий развитие человеческого общества происходило сравнительно медленно и подобные конфликты возникали не часто. Но с течением времени история ускоряла свой бег. И представления, основанные на предшествующем опыте, все чаще и чаще отставали от жизни, не поспевали за ней. Эти представления, в свое время неплохо служившие людям, в новых условиях превращались в догму, становились тормозом, мешая двигаться вперед.

Так и в науке. Гипноз привычных представлений, тем более отлично «работавших» на протяжении достаточно длительного времени, порой настолько могуч, что оказывается для некоторых исследователей непреодолимым барьером на пути к новым открытиям. И потому все, что разрушает догматизм, имеет огромное, неоценимое значение!


Глава 3 В КАКОМ ПРОСТРАНСТВЕ МЫ ЖИВЕМ?

Искаженные миры


Итак, с точки зрения общей теории относительности пространство и время являются формами существования материи. Что же представляет собой пространство, в котором обитаем мы? Какими свойствами оно обладает? Охватывает ли оно все мироздание или могут в принципе существовать и другие пространства, отличные от нашего?

Известный американский фантаст Роберт Шекли нарисовал весьма любопытную картину других миров, не похожих на наш, которые он назвал «искаженными». По мнению Шекли, искаженный мир можно рассматривать как участок Вселенной, работающий в качестве «хаотического противовеса лишенной устойчивости первичной структуры… В искаженном мире время не соответствует нашим представлениям о нем. События могут сменять друг друга быстро (это удобно), медленно (это приятно) или вообще не меняться (это противно)… Не надейтесь перехитрить искаженный мир. Он больше, меньше, длиннее и короче, чем мы…»

Фантазия Роберта Шекли кажется безграничной. Однако реальная действительность порой не менее удивительна! Миры, которые рассматривают современные физика и космология, пожалуй, ничем не уступают фантастическим «искаженным мирам» американского писателя.

Современные фундаментальные физические теории связывают геометрические свойства любого пространства с тяготением, гравитацией. Общая теория относительности утверждает, что тяготение – это искривление пространства. Однако, судя по данным физики и астрофизики, сама гравитация в первые мгновения расширения нашей Вселенной была иной, чем в современную эпоху. Но если по мере расширения нашей Вселенной гравитация изменялась, то должны были изменяться и геометрические свойства нашего мира…


Экскурсия в другое миры


Как известно, пространство, в котором мы живем, имеет три измерения – длину, ширину и высоту. Пространства, обладающие меньшим числом измерений, представить себе нетрудно: это плоскость и прямая линия. А также – точка. Они являются составными частями нашего трехмерного пространства – как говорят математики, «подпространствами». Гораздо труднее представить себе наше трехмерное пространство «вложенным» в более «обширные» пространства – четырехмерное, пятимерное или шестимерное. В каких-либо привычных нам образах подобную ситуацию вообще невозможно представить. Но задуматься над тем, с какими явлениями мы в этих случаях столкнулись бы, – стоит.

Постараемся сначала решить более простую и легкую задачу – поставить себя на место воображаемых плоских обитателей двумерного пространства, то есть плоскости. Если бы подобные существа-«плоскатики» (как их называют математики) реально существовали, то, перемещаясь в своем плоском мире, они даже не подозревали бы о том, что вне его есть еще какое-то «третье измерение». Но для нас, существ трехмерных, в их двумерный мир, в их родную плоскость, открыт совершенно свободный доступ!

И вот мы берем карандаш и рисуем на плоскости, где они обитают, замкнутую окружность. Для «местных жителей» ее появление будет выглядеть совершенно необъяснимым, чудесным событием! Окружность эта появится для них абсолютно неожиданно, неизвестно откуда и каким образом. Ведь они лишены возможности заглядывать в третье измерение и, следовательно, не могут видеть карандаш, нарисовавший загадочную окружность. Между тем для них эта окружность станет непреодолимым препятствием, не позволяющим ни проникнуть внутрь очерченного ею «заколдованного круга», ни выбраться из него наружу… Таким же, если не еще большим, чудом выглядела бы для обитателей плоского мира и «дыра», которую нам вздумалось бы проделать в их «плоской» вселенной с помощью какого-либо острого предмета – иглы или гвоздя.

Но аналогичные «чудеса» должны были бы происходить и в нашем трехмерном мире, если бы он был «погружен» в пространство с большим числом измерений. Наблюдаем ли мы, однако, что-либо подобное? Кто знает?

А что, если пресловутые призраки и привидения, описаниями которых пестрят многие старинные книги и появления которых подтверждают свидетельства многих «очевидцев», как раз и есть не что иное, как посещения «пришельцев» из многомерного мира? Существует даже гипотеза о том, что знаменитые НЛО – неопознанные летающие объекты – это гости из других измерений. А их экипажи – представители существующих там необычных форм жизни…

Однако есть ли для подобных предположений какие-то реальные, связанные с современной наукой, основания? Как ни покажется странным, есть! Начиная с Эйнштейна физики упорно бьются над созданием теории, способной объединить все известные нам физические взаимодействия – сильное или ядерное, электромагнитное, слабое (с участием нейтрино) и гравитационное. И хотя эта теория еще не построена, она тем не менее уже получила название – «теория «Величайшего объединения».

Главный вопрос: при каких условиях все физические взаимодействия могут сливаться в одно единое? Отметим, что для трех различных видов полей тяготения такое слияние – «супергравитация» – должно было иметь место в первые мгновения расширения Вселенной, при гигантских температурах. Есть веские основания предполагать, что одновременно произошло и «Величайшее объединение» физических взаимодействий.

Но только ли сверхвысокие температуры требовались для этого? Оказывается, не только. События, о которых идет речь, должны были развертываться не в трехмерном, а в многомерном пространстве. Так для осуществления «супергравитации» подходило только… десятимерное пространство. Лишь в этом случае удается устранить из теории все возникающие в ней внутренние противоречия, лишающие ее физического смысла. А для теории «Величайшего объединения», тесно связанной с представлениями об элементарных частицах, как о так называемых суперструнах, требуется пространство с фантастическим числом измерений. Их должно быть ни много ни мало… пятьсот шесть!

В действительности все, по-видимому, было еще сложнее. Очень многие обстоятельства заставляют предположить, что в начальный период образования нашей Вселенной размерность пространства вообще была величиной переменной.

Затем, в какой-то момент, пространство по подавляющему большинству направлений почему-то «свернулось», «скомпактифицировалось». Причем все грандиозные события, о которых идет речь, уложились в ничтожную долю секунды. Дальнейший «вселенский спектакль» разыгрывался уже на трехмерной сцене.


В трехмерном мире


Что же касается геометрии нашей Вселенной в современную эпоху, то на больших космических расстояниях пространство трехмерно, а на очень малых микроскопических расстояниях, в самых сокровенных глубинах микромира пространство в принципе может оказаться и многомерным! В частности, не исключено, что на очень малых расстояниях порядка 10-33 сантиметра трехмерный мир имеет чрезвычайно малые «отростки», уходящие в четвертое, пятое, а возможно, и в еще более высокие измерения. На первый взгляд, это может показаться невероятным, но когда речь заходит о глубинах микромира, надо быть готовым к любым неожиданностям! Удастся ли человеку непосредственно «пощупать» эти ответвления в другие миры, а, может быть, на них и воздействовать, покажет будущее.

Что же касается возможных гипотетических «посетителей» нашего мира, то эту ситуацию трудно представить. Допустить, что нечто подобное действительно имеет место – слишком фантастично. Решительно отрицать? Но ведь мы практически ничего не знаем о реальных условиях существования в тех многомерных мирах, о которых идет речь. Впрочем, кое-что о некоторых физических условиях, которые должны были бы в них существовать, все же известно. В свое время выдающийся физик Эренфест показал, что в пространствах, обладающих большим числом измерений, чем наше, закон тяготения имеет иную форму. Поэтому там заведомо не могут существовать образования типа планетных систем или атомов. К аналогичному заключению пришел и знаменитый английский астроном Артур Эддингтон, который показал, что в таких мирах электрические заряды взаимодействуют между собой с гораздо большей силой, чем в нашем. В результате электроны здесь неизбежно попадали бы на атомные ядра и все атомы должны были бы «схлопнуться» и перестать существовать.

Выходит, что мы вовсе не случайно обитаем именно в трехмерном мире, где атомы достаточно устойчивы. Если же многомерные миры все же существуют и в них есть жизнь, то она должна быть совершенно иной, построенной из совершенно иных элементов! Но каких? Возможно, это особые «полевые структуры». А может быть, жизнь эта носит не индивидуализированный, а «коллективный» характер.


В мирах иных измерений


А что было бы, если бы наш мир имел больше трех измерений? Как повлияло бы «лишнее», дополнительное измерение на течение различных физических процессов?

Попытаемся подойти к ответу на этот вопрос несколько издалека…

В современной научно-фантастической литературе довольно часто можно встретиться с почти мгновенным преодолением огромных космических расстояний с помощью так называемой нуль-транспортировки или перехода через «гиперпространство», или «подпространство», или «надпространство». Что при этом имеют в виду писатели-фантасты?

Ведь известно, что максимальной скоростью, с которой могут перемещаться в пространстве любые реальные тела, является, согласно теории относительности, скорость света в пустоте, равная 300 тысячам километров в секунду. Причем практически и эта скорость недостижима! О каких же стремительных «скачках» через миллионы и сотни миллионов световых лет может идти речь? Разумеется, идея подобных «переходов» – фантастическая. Однако в ее основе лежат довольно интересные физико-математические соображения.

Представим себе «одномерное существо» – точку, обитающее в одномерном пространстве, то есть на прямой линии. В этом «тесном» мире имеется только одно измерение – длина и только два возможных направления движений – вперед и назад.

У воображаемых двумерных существ – «плоскатиков» – возможностей уже значительно больше. Они могут перемещаться в двух измерениях: в их мире помимо длины есть еще и ширина. Но они точно так же не способны выйти в третье измерение, как и существа-точки не могут «выпрыгнуть» за пределы своей прямой линии. Одномерные и двумерные обитатели в принципе способны прийти к теоретическому выводу о возможности существования большего числа измерений, чем в их мирах, но путь в следующие измерения для них практически закрыт!

По обе стороны от плоскости расположено трехмерное пространство, в котором обитаем мы – трехмерные существа, неведомые двумерным жителям, заключенным в свой плоский мир: ведь даже видеть они могут только в пределах своего пространства. С трехмерным миром и его обитателями двумерные жители могли бы практически столкнуться только в том случае, если бы какой-нибудь человек, к примеру, проткнул их плоскость гвоздем или иголкой. Но и тогда двумерное существо могло бы наблюдать только двумерную область пересечения плоскости и гвоздя. Вряд ли этого было бы достаточно, чтобы сделать какие-либо заключения о «потустороннем», с точки зрения двумерного жителя, трехмерном пространстве и его «таинственных» обитателях.

Но точно такие же рассуждения можно отнести и к нашему трехмерному пространству, если бы оно было заключено в более «обширном» четырехмерном пространстве, подобно тому как двумерная плоскость заключена в нем самом.

Однако попытаемся сперва выяснить, что вообще представляет собой четырехмерное пространство. В нашем трехмерном мире, как это уже было отмечено выше, существует три взаимно перпендикулярных направления – длина, ширина и высота – три взаимно перпендикулярные оси координат. Если бы к этим трем направлениям можно было добавить четвертое, также перпендикулярное к каждому из них, то мы получили бы пространство, обладающее четырьмя измерениями – четырехмерный мир!

С точки зрения математической логики наши рассуждения о построении четырехмерного пространства абсолютно безукоризненны. Но сами по себе они еще ничего не доказывают, поскольку логическая непротиворечивость не является доказательством «существования» в физическом смысле. Такое доказательство способен дать только опыт. А опыт свидетельствует о том, что в нашем пространстве через одну точку можно провести только три взаимно перпендикулярные прямые линии.

Обратимся еще раз к помощи «плоскатиков». Для этих существ третье измерение, в которое они не могут выйти, все равно, что для нас четвертое. Однако между воображаемыми плоскими существами и нами, обитателями трехмерного мира, есть важное различие. В то время как плоскость является двумерной частью реально существующего трехмерного мира, все имеющиеся в нашем распоряжении научные данные убедительно свидетельствуют о том, что пространство, в котором живем мы, – геометрически трехмерно и не является частью какого-то четырехмерного мира! Если бы такой четырехмерный мир действительно существовал, то в нашем трехмерном мире могли бы происходить весьма странные события и явления.

Вернемся снова к двумерному, «плоскому» миру. Хотя его обитатели и не могут «выходить» за пределы своей плоскости, все же, благодаря наличию внешнего трехмерного мира, в принципе можно представить себе некоторые явления, предполагающие выход в третье измерение. Это обстоятельство делает возможными такие процессы, которые в самом по себе двумерном пространстве происходить бы не мог ли. Представим себе, например, нарисованный в плоскости циферблат часов. Какими бы способами мы ни вращали и ни перемещали этот циферблат, оставаясь в плоскости, нам никогда не удастся изменить расположение цифр таким образом, чтобы они следовали друг за другом в направлении против часовой стрелки. Этого можно достичь, лишь «изъяв» циферблат из плоскости в трехмерное пространство, перевернув его, а затем вновь возвратив в плоскость.

В трехмерном пространстве этой операции соответствовала бы, например, такая. Можно ли перчатку, предназначенную для правой руки, путем одних только перемещений в нашем трехмерном пространстве (то есть не выворачивая ее наизнанку) превратить в перчатку для левой руки? Каждый легко может убедиться в том, что подобная операция неосуществима! Однако при наличии четырехмерного пространства этого можно было бы достичь так же просто, как и в случае с циферблатом. Но выхода в четырехмерное пространство мы не знаем. Его, видимо, не знает и природа. Во всяком случае, никаких явлений, которые можно было бы объяснить существованием четырехмерного мира, охватывающего наш трехмерный, ни разу зарегистрировано не было!

А жаль. Если бы четырехмерное пространство и выход в него действительно существовали, то перед нами открывались бы поистине удивительные возможности и перспективы.

Обратимся еще раз к двумерному миру и представим себе «плоскатика», которому необходимо преодолеть расстояние между двумя точками плоского мира, отстоящими друг от друга, например, на 50 километров. Если «плоскатик» перемещается со скоростью один метр в сутки, то подобное путешествие займет ни много ни мало 50 тысяч лет. Но представьте себе, что двумерная поверхность свернута или, точнее, «перегнута» в трехмерном пространстве таким образом, что точки начала и конца маршрута оказались друг от друга на расстоянии всего лишь одного метра. Теперь их разделяет расстояние, равное всего лишь одному метру. То есть расстояние, которое «плоскатик» мог бы преодолеть всего лишь за одни сутки. Но этот метр лежит в третьем измерении! Это и была бы «нультранспортировка», или «гиперпереход».

Аналогичная ситуация могла бы возникнуть и в искривленном трехмерном мире. Как мы уже знаем, наш трехмерный мир, согласно представлениям общей теории относительности, искривлен. А так как кривизна зависит от величины гравитационных сил, то если бы существовало охватывающее четырехмерное пространство, в принципе этой кривизной можно было бы управлять. Уменьшать ее или увеличивать. И можно было бы «перегнуть» трехмерное пространство таким образом, чтобы точки начала и окончания нашего «космического маршрута» разделяло совсем небольшое расстояние. Для того, чтобы попасть из одной в другую, достаточно было бы «перескочить» через разделяющую их «четырехмерную щель». Вот что имеют в виду писатели-фантасты. Другой вопрос: как это сделать? Впрочем, существует одна возможность. Лучше всего ее проиллюстрировать с помощью двумерного мира… Но к этому вопросу мы еще вернемся, когда речь пойдет о путешествиях во времени.

Таковы соблазнительные преимущества четырехмерного мира… Но – как и у других многомерных миров – есть у него и «недостатки». Оказывается, с ростом числа измерений уменьшается устойчивость движения. Многочисленные исследования показывают, что в двумерном пространстве никакие возмущения не могут нарушить равновесие и удалить тело, обращающееся по замкнутой орбите вокруг другого тела, в бесконечность. В пространстве трех измерений, то есть в нашем реальном мире, ограничения уже значительно слабее. Однако и здесь траектория движущегося по замкнутой орбите тела может уйти в бесконечность только в том случае, если возмущающая сила очень велика.

Но уже в четырехмерном пространстве все круговые траектории оказываются неустойчивыми. В таком пространстве планеты, например, не могли бы обращаться вокруг Солнца – они либо упали бы на него, либо улетели в бесконечность!

Используя уравнения квантовой механики, можно показать, что в мире, обладающем более чем тремя измерениями, не мог бы существовать как устойчивое образование и атом водорода. Происходило бы неизбежное падение электрона на ядро.

Таким образом, в мире четырех и более измерений не могли бы существовать ни различные химические элементы, ни планетные системы…

«Добавление» четвертого измерения изменило бы и некоторые чисто геометрические свойства трехмерного мира. Одним из важных разделов геометрии, который представляет не только теоретический, но и большой практический интерес, является так называемая теория преобразований. Речь идет о том, как изменяются различные геометрические фигуры при переходе от одной системы координат к другой. Один из таких типов геометрических преобразований именуют «конформным». Так называются преобразования, сохраняющие углы.

Представим себе какую-нибудь простую геометрическую фигуру, например, квадрат или многоугольник. Наложим на него произвольную сетку линий, своеобразный «скелет». Тогда «конформными» мы назовем такие преобразования системы координат, при которых наш квадрат или прямоугольник перейдет в любую другую фигуру, но так, что углы между линиями «скелета» сохранятся. Наглядным примером «конформного» преобразования может служить перенесение изображений с поверхности глобуса (и вообще с любой сферической поверхности) на плоскость – именно таким путем строятся географические карты.

Еще в XIX столетии выдающийся математик Бернгард Риман показал, что любая плоская сплошная (то есть без «дыр», или, как говорят математики, «односвязная») фигура может быть конформно преобразована в круг. Современник Римана Жорж Лиувилль доказал еще одну важную теорему о том, что не всякое трехмерное тело может быть конформно преобразовано в шар!

Таким образом, в трехмерном пространстве возможности конформных преобразований далеко не так широки, как в плоскости. Добавление всего лишь одной оси координат накладывает на геометрические свойства пространства весьма жесткие дополнительные ограничения.

Не потому ли наше реальное пространство именно трехмерно, а не двумерно или, например, пятимерно? Может быть, все дело в том, что двумерное пространство слишком свободно, а геометрия пятимерного мира, наоборот, чересчур жестко «закреплена»?

А в самом деле – почему? Почему пространство, в котором мы живем, трехмерно, а не четырехмерно или пятимерно?

Некоторые ученые пытались ответить на этот вопрос, исходя из весьма общих философских соображений. Мир должен быть совершенным, утверждал, например, Аристотель, и только три измерения способны это совершенство обеспечить.

Следующий шаг сделал Галилей, отметивший тот факт, что в нашем мире могут существовать только три взаимно перпендикулярные направления. Однако выяснением причин подобного положения вещей Галилей не занимался.

Сделать это попытался Лейбниц, впрочем, с помощью чисто геометрических доказательств. Но эти доказательства строились умозрительно, вне связи с реально существующим миром и его свойствами.

Между тем то или иное число измерений – это физическое свойство реального пространства, и оно должно быть следствием вполне определенных физических причин: каких-то глубоких физических закономерностей.

Ответ на этот вопрос удалось получить только во второй половине XX столетия, когда был сформулирован так называемый антропный принцип, отразивший глубочайшую связь между самим существованием человека и фундаментальными свойствами Вселенной. Но эту проблему мы рассмотрим позже.

И, наконец, еще один вопрос. В теории относительности идет речь о четырехмерном пространстве Вселенной. Однако это не совсем то четырехмерное пространство, о котором говорилось выше: четвертым измерением в нем является время. Как известно, теория относительности установила тесную связь между пространством и материей. Но не только. Оказалось, что непосредственно связаны между собой также материя и время! А, следовательно, пространство и время! Имея в виду эту зависимость, известный математик Г. Минковский, работы которого легли в основу теории относительности, утверждал: «Отныне пространство само по себе и время само по себе должны стать тенями, и только особого рода их сочетание сохранит самостоятельность». Именно Минковский предложил использовать для математического выражения взаимозависимости пространства и времени условную геометрическую модель – четырехмерное «пространство-время». В этом условном пространстве по трем основным осям, как и обычно, откладываются интервалы длины, по четвертой же оси – интервалы времени.

Таким образом, четырехмерное «пространство-время» теории относительности является всего-навсего математическим приемом, вспомогательной математической конструкцией, позволяющей в удобной форме описывать различные физические процессы. Поэтому утверждать, что мы живем в четырехмерном пространстве, можно лишь в том смысле, что все происходящие в мире события совершаются не только в пространстве, но и во времени.

Разумеется, в любых математических построениях, даже в самых абстрактных, находят свое отражение какие-то стороны реальной действительности, какие-то отношения между реально существующими предметами и явлениями. Но было бы грубой ошибкой ставить знак равенства между вспомогательным математическим аппаратом, а также применяемой в математике специфической условной терминологией и объективной реальностью.

В этой связи стоит упомянуть о том, что в математической физике нередко используется прием, который получил название построения «фазовых пространств». Речь идет об условных физико-математических конструкциях, в которых определенные физические параметры, например, масса, импульс, энергия, скорость движения, момент количества движения и т.д., рассматриваются как величины, откладываемые по чисто условным «осям координат». В таких «фазовых пространствах» поведение того или иного физического объекта или системы выглядит как его перемещение по некоторой условной «траектории». И хотя подобный прием является чисто условным, он позволяет – что весьма удобно – получать наглядное представление о состоянии и поведении изучаемого объекта.

В свете этих соображений становится ясно, что утверждать, ссылаясь при этом на теорию относительности, будто бы наш мир фактически четырехмерен – приблизительно то же самое, что отстаивать идею, будто темные пятна на Луне или на Марсе заполнены водой, на том основании, что астрономы называют их морями.


«Формула» строения мира


Окружающий нас мир настолько многообразен и многолик, что все его аспекты невозможно описать ни одной, ни даже несколькими всеобъемлющими формулами. О чем-то подобном может идти речь лишь по отношению к каким-либо ограниченным интервалам времени и пространства.

Однако и для решения подобной ограниченной задачи необходимо соответствующим образом усовершенствовать существующую теорию, в частности, избавиться от встречающихся в ней бесконечностей, которые заведомо не могут отражать реального положения вещей и которые появились в ней из-за несовершенства наших представлений о природе. Такое усовершенствование должно, по-видимому, носить кардинальный характер.

И тут на память физикам-теоретикам пришел результат, полученный около 80 лет назад польским физиком Теодором Калуца, работавшим в то время в Кенигсбергском университете. Результат, который на протяжении длительного времени выглядел в высшей степени странным…

Как известно, одним из основных достижений общей теории относительности Эйнштейна является вывод о том, что тяготение имеет чисто геометрическую природу, связанную с искривлением «пространства-времени». Калуца предположил, что электромагнитные силы также имеют геометрическую природу, и показал, что гравитация и электромагнетизм могут быть слиты в единое поле, но уже в пятимерном «пространстве-времени». При этом оказалось, что электромагнетизм является не чем иным, как гравитацией в дополнительном, то есть четвертом пространственном измерении!

Результат, полученный Калуца, в его время выглядел чистой фантастикой, неким своеобразным математическим фокусом. Поэтому Эйнштейн, прежде чем рекомендовать статью польского физика к опубликованию в физическом журнале, раздумывал целых два года!

В последующие десятилетия были открыты еще два типа физических сил – сильные или ядерные и слабые с участием нейтрино. При этом оказалось, что в многомерном «пространстве-времени» все они становятся компонентами чистой гравитации, а для нее может быть построена теория, свободная от бесконечностей.

Расчеты показали, что для того, чтобы единое «суперполе» можно было рассматривать как чистую гравитацию, необходимы шесть или даже семь дополнительных измерений, то есть пространство должно быть десяти – или даже одиннадцатимерным! Но в случае одиннадцатимерного «пространства-времени» в нашем трехмерном мире должны были бы появиться «лишние» поля и частицы. Так что, по-видимому, 10 измерений – это оптимальное число.

Однако возникает закономерный вопрос: почему этих дополнительных измерений мы практически не замечаем и не ощущаем?

В принципе можно построить весьма замысловатые модели многомерных миров, состоящих из экзотических конструкций, образованных мирами трехмерными. Однако у любой конструкции подобного рода есть одно любопытное свойство: между событиями, происходящими в любых пространственно-временных точках нашего трехмерного мира, в этом случае будет существовать связь через четвертое, пятое, шестое и более высокие измерения. А это значит, что в таком многомерном мире можно попадать в прошлое или в будущее и мгновенно перемещаться из одного места в другое. То есть в таком мире происходили бы явные нарушения причинности! Однако подобных «чудес» в нашем мире практически не наблюдается! Более того, весьма точные эксперименты с элементарными частицами пока что никаких нарушений причинности такого рода не обнаружили.

И тем не менее нельзя полностью исключить, что четвертое «пространственное» измерение в нашем мире все-таки есть! Но оно скорее всего запрятано очень глубоко в микромире в форме своеобразных микроскопических «отростков», проникающих в четвертое, а возможно и в следующие более высокие измерения.


«Быть может, эти электроны…»


Если в микромире привычные представления о части и целом физики вынуждены были пересмотреть, основываясь на экспериментальных фактах, то по отношению к мегакосмосу сомнения в справедливости вышеупомянутых представлений пока что возникают лишь на теоретическом уровне.

Как следует из общей теории относительности, чем больше масса данного тела, тем сильнее искривляется вокруг него пространство. И при достаточно большой массе, сконцентрированной в малом объеме, пространство вокруг него может, образно говоря, «замкнуться»! Может образоваться так называемая черная дыра – своеобразный объект, из которого наружу не вырвутся ни частица, ни излучение.

При этом особый интерес представляет собой тот случай, когда замкнувшаяся масса обладает электрическим зарядом, пусть даже столь небольшим, как заряд электрона. В подобной ситуации полной изоляции черной дыры от всего окружающего не произойдет! Этому помешают силовые линии электростатического поля, которые обязательно должны заканчиваться на каком-либо другом заряде и поэтому выходить «наружу». В результате сторонний наблюдатель увидит лишь маленькую «горловину», соединяющую почти замкнувшееся пространство черной дыры с нашим обычным пространством. Но, пожалуй, Самое поразительное состоит в том, что подобная горловина внешне будет неотличима от обычной элементарной частицы. И это, несмотря на любые размеры и любую массу «почти замкнутого» объекта. Следовательно, в подобном случае внешнему наблюдателю даже целая Вселенная может со стороны казаться элементарной частицей, скажем, протоном или электроном!

Теоретически возможность подобной ситуации была показана известным советским физиком-теоретиком академиком М. Марковым. «Экспериментатор, находящийся вдали от центра такого мира, – пишет Марков, – воспринимает его как материальный объект, локализованный в области минимальной сферы, как объект малых масс (если угодно, микроскопических), размеров и обладающий в целом малой (если угодно, микроскопической) массой, хотя внутри этого объекта может содержаться целая Вселенная со своими разнообразными галактиками».

Невольно приходят на память поэтические строки Валерия Брюсова:

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…

Таким образом, Марков фактически выдвинул интереснейшую идею множественности вселенных, которая в современной теоретической физике и астрофизике, можно сказать, носится в воздухе. С точки зрения академика Маркова, это различные миры, связанные между собой сложнейшими отношениями, несводимыми к обычным пространственно-временным характеристикам нашего мира.

Интересно, что подобные экзотические представления вполне могут быть распространены при определенных условиях и на нашу Вселенную. «Для того, чтобы наша Вселенная, – утверждает Марков, – представляла собой в целом некую частицу с микроскопическими параметрами и микроскопической полной массой, необходимо, чтобы средняя плотность вещества в ней была 10-29 г/см3. Данные о регистрируемой средней плотности массы в нашей Вселенной пока несколько ниже…».

Возникает совершенно поразительная идея – не являются ли в таком случае все наблюдаемые нами элементарные частицы гигантскими вселенными? Вселенными, которые в нашем мире проявляют себя как элементарные частицы? Иными словами, не исключено, что и в мегамире меньшее может состоять из большего.

Такова теория. Что же касается практической реализации теоретических «конструкций», о которых идет речь, в самой природе, то пока этот вопрос остается открытым. Хотя в принципе подобная возможность известным современной физике фундаментальным законам не противоречит. Следовательно, если академик Марков прав, то и в космических масштабах меньшее, как мы уже отметили, может состоять из большего. Если элементарная частица, тот же электрон, – есть лишь некая наблюдаемая часть гигантского мира, то это означает, что наша Вселенная фактически состоит из великого множества других, подобных ей, вселенных. И не только Вселенная, но и, как это ни удивительно, вообще любой объект нашего мира, в том числе и сам человек!

С точки зрения этой гипотезы, мир – это не иерархия последовательно вложенных друг в друга объектов, наподобие гигантской «матрешки», а сложнейшая система, состоящая из взаимопроникающих и взаимообусловливающих друг друга миров, где мегакосмические и микроскопические явления существуют в единстве.


Глава 4 ЧЕМ ЗАПОЛНЕНО ПРОСТРАНСТВО ВСЕЛЕННОЙ


Эту главу мы начнем с напоминания о том, что согласно современным фундаментальным физическим теориям, пространство и время представляют собой формы существования материи. Быть может, это упоминание покажется некоторым нашим читателям несколько назойливым, но без него – не обойтись! Дело в том, что материальные образования не просто заполняют «пространство-время» общей теории относительности, как заполнили бы пустую коробку беспорядочно брошенные в нее металлические шарики, а определяют его основные свойства!

С другой стороны, «пространство-время» вместе с «населяющими» его объектами представляет собой сложнейшую саморегулирующуюся систему с бесчисленными обратными связями. И материальные объекты, формируя его физические и другие свойства, в свою очередь подвергаются его разнообразным воздействиям и зависят от них.

Именно по этой причине мы решили очередную главу нашей книги посвятить тем материальным образованиям и их системам, которые в совокупности с «пространством-временем» составляют космическую среду нашего обитания…

Когда речь идет о познании каких-либо явлений, чрезвычайно важно понять их истоки, их первопричины. В частности, существование человечества тесно связано с космической историей и космической природой нашей планеты – Земли.

Эта идея, высказанная академиком В.И. Вернадским, оказалась пророческой, и в настоящее время ни у кого нет сомнений в том, что планета, на которой мы живем, и все те природные явления, которые на ней происходят, нельзя рассматривать независимо от окружающего «космического фона» – Вселенной, частью которой она является.

Необходимость подобного синтетического, или, как сейчас его называют, системного, подхода в науках о Земле диктуется не только обнаружением тех или иных конкретных связей между земными и космическими явлениями, но и общими принципами современного естествознания. Целостное восприятие мира – характерная черта современного стиля научного мышления!


Микрокосм и макрокосм


Идея единства человека и мироздания пользовалась популярностью уже в глубокой древности. Можно лишь удивляться тому, что уже в рамках мифологического миросозерцания человек (или микрокосм) и вся природа (или макрокосм) воспринимались как живые существа, созданные по единому образцу и наделенные единой душой. А с появлением натурфилософии – микрокосм и макрокосм стали рассматриваться как высокоорганизованные миры, аналогичные по своему устройству и функционирующие по одним и тем же законам.

То, что человек и человечество – это неотъемлемая часть Вселенной, в настоящее время факт очевидный. А это значит, что человечество подчиняется не только законам общественного развития, но и тем физическим и другим законам, которые действуют во Вселенной и распространяются на все ее составные элементы. Следовательно, все процессы, которые протекают во Вселенной, и те изменения, которые в ней происходят, не могут не затрагивать и земную среду нашего обитания!

Изучение взаимосвязи и взаимозависимости космических процессов и земных явлений, безусловно, принадлежит к числу наиболее актуальных направлений фундаментальных научных исследований в современном естествознании. Выяснение закономерностей, о которых идет речь, чрезвычайно важно для самого нашего существования и выживания, для оптимальной организации нашей практической деятельности.


Наша Вселенная


Сегодня под Вселенной мы понимаем не весь материальный мир, а ту его часть, которая выделена в процессе практической и познавательной деятельности человека. В принципе за пределами нашей Вселенной может находиться бесчисленное множество других вселенных, обладающих иными свойствами и граничащих с нашей весьма сложным образом…

В безлунные ночи на небе хорошо заметна серебристая дуга Млечного Пути. Она кажется скоплением светящихся туманных масс. Однако на фотографиях, полученных с помощью телескопов, отчетливо видно, что Млечный Путь состоит из множества звезд, которые вместе с миллиардами других звезд образуют гигантский звездный остров. Этот «остров» астрономы назвали Галактикой.


Галактика


Если расстояния между телами Солнечной системы исчисляются десятками и сотнями миллионов километров или, что то же самое, световыми минутами и часами, то межзвездные расстояния во много раз больше.

Так, если от Солнца до самой далекой планеты Солнечной системы – Плутона – пять с половиной световых часов, то до ближайшей нашей соседки в Галактике – звезды Проксимы из созвездия Центавра – четыре с третью световых года.

Аналогичные расстояния характерны и для других космических объектов. Правда, с Земли кажется, что многие звезды расположены довольно близко друг к другу. Однако эта картина обманчива. Взаимная близость звезд в созвездиях, как правило, иллюзорна. В действительности они могут быть разделены гигантскими расстояниями и лишь проектироваться для земного наблюдателя в соседние точки небесной сферы.

С другой стороны, около 70% всех звезд входит в так называемые кратные системы, состоящие из двух, трех и большего числа звезд, обращающиеся вокруг общего центра масс. Однако и в таких системах расстояния между звездами достаточно велики.

Существуют еще и звездные скопления – группы звезд, связанные силами взаимного тяготения. Одно из подобных звездных скоплений – так называемое рассеянное звездное скопление Плеяды (на Руси его называли Стожары) – хорошо видно невооруженным глазом. Оно расположено на расстоянии около 400 световых лет от Земли и находится в созвездии Тельца – одном из самых примечательных созвездий нашего зимнего неба. В древности появление Плеяд над горизонтом перед восходом солнца возвещало начало года. А их вечерняя видимость определяла начало зимы.

Слово Плеяды происходит от греческого слова «плейас», что значит – «множество». Кроме видимых 6-9 звезд в это скопление входят еще несколько сотен звезд. Все они связаны не только силами тяготения, но и общностью происхождения. Плеяды – молодая группа звезд, ее возраст, по-видимому, не превосходит нескольких миллионов лет. Именно по этой причине звезды Плеяд еще не успели разойтись на значительные расстояния – поперечник этого скопления составляет всего около 20 световых лет. Образно говоря – это «звезды-младенцы», еще не успевшие вылететь из «родного гнезда» и продолжающие существовать, «тесно прижавшись» друг к другу.

Рассеянных скоплений, подобных Плеядам, в нашей Галактике насчитывается более восьмисот.

Наряду с рассеянными звездными скоплениями в нашей звездной системе существуют еще около 200-300 шаровых скоплений, содержащих каждое до нескольких сотен тысяч и даже свыше миллиона звезд. Наибольшее количество звезд сосредоточено вблизи центральной части таких скоплений, а по мере удаления от центра их число в единице объема постепенно уменьшается.

От центра Галактики Солнечную систему отделяют 34 тысячи световых лет. А расстояние от одной видимой окраины нашего звездного острова до другой составляет около 100 тысяч световых лет.

Внутреннее положение Солнца и Земли в Галактике затрудняет ее изучение. Однако, несмотря на это, современная наука располагает методами, позволяющими составить представление о строении Галактики и природе происходящих в ней процессов. Один из них – метод сравнения. В пространстве Вселенной «разбросано» великое множество галактик, в том числе сходных по своему строению с нашей. И мы можем наблюдать их со стороны в различных ракурсах и на различных этапах их эволюции.

Если бы нам удалось вылететь за пределы Галактики и взглянуть на нее со стороны, мы увидели бы гигантский объем, похожий на шар, заполненный примерно 200 миллиардами звезд. Мы увидели бы также, что звезды распределены в этом объеме неравномерно. Наибольшее количество звезд сконцентрировано в плоском диске с шарообразным утолщением в центре – балджем. Поперечник балджа – около 13 световых лет.

В галактическом диске, приблизительно на половине расстояния между центральной частью Галактики и ее окраиной, расположено Солнце вместе с планетами.

Балдж и диск окружены своеобразным звездным «гало», поперечник которого достигает 120 тысяч световых лет. Таким образом, в Галактике существует как бы два подмножества – диск и гало, отличающиеся как по своей геометрии, так и по характеру движения. Кроме того, различные объекты Галактики относятся еще и к одной из двух подсистем – плоской и сферической. В частности, самые старые звезды принадлежат к сферической подсистеме.

Что касается рассеянных звездных скоплений, то самое молодое из них возникло около 5 миллиардов лет назад. А самые старые объекты – шаровые звездные скопления, принадлежащие галактическому гало. Самое древнее из них сформировалось около 12 миллиардов лет назад. Таким образом, шаровые звездные скопления старше рассеянных в среднем на 5-10 миллиардов лет. Это означает, что формирование Галактики представляет собой длительный процесс, сильно растянутый во времени. Во всяком случае образование диска началось лишь через несколько миллиардов лет после того, как завершилось формирование сферической подсистемы. Если справедлива конденсационная теория образования звезд, то столь большой разрыв во времени можно объяснить тем, что формирование звезд диска началось только тогда, когда газ, оставшийся после образования звезд сферической подсистемы, осел к галактической плоскости и его концентрация оказалась достаточной для звездообразования.

Подобная точка зрения связана с представлением о том, что не только звезды, но и сама Галактика сформировалась из газового водородно-гелиевого облака в результате его гравитационного сжатия под действием собственного тяготения. Сперва формировались звезды гало, и этот процесс сопровождался выделением огромного количества энергии. Как считают некоторые астрономы, энергия эта выделялась в результате многократных вспышек сверхновых звезд. Однако подобное объяснение отнюдь не является единственно возможным. Источником энергии могли быть процессы, происходившие в ядре Галактики, а также другие явления, нам еще не известные.

Но если энергия действительно выделялась в больших количествах, это должно было привести к разогреву газа и временному прекращению процесса звездообразования. Возможно, этим и объясняется столь значительный разрыв во времени между завершением формирования сферической подсистемы и началом формирования диска.

Кроме диска и гало у нашей Галактики, по-видимому, есть еще и своеобразный ореол – галактическая корона. На это указывает целый ряд фактов, однако природа космических объектов, из которых состоит Галактика, до сих пор остается невыясненной. Это – одна из наиболее интригующих проблем современной галактической астрономии.


Галактическое вращение


Из года в год мы видим в небе одни и те же созвездия. Их очертания не меняются. Создается впечатление, что положение небесных светил в пространстве с течением времени остается неизменным. Но впечатление это обманчиво. Звезды движутся и движутся с огромными скоростями. Так, наше Солнце, обращаясь вокруг центра Галактики, несется со скоростью около 250 км/с. Это более чем в 8 раз превосходит скорость движения Земли по околосолнечной орбите. Полный оборот вокруг галактического центра Солнце завершает примерно за 250 миллионов лет (так называемый галактический год).

Вокруг центра Галактики обращаются и все другие объекты, которые входят в ее состав. Однако это галактическое вращение не похоже на обращение планет вокруг Солнца. В то время как в Солнце сосредоточена подавляющая часть массы Солнечной системы, масса галактического ядра составляет всего около 5 миллионов солнечных масс. Поэтому любая звезда или другой объект испытывает притяжение не только со стороны галактического центра, но и всей массы окружающих звезд. Это не может не сказываться на характере движения галактических объектов и форме их орбит.

Наблюдения показывают, что гало вращается со сравнительно небольшой скоростью. На расстоянии около 30 тысяч световых лет от центра Галактики (то есть на том расстоянии, где расположено Солнце) эта скорость составляет около 50 км/с. Что же касается звезд диска, то они движутся значительно быстрее. В районе Солнца у них такая же скорость, как и у нашего дневного светила – то есть 250 км/с. Однако не следует думать, что все звезды, принадлежащие к сферической или плоской подсистеме, движутся как единое целое. У звезд, которые входят в состав гало, скорости различаются весьма существенно. Это различие достигает 150 км/с. Что же касается звезд диска, то у них оно значительно меньше. Но и в диске, например, старые звезды, участвуя в галактическом вращении, движутся на 10-15 км/с медленнее, чем молодые.

Причем, чем больше возраст того или иного типа звезд, тем значительнее различаются скорости (или, как ее называют астрономы, дисперсия скоростей) представителей этого типа космических объектов. Как мы знаем из истории происхождения и эволюции Солнечной системы, характер современных движений космических объектов – это след прошлого в настоящем. Иными словами, особенности движений, о которых идет речь, связаны с условиями формирования этих объектов в прошлом. Поэтому исследование пространственной структуры подсистем нашей Галактики, характера движений составляющих ее объектов, а также их химического состава – интересно не только само по себе, но и позволяет восстановить картину предшествующей эволюции нашего звездного острова, расшифровать те ее страницы, которые еще не прочитаны.

Например, медленное вращение гало, по-видимому, свидетельствует о том, что на сравнительно ранней стадии эволюции Галактики, когда формировались наиболее старые звезды, действовал какой-то механизм, который предопределил сравнительно невысокие скорости их галактического вращения. Предполагают, что выделявшаяся при сжатии протогалактического водородно-гелиевого облака гравитационная энергия преобразовывалась в кинетическую энергию движения газа и образующихся звезд.

Благодаря росту кинетической энергии, сжатие звездной составляющей довольно быстро прекратилось. Вот почему те звезды, которые образовались в начальный период сжатия протогалактического облака, сохранили сферическое распределение в пространстве, а также тот сравнительно небольшой запас вращения, которым облако обладало в этот момент.

Что же касается газа, то приобретенная им кинетическая энергия в результате столкновения газовых облаков переходила в тепло и излучалась в пространство. Вследствие этого газ продолжал сжиматься, и скорость вращения газовой составляющей в соответствии с законами механики постепенно возрастала. Развивавшиеся при этом центробежные силы в какой-то момент уравновесили сжатие в галактической плоскости, и оно продолжалось лишь вдоль оси вращения. Этот процесс и привел к образованию плотного плоского газового диска. Возникшие в нем звезды образовали быстро вращающуюся плоскую подсистему.

В этой подсистеме и по сей день содержится большое количество газа и пыли. Наличием газово-пылевой материи объясняются хорошо видимые даже невооруженным глазом темные места в Млечном Пути, как бы свободные от звезд. В действительности в этих местах расположены плотные диффузные облака, поглощающие свет более далеких объектов.

Особое внимание в центральной части Галактики привлекает к себе область, расположенная в промежутке от 16 до 19 световых лет от центра. В этом «кольце» наблюдается повышенная концентрация газа и молодых звезд. Некоторые астрономы считают, что именно там и образуются гигантские молекулярные газовые комплексы и звезды.

Еще одна примечательная область – окружающая центр Галактики «дыра» в газовом диске, простирающаяся на расстояние до 9 световых лет. Причины ее возникновения остаются неясными, хотя на этот счет и высказано немало гипотез. Возможно, что интенсивный процесс звездообразования привел в этом районе к дефициту газа или газ, располагавшийся в этой области, по какой-то причине утратил свой «запас вращения» и переместился в центр Галактики. Но, пожалуй, более правдоподобным выглядит предположение о том, что какие-то активные процессы, происходившие в ядре Галактики, отбросили газовые массы в более далекие области. В пользу такой точки зрения говорит существование газовых облаков, располагающихся в центре Галактики на расстояниях порядка 5-6 световых лет от галактической плоскости и удаляющихся от центра нашей звездной системы с весьма высокими скоростями. Быть может, в будущем эти газовые облака вообще покинут галактические пределы.

С другой стороны, на периферии Галактики обнаружены гигантские газовые облака, которые с довольно большими скоростями, достигающими в отдельных случаях 300 км/с, наоборот, приближаются к галактической плоскости. Не исключено, что некоторые из них «втянуты» притяжением нашей Галактики из межгалактического пространства или из соседних галактик. А может быть, эти облака когда-то были выброшены из центральной области и теперь возвращаются обратно, так и не преодолев галактического притяжения.

Как показывают радиоастрономические наблюдения межзвездного водорода на волне 21 сантиметр, вдоль галактической плоскости тянется сравнительно тонкий слой атомарного водорода, постепенно утолщающийся к краям диска. Он состоит из холодных облаков с температурой около 70 К и в 100 раз менее плотного горячего газа, находящегося в пространстве галактической плоскости.


Центр Галактики


Наша звездная система представляет собой объект чрезвычайно сложный и трудный для исследования. К тому же ее изучение современными методами началось сравнительно недавно. Поэтому нет ничего удивительного в том, что с Галактикой связано так много загадок и тайн.

Наибольший интерес представляет собой самый центр Галактики – область с поперечником в несколько десятков световых лет, которая по своим свойствам существенно отличается от всех других областей нашего звездного острова. Внутри нее находится «ядро» – сгущение вещества, радиус которого равен примерно 10 парсекам (1 парсек – 3,26 светового года). Ядро окружено газовым диском с массой около 2*1027 масс Солнца и балджем с массой 4*109 солнечных масс. Вокруг балджа располагается кольцевая область с низким содержанием газа – уже упоминавшаяся нами «дыра» в газовом диске. Ядро Галактики находится в районе созвездия Стрельца (так видится с Земли). Эта часть Млечного Пути отличается большим количеством пыли, в десятки тысяч раз ослабляющей свет более далеких объектов. Однако сквозь этот «занавес», словно нарочно опущенный природой, проникают радио- и инфракрасное излучения. Впервые изображение ядра в инфракрасных лучах было получено советскими учеными на Крымской астрофизической обсерватории.

Наибольший интерес представляет собой самый центр Галактики, область поперечником около 65 световых лет, которая по своим свойствам существенно отличается от всех других ее областей.

Согласно косвенным данным, подавляющая часть массы этого центрального «ядрышка» сосредоточена в звездах. Как показывают спектральные наблюдения, чем ближе расположены газовые облака к галактическому центру, тем быстрее они движутся. По мнению некоторых исследователей, это связано с тем, что в самом центре Галактики находится массивная черная дыра с массой порядка 106 масс Солнца (черная дыра – своеобразный объект, обладающий столь высокой плотностью и столь могучим притяжением, что из него наружу не могут «вырваться» ни частицы, ни какие бы то ни было излучения). Однако вряд ли это предположение соответствует действительности, поскольку активность ядра весьма невелика в сравнении с той активностью, какой оно должно было бы обладать при наличии черной дыры. К тому же, если бы это действительно была черная дыра, поток рентгеновского излучения от ядра был бы гораздо мощнее фактически наблюдаемого.

В центральной области также был обнаружен, пожалуй, наиболее любопытный и интригующий объект Галактики – весьма компактный источник нетеплового радиоизлучения в сантиметровом диапазоне. В самом его центре расположено еще более яркое «радиопятно», поперечник которого не превосходит 10 а. е. Иными словами, этот объект мог бы поместиться внутри Солнечной системы. Его светимость на единицу объема чрезвычайно велика – она сравнима со светимостью наиболее мощных источников излучения в нашей Вселенной!

Именно этот загадочный объект некоторые астрономы и пытались связать с наличием в ядре массивной черной дыры. Однако, как мы уже говорили, подобная точка зрения встретила серьезные возражения.

Вблизи центра галактики находится также несколько источников инфракрасного излучения с невысокой температурой, близкой к комнатной. Но какова их природа и какие физические процессы с ними связаны, тоже пока неизвестно.

Ядро Галактики ведет себя довольно активно – оно все время выбрасывает газ в количестве, ежегодно составляющем 1,5 массы Солнца. На первый взгляд, это не так много для системы, состоящей из 200 миллиардов звезд. Однако не следует забывать, что Галактика существует многие миллиарды лет. Есть основания полагать, что современная активность ее ядра – лишь очень слабые отголоски гораздо более мощных и бурных процессов, которые происходили в центральной части нашего звездного острова в отдаленном прошлом, когда Галактика была моложе и богаче энергией.


Спиральная структура


Характерной особенностью нашей Галактики является наличие в диске спиральных рукавов или ветвей, существование которых подтверждается целым рядом независимых астрономических данных. В этих ветвях концентрируется межзвездный водород, они являются областями наиболее интенсивного диффузного радио- и гамма-излучения.

Первоначально высказывалось предположение, что рукава естественным образом сформировались в процессе вращения нашего звездного острова, поскольку галактический диск вращается не как единое целое, а дифференциально. Различные объекты, которые входят в его состав, движутся с разными угловыми скоростями: начиная с некоторого расстояния, чем дальше от центра, тем ниже скорость. В принципе подобное вращение действительно может создавать структуры, близкие к спиральным. Однако, как показывают расчеты, эти структуры не могут быть долговечными. За несколько оборотов Галактики они неминуемо должны были бы разрушиться.

Предполагают, что спиральные рукава представляют собой своеобразные «волны плотности» – возмущения плотности, которые возникают в звездном населении диска и распространяются в радиальных направлениях, вращаясь в то же время вокруг центра Галактики как единое целое. Иными словами, вращение волн плотности происходит с постоянной угловой скоростью, независимо от расстояния до центра. По неизвестной причине дифференциальное вращение галактического диска на характер вращения волн плотности сколько-нибудь заметного влияния не оказывает.

В волнах плотности число звезд в единице объема по сравнению с другими районами Галактики возрастает незначительно. Но, тем не менее, суммарная сила их тяготения в этих областях несколько выше. Поэтому межзвездный газ в поле тяготения спиральной волны сильно разгоняется, достигая сверхзвуковой скорости. Происходящее при этом сжатие газа может привести к возникновению ударных волн, охватывающих значительную часть галактического диска. Не исключено, что такие сжатия и запускают процесс звездообразования.

Согласно данным ученых, наше Солнце расположено в промежутке между двумя спиральными рукавами (или на внутренней окраине одного из них). И, видимо, это обстоятельство сыграло не последнюю роль в появлении и существовании жизни на Земле. Внутри спиральных рукавов, в районах интенсивного звездообразования формирование живых структур вряд ли является возможным…

Есть и еще одно, благоприятное для существования жизни на нашей планете обстоятельство, также связанное с галактическим расположением Солнца. Поскольку спиральные рукава вращаются как единое целое, а угловые скорости звезд по мере удаления от центра Галактики убывают, то на некотором расстоянии от него эти угловые скорости должны совпадать с угловой скоростью вращения спиральных ветвей – здесь и звезды и волны плотности движутся синхронно! Образуется своеобразное «кольцо», получившее название «коротационного круга» (от английского corotation, что означает «совместное вращение»).

Судя по всему, коротационный круг находится как раз в районе галактической орбиты Солнца. Если это действительно так, то наше светило расположено в «особой зоне» Галактики, то есть в «специальных условиях», где из-за равенства указанных выше угловых скоростей отсутствует ударная волна. Поэтому не исключено, что расположение Солнца в коротационном круге также могло сыграть весьма важную, если не решающую роль в формировании Солнечной системы и в появлении жизни на Земле!


Галактические опасности


Как уже говорилось, физические условия на Земле во многом зависят от физической обстановки в окружающей космической среде. А поскольку Солнце перемещается в пространстве Галактики и при этом пересекает области с различными свойствами, то эта обстановка с течением времени может изменяться довольно существенным образом. Особенно важное значение, по-видимому, может играть то обстоятельство, что Солнце не только обращается вокруг галактического центра, но и совершает периодические колебательные движения относительно галактической плоскости. Под действием притяжения массы «диска» Солнце приобретает ускорение, направленное к галактической плоскости, так сказать, «падает» на диск, а затем, «проскочив» его, продолжает двигаться в том же направлении по инерции, удаляясь в противоположную полусферу Галактики. Затем вновь ускоряется по направлению к диску и т. д.

Периодически пересекая галактическую плоскость, Солнце проходит через массивные облака пыли и газа, которые сосредоточены в этом районе. Гравитационное воздействие таких облаков может вызывать возмущения объектов «кометного облака», окружающего Солнечную систему, и «массовые «высыпания» ледяных глыб (кометных ядер), порождающие бомбардировку Земли «кометными ливнями».

Заметное воздействие на состояние земной среды могут оказывать и сами газопылевые комплексы, если они обладают достаточно высокой плотностью. По мнению специалистов, попадание Земли внутрь таких комплексов может приводить к существенным похолоданиям и даже к глобальным леденениям. Определенное влияние на окружающую среду, в частности на химический состав земной атмосферы, способны также оказывать органические соединения, которые входят в состав молекулярных облаков. Однако возможные экологические последствия подобного явления изучены еще недостаточно.

Правда, в последнее время появились сообщения о том, что Солнце пересекает плоскость Галактики не через каждые 26-28 миллионов лет, как считалось раньше, а через каждые 30-36 миллионов лет. Если это действительно так, то прохождения Солнца через галактическую плоскость с кризисными эпохами в состоянии земной биосферы, сопровождавшимися массовыми вымираниями отдельных видов живых организмов, не вполне совпадают.

Хотя космические процессы традиционно представляются нам весьма протяженными во времени, но, возможно, это привычное представление не отражает всего великого многообразия подобных процессов и их всевозможных сочетаний. Не исключено, что природой нам отпущен не столь уж большой срок для того, чтобы познать все тонкости галактическо-земных связей и научиться прогнозировать возможные неблагоприятные земные последствия тех или иных галактических ситуаций. И не только прогнозировать, но и в максимальной степени их нейтрализовать!


В мире галактик


В сравнении с Солнечной системой Галактика огромна. Однако и она представляет собой лишь небольшую часть Вселенной. В доступной современным средствам астрономических исследований области пространства (ее радиус достигает 14 миллиардов световых лет) «разбросаны» миллиарды звездных островов. Их совокупность называется Метагалактикой.

Когда ученым нужно изучить множество каких-либо объектов, то первым шагом в этом направлении является создание их классификации, то есть выделение групп однотипных объектов, обладающих существенными сходными признаками, и установление между такими группами причинной или генетической связи. Научная классификация имеет колоссальное эвристическое значение, так как она отражает те объективные законы, которые управляют изучаемой областью явлений. Хорошо известно, какую огромную роль в развитии естествознания сыграли такие классификационные системы, как периодическая система химических элементов Менделеева или классификация Линнея множества животных и растений.

Классификацию галактик одним из первых начал создавать известный американский астроном Э. Хаббл. В ее основу он положил морфологические особенности звездных островов Вселенной, а именно – их форму и строение.

Ближайшими к нам галактиками являются так называемые Магеллановы Облака – Большое и Малое, которые удалены от Солнца на расстояние порядка 180 тысяч световых лет. Они являются спутниками нашей Галактики и, обращаясь вокруг нее, делают один полный оборот за миллиард лет.

Если наша Галактика является классическим представителем спиральных звездных систем, то Магеллановы Облака относятся по классификации Хаббла к типу неправильных галактик, которые имеют несимметричную форму. Неправильные галактики составляют примерно около 5% от числа всех существующих.

Помимо спиральных и неправильных звездных систем в мире звездных островов существуют также галактики третьего типа – эллиптические, имеющие сферическую, или эллиптическую, форму. Это наиболее простые по своему строению и по характеру движения составляющих их объектов галактики. Яркость этих звездных систем по мере удаления от центра постепенно убывает, а их периферийные области плавно сливаются с окружающим фоном.

Что же касается спиральных галактик, то они являются наиболее распространенным типом звездных систем и составляют примерно половину всех звездных островов Метагалактики. В свою очередь, спиральные галактики делятся на «нормальные», у которых спиральные рукава берут начало непосредственно от центра, и «пересеченные», у которых спиральные ветви отходят от концов яркой перемычки – «бара», проходящего через ядро.

Спиральные галактики могут значительно отличаться и по своим размерам. Одним из типичных представителей сверхгигантских спиральных галактик является знаменитая галактика в созвездии Андромеды – «Туманность Андромеды». По своей внешней форме и физическим свойствам эта звездная система во многом напоминает нашу Галактику. Свет от нее до Земли идет 2 миллиона лет. В непосредственной близости от галактики Андромеды расположены четыре эллиптические галактики значительно меньшей массы, которые являются ее спутниками.

Наряду с перечисленными типами галактик встречается еще и промежуточный тип звездных систем – линзообразные галактики, занимающие в классификации промежуточное место между спиральными и эллиптическими.

Различие внешних форм галактик не является простой случайностью. Формы звездных систем отражают характер физических процессов, которые в них протекают, конкретные обстоятельства их возникновения и пути их дальнейшего развития. А также то, на какой стадии своей эволюции они в данный момент находятся.

В последние десятилетия обнаружены звездные системы, которые в классификацию обычных, или, как их называют, «нормальных», галактик явно не укладываются. Эти галактики получили название «пекулярных». К их числу относятся, например, «компактные» галактики, обладающие высокой поверхностной яркостью, а также карликовые звездные системы с низкой светимостью, в том числе красные и голубые.

Как правило, большие галактики отделены друг от друга значительными расстояниями, составляющими несколько мегапарсек. В то же время галактики, как правило, избегают «одиночества» – девять десятых из общего числа звездных систем либо образуют «пары», либо входят в состав различных групп и скоплений.

В одну из таких групп с радиусом 1,6 Мпс, получившую название Местной, входит и наша Галактика. А вместе с ней приблизительно и 40 других звездных систем, в том числе и галактика Андромеды, известная под индексом М-31.

Если окружить нашу Галактику воображаемой сферой радиусом 10-20 мегапарсек, то в ее пределах окажутся несколько десятков групп галактик, похожих на нашу Местную группу.

Что же касается систем более крупного масштаба – скоплений галактик, то самое далекое из тех, до которых удалось определить расстояния, находится в созвездии Волосы Вероники на расстоянии около 5200 Мпс от нашей Галактики, а самое близкое – на расстоянии около 29 Мпс. Это скопление в созвездии Девы, включающее в себя приблизительно 200 галактик высокой и средней светимости; в том числе 10 гигантских спиральных систем и 7 гигантских эллиптических.

Галактики внутри групп и скоплений, а также сами группы и скопления движутся друг относительно друга. Так, внутри Местной группы галактика Андромеды к нам приближается. А вся Местная группа со скоростью, равной нескольким сотням километров в секунду, движется по направлению к скоплению в Деве.

Это скопление является центром еще более грандиозного объединения звездных островов – сверхскопления с поперечником, достигающим 60 Мпс. В него входит и наша Местная группа, а также ее космические соседи – всего около 20 тысяч галактик, не считая карликовых звездных систем. Все они обращаются вокруг скопления в Деве.

Когда-то считалось, что во Вселенной существует бесконечная «лестница», бесконечная иерархия звездных систем. Звезды образуют галактики, галактики объединяются в группы, группы – в скопления, скопления – в сверхскопления, сверхскопления – в сверхсверхскопления и так далее без конца. Однако исследования последних лет показали, что эта лестница обрывается на сверхскоплениях. Объединений большего порядка в нашей Вселенной, по-видимому, не существует.


«Соты» Вселенной


Еще в 1976 году, основываясь на теоретических исследованиях, проведенных в Институте прикладной математики имени М. Келдыша АН СССР, ученые высказали предположение о существовании в структуре Вселенной своеобразных «пустот» – областей, свободных от звезд и галактик.

Год спустя это предсказание было подтверждено данными, полученными сотрудниками Тартуской астрофизической обсерватории в Эстонии под руководством Я.Э. Эйнасто. Они обнаружили в созвездии Персея большую область, свободную от галактик. А затем американские астрономы открыли огромную полость, практически свободную от звезд и галактик, с поперечником около 300 миллионов световых лет.

Главная трудность при изучении пространственной структуры Вселенной состоит в том, что все космические объекты, в том числе далекие галактики, проектируются на небесную сферу, заполняя ее более или менее равномерно. Поэтому для того, чтобы составить представление о распределении галактик в пространстве, необходимо узнать расстояния до каждой из них. Но измерение расстояний до отдельных галактик – задача очень сложная. И в широких масштабах она стала решаться лишь в последние годы. Тогда и подтвердилось, что во Вселенной действительно существуют достаточно большие области, внутри которых галактики практически отсутствуют.

Представим себе на минуту, что с нашего земного неба исчезли все звезды и мы невооруженным глазом можем наблюдать далекие галактики. Какие «узоры» образуют они в пространстве?

С помощью электронно-вычислительной техники выяснилось, что галактики распределены в пространстве сверхскоплений не хаотически, а образуют своеобразные «сети» в виде дуг, перемычек и ребер гигантских ячеек, чем-то напоминающих пчелиные соты. Каждая сторона такой ячейки имеет протяженность около 100 миллионов световых лет.

В настоящее время уже известно несколько подобных «пустот», некоторые из них имеют весьма внушительные размеры. Так, американские астрономы обнаружили свободную от звезд и галактик область с поперечником около 300 миллионов световых лет. Они изучили распределение звездных островов вдоль трех близко расположенных прямых линий, направленных в глубины Вселенной. В результате такого зондирования обнаружилось, что по избранным направлениям вплоть до расстояний порядка 500 миллионов световых лет и начиная с расстояний около 800 миллионов световых лет, галактики расположены довольно густо. Но в промежутке между этими «отметками» ни одной галактики зарегистрировать не удалось. Ориентировочный объем открытой учеными полости составляет 1025 кубических световых лет.

На ранней стадии расширения Вселенной вещество представляло собой смесь водорода и гелия, достаточно равномерно распределенную в пространстве. Однако не абсолютно равномерно. В разных точках плотность среды могла несколько различаться. Как показывают расчеты, с течением времени под действием сил тяготения подобные различия должны были возрастать. А на еще более поздней стадии, согласно теоретическим представлениям, развивавшимся Я. Зельдовичем и его сотрудниками, исходное вещество стало стягиваться к стенкам тех самых ячеек, которые мы наблюдаем в современную эпоху.

Следует подчеркнуть, что открытие гигантских космических «пустот» нисколько не противоречит представлениям об однородности Вселенной в больших масштабах. Ведь их размеры не идут ни в какое сравнение с размерами той области пространства, которая охвачена астрономическими наблюдениями.

Для окончательного выяснения пространственной структуры Вселенной наряду с дальнейшей разработкой теории потребуется провести множество исследований и наблюдений, в частности, определить положение в пространстве десятков тысяч далеких галактик, а также разработать методы обнаружения разреженного ионизированного газа.

Если повсеместный характер сетевой структуры сверхскоплений галактик подтвердится дальнейшими исследованиями, то это будет иметь колоссальное значение для понимания особенностей строения и эволюции нашей Вселенной. Дело том, что «сетевая структура» неустойчива! Возможно, именно по этой причине в нашей Вселенной не существует (или почти не существует) объединений более высокого порядка, чем сверхскопления. Да и сами сверхскопления постепенно рассеиваются и, таким образом, представляют собой лишь временную фазу пространственного распределения звездных систем.

Согласно некоторым расчетам, продолжительность того этапа эволюции Вселенной, на протяжении которого сохраняется сетевая структура сверхскоплений, составляет примерно 10 миллиардов лет. Это говорит о том, что мы живем на некотором промежуточном этапе эволюции Вселенной, – этапе не слишком молодом, но и не слишком старом, так что ее пространственная структура еще будет существенным образом изменяться. Этот вывод имеет принципиальное значение.

Хотя внегалактическая астрономия – один из наиболее бурно развивающихся разделов современной науки о Вселенной, но это и одна из самых молодых ее областей. Поэтому нет ничего удивительного в том, что в современной внегалактической астрономии имеется больше нерешенных вопросов, чем в любой другой области науки о Вселенной. И вопросов не только частного, локального характера, но и фундаментальных, от содержания ответов на которые зависит наше понимание основных законов мироздания, свойств и строения того мира, в котором мы живем и частью которого являемся.


Загадка скрытых масс


На пороге третьего тысячелетия астрономы все еще не могут дать точный ответ на вопрос: из чего состоит наша Вселенная?

Хорошо известно, что галактики состоят из звезд, планет, межзвездного газа и пыли, но… и еще из «чего-то» такого, что никак не удается зарегистрировать никакими приемниками излучения.

Эти таинственные объекты проявляют себя только гравитационными воздействиями на другие космические тела. А так как гравитация непосредственно связана с массами, то таинственные «невидимки» получили название «скрытой массы».

Впервые на проблему существования скрытой массы натолкнулся еще в 1933 году швейцарский астроном Ф. Цвикки. Измеряя скорости движения галактик в скоплении, расположенном в созвездии Волосы Вероники, он обнаружил, что они движутся с очень высокими скоростями. Последующие вычисления показали, что для того, чтобы удержать столь «быстрые» галактики, необходима масса, значительно превосходящая (раз в десять!) общую массу скопления, о котором идет речь. Так возник «парадокс Цвикки», получивший впоследствии подтверждения при изучении других скоплений звездных островов Вселенной.

Дело в том, что в принципе существуют два независимых способа определения массы скоплений галактик. Один из них основан на обнаруженной астрономами зависимости между массами скоплений и скоростями собственных движений звездных островов, которые входят в их состав. Поскольку эти скорости, а также радиусы скоплений можно достаточно точно определить с помощью астрономических наблюдений, то нетрудно вычислить и массы скоплений. Массы, определенные подобным методом, получили название «вириальных» по «имени» одной важной теоремы классической механики.

Другой способ заключается в следующем. Многочисленные исследования показали, что массы скоплений галактик и отдельных звездных систем связаны с их светимостями. Чем выше светимость, тем больше масса. Поэтому считается, что измеряя светимости, можно довольно точно определять как массы отдельных галактик, так и их групп.

Вполне естественно было сопоставить полученные двумя способами результаты между собой. И не менее естественно было ожидать, что поскольку речь идет о массах одних и тех же космических объектов, то эти результаты совпадут.

Однако оказалось, что массы скоплений, определенные по их светимостям, значительно ниже, чем их «вириальные» массы. Добро бы это различие составляло какие-нибудь 510%. Тогда его вполне можно было бы отнести на счет мелких ошибок, допущенных при измерении физических характеристик изучаемых объектов, погрешностей вычислений и тому подобных «побочных обстоятельств». Астрономы нередко так и поступают…

Но в данном случае подобный «спасительный метод» согласования несовпадающих результатов был явно неприменим. Оказалось, что «вириальные» массы превосходят массы, определенные по светимости, в десятки и в сотни раз.

А в 1970-е годы дополнительно выяснилось, что движение галактик в скоплениях вступает и в противоречие с законами небесной механики. Более того, оказалось, что внешние области нашей Галактики обращаются вокруг ее центра так же быстро, как и внутренние! Эту аномалию также можно было бы объяснить наличием скрытой массы. Если допустить, что наша звездная система полностью погружена в огромное массивное невидимое «облако», то все странности, связанные с вращением ее составных частей, вполне закономерны.

Окончательно убедившись в реальном существовании скрытых масс, астрономы не могли не задуматься над тем, что они могут собой представлять. Определенная часть исследователей Вселенной допускает, что «темное вещество» вполне может состоять из обычных космических объектов, которые просто не удается наблюдать из-за огромных космических расстояний. Речь может идти как о планетах и астероидах, так и о не «загоревшихся» или уже остывших звездах, нейтронных звездах и даже черных дырах. В совокупности подобные объекты стали называть английской аббревиатурой МАСНО, что значит – «массивные компактные объекты гало…», то есть объекты, которые могут располагаться в периферийных областях галактик, в том числе и нашего Млечного Пути.

В 1986 году астрофизик Пристонского университета в США Б. Пачински предложил применить для поиска МАСНО-объектов метод так называемых гравитационных линз.

Идея состояла в следующем. Если одно из «темных» массивных тел, обращающихся вокруг центра нашей Галактики, в какой-то момент окажется на пути световых лучей, идущих к Земле от одной из звезд Большого Магелланова Облака, то гравитационное поле этого МАСНО-объекта сработает как «собирающая линза». В результате видимый блеск «линзируемой» звезды на какое-то время значительно возрастет, а затем она возвратится в обычное состояние. В последнее десятилетие подобные исследования проводились рядом научных коллективов, однако полученные результаты пока не дают оснований для окончательных выводов.

В то же время ряд других физиков и астрофизиков занялись поисками пресловутой «скрытой массы» в мире элементарных частиц. В частности, некоторые физики возлагают надежды на еще неизвестные науке (не открытые) тяжелые элементарные частицы с экзотическими свойствами. И хотя они еще не обнаружены, им даже уже присвоили специальное наименование – IMP, что означает – «слабо взаимодействующие массивные частицы».

Высказывались также предположения о существовании еще одной, на этот раз сверхлегкой ненаблюдаемой частицы – «аксиона». По оценкам некоторых исследователей, число таких частиц в каждом кубическом сантиметре пространства достигает невообразимой величины, равной 100 триллионам, так что их суммарный вклад в «скрытую массу» может оказаться весьма существенным.

Аксионы пытались обнаружить в Национальной лаборатории в Ливермоле в США в штате Калифорния с помощью супермощного магнита, но – безуспешно. Как полагают сами исследователи, для получения окончательного ответа относительно существования аксионов понадобится еще не меньше Шлет.

Новые возможности для изучения физической природы «темной массы» появились в последние годы в результате исследований английских астрономов, проведенных в связи с созданием фотографической карты южного неба в дополнение к уже имевшейся карте северного неба, созданной американскими астрономами с помощью 5-метрового телескопа обсерватории на горе Паломар. С этой целью английские ученые установили в Австралии в обсерватории Новый Южный Уэллс крупный телескоп так называемой системы Шмидта с поперечником 1,2 метра.

В числе дополнительных программ, осуществляемых с помощью этого инструмента, была программа исследования изменений, которые происходят на специально выбранном участке неба, равном 35 квадратным градусам, за различные промежутки времени от нескольких часов до многих лет. Руководителем этой программы был астроном Королевской Эдинбургской обсерватории в Шотландии Майк Хоукинс. В этой обсерватории были тщательно исследованы фотопластинки, полученные в Австралии. В результате удалось зафиксировать положения в пространстве, размеры и конфигурации примерно 200 тысяч галактик. Затем эти данные были сопоставлены друг с другом, что позволило получить представление о поведении каждого из наблюдавшихся объектов. И стало очевидно, что значительное число вариаций в их состоянии происходит лишь за достаточно длительные промежутки времени. За некоторыми из подобных объектов удалось проследить не только визуально, но и спектроскопически с помощью англо-австралийского телескопа с поперечником зеркала 3,9 метра. Фотографирование производилось на протяжении 17 лет с 1975 по 1992 год.

И уже в начале наблюдений стало ясно, что типичный период вариаций физического состояния изучаемых объектов составляет от 5 до 10 лет. Если кратковременные вариации продолжительностью менее одного года можно было объяснить нестабильностью тех или иных конкретных объектов, то для длительных вариаций подобное объяснение не подходило. Следовало искать какие-то иные причины этого явления.

Новая многообещающая идея возникла в результате совместного обсуждения упомянутой проблемы Майком Хоукинсом и специалистом по так называемым гравитационным линзам австралийкой Рэчел Вебстер. Физический эффект, на возможность которого они обратили внимание, был предсказан еще Эйнштейном. Согласно общей теории относительности, гравитационные поля должны оказывать влияние на ход световых лучей. Анализ показывает, что если на пути светового потока, идущего от какого-либо космического источника излучения, окажется компактный массивный объект, то его поле тяготения будет действовать подобно оптической линзе. В результате наблюдатель, находящийся на одной прямой линии с этими объектами, обнаружит значительное увеличение светимости источника, например, звезды или квазара.

Сопоставив имеющиеся в его распоряжении многочисленные фактические данные, М. Хоукинс пришел к заключению, что причиной многих вариаций светимости далеких квазаров могут быть именно гравитационные линзы. В частности, было замечено, что у близких квазаров вариации светимости практически не наблюдаются. Например, у самого близкого к нам квазара ЗС 273. Этот факт как раз и свидетельствует в пользу гипотезы гравитационных линз. В самом деле, для близких квазаров или других источников светового излучения, расположенных на сравнительно небольших расстояниях от Земли, пересечение луча зрения, соединяющего наблюдателя и наблюдаемый светящийся космический объект гравитационной линзой, представляет собой крайне редкое явление. Однако в тех случаях, когда объект находится на очень большом расстоянии от земного наблюдателя, вероятность того, что на луче зрения окажется гравитационная линза, значительно возрастает.

Поэтому логично предположить, что неожиданные усиления светимости близких источников, например звезд, вызваны в подавляющем большинстве случаев теми или иными физическими процессами на самой звезде – в частности, вспышками новых или сверхновых. Что же касается далеких квазаров, то их вариативность, по мнению Хоукинса, скорее всего объясняется наличием во Вселенной большого числа невидимых компактных массивных тел, играющих роль гравитационных линз, которые и составляют основную часть темной массы Вселенной.

Но что могут представлять собой эти компактные массивные объекты? Какова их природа? Ответ на этот вопрос имеет чрезвычайно важное космологическое значение. Как известно, будущее нашей Вселенной зависит от величины средней плотности материи. Если эта плотность ниже некоторого «критического» значения – Вселенная будет расширяться неограниченно. В противном же случае расширение со временем сменится сжатием. Согласно существующей теории про нахождения нашей Вселенной, на ранней стадии ее существования могло возникнуть лишь около 5% массы, необходимой для обеспечения критической плотности и состоящей из барионного вещества, то есть тех элементарных частиц, из которых состоят обычные космические объекты – планеты, звезды, туманности, галактики.

Согласно подсчетам Хоукинса, подавляющее большинство гравитационных линз обладает массами, сравнимыми с массой Юпитера. По его предположению, на той стадии эволюции Вселенной, когда кварки перестали существовать в свободном состоянии и вошли в состав атомов, могли сформироваться многочисленные черные дыры, обладающие массами, сравнимыми с массой Юпитера. И они-то и являются теми гравитационными линзами, которые вызывают наблюдаемые вариации светового излучения далеких квазаров. Иными словами, наша Вселенная содержит огромное количество сравнительно небольших черных дыр. И когда мы наблюдаем те или иные объекты, расположенные в отдаленных регионах космоса, мы, как правило, видим их «через» космические гравитационные линзы.

Если все сказанное соответствует реальному положению вещей, то, по-видимому, основную часть «темной массы» Вселенной составляют небольшие черные дыры.

Оригинальный подход к проблеме «скрытой массы» был в свое время предложен академиков Я.Б. Зельдовичем. Он выдвинул «нитевидную модель» крупномасштабной структуры Вселенной, объясняющую, почему галактики заполняют пространство Вселенной неравномерно, концентрируясь к ребрам своеобразных пространственных ячеек, о которых мы уже упоминали. Согласно гипотезе Зельдовича, основы этих ребер составляют сверхплотные нитевидные образования, получившие в современной физике название «струн» или «суперструн» (или «стринги» и «суперстринги»).

Итак, природа «скрытых масс» еще не установлена. Известно только то, что она существует. Между тем вопрос о скрытой массе Вселенной – это в полном смысле слова вопрос о ее будущем! Если масса темного вещества окажется выше некоторого «критического» значения, то в какой-то момент расширение Вселенной прекратится и начнется обратный процесс – сжатие. Если же невидимого вещества не так много, то расширение Вселенной будет продолжаться вечно…


Нестационарная Вселенная


Было время, когда казалось, что космические объекты, составляющие население нашей Вселенной, почти не изменяются с течением времени, постепенно переходя от одного стационарного состояния к другому стационарному состоянию. Однако с появлением новых средств астрономических исследований, позволяющих регистрировать и анализировать информацию, содержащуюся не только в оптическом, но и в других диапазонах космических электромагнитных излучений, картина «спокойной» Вселенной была кардинально пересмотрена. Выяснилось, в частности, что почти все известные нам галактики излучают не только свет, но и радиоволны, и что эти излучения связаны с выделением огромных количеств энергии. В настоящее время не приходится сомневаться в том, что источником этих энергий являются активные физические процессы, протекающие в ядрах этих звездных систем. И, судя по всему, подобные активные нестационарные процессы играют весьма существенную роль в эволюции космических объектов! Эта роль впервые была отмечена выдающимся советским астрофизиком академиком В.А. Амбарцумяном.

В 1960-х годах новые технические возможности позволили астрономам исследовать неизвестные свойства уже известных объектов. В частности, внимание ученых привлекли так называемые голубые звезды. Они были впервые обнаружены и даже сфотографированы 100 лет назад и на этих снимках выглядели так же, как и другие звезды нашей Галактики. Правда, было замечено, что они обладают очень сильным ультрафиолетовым излучением, но это обстоятельство почему-то в то время никого не заинтересовало. И только когда выяснилось, что эти звезды являются еще и радиоисточниками, они стали объектом пристального исследования. Одной из таких звезд, зарегистрированной в каталогах космических радиостанций под номером ЗС 273, заинтересовался американский астроном, голландец по происхождению Мартен Шмидт. Исходя из результатов спектральных наблюдений, он пришел к выводу о том, что объект ЗС 273 должен находиться от Земли на расстоянии порядка нескольких миллиардов световых лет, то есть у границ наблюдаемой области Вселенной. Но это означало, что загадочный объект излучает неправдоподобно большое количество энергии…

Открытие космических объектов, впоследствии получивших название квазаров, явилось одним из самых выдающихся событий в естествознании второй половины XX столетия.

Согласно подсчетам, квазар ЗС 273, обнаруженный первым, излучает примерно в сто раз большую энергию, чем самые гигантские известные нам галактики! Это тем более удивительно, что квазары представляют собой компактные образования – их поперечники достигают всего нескольких световых месяцев, максимум – года.

По-видимому, квазары возникли раньше, чем галактики, а затем каким-то образом «обрастали» звездами и становились ядрами этих звездных систем. Что же касается источников их энергии, то этот вопрос остается открытым. Единственное, что можно утверждать определенно, – то, что это не термоядерные реакции. Такие реакции заведомо не могли бы обеспечить столь высокий выход энергии из столь небольшого объема.


Очередная загадка Вселенной


По мере развития науки все больший интерес и все большую ценность приобретает изучение «единичных» явлений, от исследования которых естествознание на протяжении своей истории упорно открещивалось. Считалось, что единичные явления ни с чем нельзя сравнить и поэтому их изучение сталкивается с непреодолимыми трудностями. В особенности это касалось явлений, происходящих во Вселенной, поскольку их, как правило, невозможно воспроизвести и повторить в эксперименте.

Но, с другой стороны, именно «единичные» явления представляют собой особый интерес для современной науки, поскольку они уникальны, а все уникальное содержит в себе неповторимую информацию, позволяющую осуществлять успешное наступление на самые сокровенные тайны природы!

Популяризаторы науки любят повторять, что Вселенная неистощима на всевозможные сюрпризы. Но это справедливо лишь отчасти. Хотя течение времени в различных регионах Вселенной зависит от величины сил тяготения, «в среднем», по нашим земным меркам, космические события происходят чрезвычайно медленно. А по этой причине промежутки времени между «единичными» уникальными космическими событиями и явлениями чрезвычайно велики. Так что, если что-то подобное удается зарегистрировать – это означает, что нам в высшей степени повезло, поскольку это явление пришлось как раз на тот краткий отрезок времени, в течение которого существует астрофизика. А это придает явлениям, о которых идет речь, особую ценность.

Одно из таких уникальных загадочных космических явлений было зарегистрировано в 1978 году, когда астрономам удалось обнаружить в созвездии Водолея объект, получивший в дальнейшем условное обозначение SS433.

Первая загадка возникла уже при изучении его спектра. Оказалось, что у этого объекта часть спектральных линий смещена к красному концу спектра, а часть – к фиолетовому. Известно, что подобное смещение спектральных линий наблюдается в тех случаях, когда источник излучения соответственно от нас удаляется или к нам приближается. Получалось, что объект SS433 удаляется от нас со скоростью около 80 тысяч километров в секунду и одновременно… приближается к нам со столь же высокой скоростью!

Но никакое материальное тело в реальном мире не может в одно и то же время перемещаться в двух диаметрально противоположных направлениях. Так способна вести себя только очень сложная система, различные части которой движутся по-разному.

Вскоре обнаружился еще один не менее удивительный факт. Выяснилось, что линии в спектре SS433 меняют свое положение с периодом, равным 164 суткам!

Мало того, оказалось, что загадочный объект интенсивно излучает в рентгеновском диапазоне, является переменным источником инфракрасного излучения и радиоисточником с чрезвычайно сложной структурой!..

Не слишком ли много загадок для одного и того же космического объекта? Естественно, возник вопрос: какова его физическая природа? Других космических объектов с аналогичными свойствами астрономы никогда не регистрировали. В подобных ситуациях единственным способом поисков объяснения является построение теоретической модели, при создании которой используется все многообразие уже» известных нам физических явлений во Вселенной. Точнее, комбинация подходящих фрагментов таких явлений.

Многое при этом, разумеется, зависит от изобретательности и творческого воображения исследователя, но зато появляется возможность на основании полученной модели что-то предсказать, а затем сравнить подобный прогноз с результатами наблюдений.

И такая модель была построена. Суть ее состоит в следующем. Из центральной части некоего объекта выбрасываются с большой скоростью две газовые струи. Одна из них движется по направлению к земному наблюдателю, другая – от него. Именно этим обстоятельством объясняется то таинственное «раздвоение» SS433, о котором шла речь выше.

В центральной же области SS433 расположен компактный газовый диск, вращающийся вокруг центрального массивного тела. При этом струи газа движутся в плоскости, образующей с осью вращения газового диска угол около 20 градусов. Таким образом, вся система приобретает свойства наклонного волчка.

Из механики известно, что ось вращения такой системы должна медленно менять свое положение в пространстве – испытывать так называемую прецессию. Как это, в частности, происходит с осью суточного вращения Земли. Благодаря этому, положение газовых струй в объекте SS433 относительно земного наблюдателя будет с течением времени периодически изменяться. Таково возможное объяснение второй загадки SS433 – 164-суточной периодичности в перемещении линий в его спектре.

Пока не вполне ясно, за счет каких сил движение газа в струях в SS433 остается постоянным и упорядоченным? Не исключено, что здесь существенную роль играют мощные магнитные поля. Не установлено и точное расстояние до загадочного объекта. Оценки колеблются от 11 до 17 тысяч световых лет, но во всяком случае ясно, что объект SS433 расположен в пределах нашей Галактики.

При разработке описанной модели астрофизики исходили из того, что выбросы газовых струй происходят в ядрах так называемых радиогалактик, а также в сверхмощных источниках космической энергии – квазарах. Принимались во внимание и явления, происходящие в так называемых двойных системах, которые представляют собой комбинацию нейтронной звезды или черной дыры и обычной массивной звезды-гиганта, обращающихся вокруг общего центра масс. Так что не исключено, что центральным объектом в SS433 тоже является двойная система!

Дело в том, что ядра галактик обладают гигантскими массами порядка миллиарда масс Солнца, а масса любой двойной системы – сравнительно невелика. Между тем в SS433 ежегодно выбрасывается в газовых струях довольно значительное количество вещества. С одной стороны, это говорит о том, что масштабы подобных процессов, происходящих во Вселенной, могут колебаться в весьма широких пределах, а с другой – о том, что современная стадия SS433 вряд ли может быть достаточно продолжительной. Вероятно, этим и объясняется уникальность загадочного объекта в созвездии Водолея!

Видимо, нам действительно просто повезло и мы оказались современниками редчайшего космического явления, дальнейшее изучение которого может пролить свет на природу многих активных процессов, происходящих во Вселенной.


Черные дыры во Вселенной


«Первый свой опыт я проделал над куском белой шерстяной материи. До чего же странно было видеть, как эта белая материя постепенно таяла, как струя пара, и затем совершенно исчезла! Мне не верилось, что я это сделал. Я сунул руку в пустоту и нащупал материю, столь же плотную, как и раньше. Я нечаянно дернул ее, и она упала на пол. Я не сразу ее нашел…» Так герой научно-фантастического романа знаменитого английского писателя Герберта Уэллса «Человек-невидимка» проводил свой первый опыт. Он изобрел способ делать невидимыми различные тела, а затем превратил в невидимку и самого себя.

Любой несамосветящийся предмет мы видим потому, что он отражает некоторую часть падающего на него света. Несветящийся предмет, который никаких лучей не отражал бы, а был бы для них абсолютно прозрачен, оказался бы невидимым. Однако материальных объектов, удовлетворяющих подобным условиям и существующих в нашем обыденном макроскопическом мире, мы не знаем. Тем не менее объекты-невидимки, полностью поглощающие любые излучения, а сами ничего не излучающие, в принципе могут существовать!

XX век принес целый ряд удивительных открытий в области физики и астрономии. Многие из них с трудом укладываются в наши обыденные представления об устройстве окружающего мира, а порой вступают с ними и в прямое противоречие. Но таков закономерный путь развития естествознания, об этом мы уже говорили не раз. Идет своеобразная цепная реакция: обнаруживаются диковинные явления, а их дальнейшее изучение и осмысление приводит к открытию явлений еще более поразительных. И к этому надо быть готовыми – мы вступили в «странный мир» современной физики и астрофизики, и по мере дальнейшего продвижения он неизбежно будет становиться все более и более странным!

Во второй половине XX столетия в астрофизике большую популярность приобрела гипотеза так называемых черных дыр. Одно название чего стоит: «дыры» во Вселенной, да еще «черные»!

Если некоторая масса вещества окажется в малом объеме, критическом для данной массы, то под действием собственного тяготения это вещество начинает неудержимо сжиматься. Наступает своеобразная гравитационная катастрофа – гравитационный коллапс.

В процессе коллапса растет концентрация массы. Растет в соответствии с общей теорией относительности и кривизна пространства. И в конце концов наступает момент, начиная с которого ни один луч света, ни одна частица, ни один вообще физический сигнал не может «вырваться» из подобного образования наружу. Оставаясь в рамках общей теории относительности, подобную ситуацию можно интерпретировать и как замыкание пространства в данном месте в результате возрастания кривизны. Образовавшийся в результате такого замыкания объект и есть черная дыра.

Если справедливо существующее представление о том, что всякая информация должна иметь материального носителя, то такой объект для внешнего наблюдателя как бы перестает существовать – от него не поступает никакая информация.

Как заметил в одной из своих работ крупнейший американский специалист по теории гравитации Кип Торн, «…из всех творений человеческого разума: от мифологических единорогов и драконов до водородной бомбы, пожалуй, наиболее фантастическое – это черные дыры. Однако из физических законов с неизбежностью следует существование черных дыр».

Радиус коллапсирующего тела, при котором оно превращается в черную дыру, называется гравитационным радиусом. Для массы Солнца гравитационный радиус равен 3 километра, для массы Земли – 0,9 сантиметра. Если бы Солнце сжалось до размеров шара с радиусом 3 километра, оно превратилось бы в черную дыру.

А сфера, радиус которой равен гравитационному, получила название «сферы Шварцшильда». Любое тело, оказавшееся на поверхности этой сферы, не может оставаться неподвижным – оно должно падать внутрь. Иногда эту сферу называют еще «горизонтом черной дыры».

На поверхности, радиус которой для данной массы равен гравитационному, сила тяготения практически становится бесконечно большой. И для того чтобы ее преодолеть и оторваться от черной дыры, надо было бы развить вторую космическую скорость, превосходящую скорость света. Вот почему черная дыра ничего не выпускает наружу.

В то же время она может втягивать в себя окружающее вещество, увеличивая при этом свои размеры.

Таким образом, возможность образования черных дыр в принципе можно объяснить и с точки зрения классической механики Ньютона. На это еще в конце XVIII века обратил внимание П. Лаплас. Однако полная теория физических процессов, происходящих в черных дырах и описывающая весь комплекс связанных с ними явлений, может быть построена только с позиций общей теории относительности.

Для внешнего наблюдателя процесс сжатия коллапсирующего вещества будет протекать бесконечно длительное время. И, как показывают расчеты, момента вхождения массы «под» гравитационный радиус он вообще никогда не дождется, так как вблизи границы черной дыры время практически останавливается.

Иную картину увидел бы воображаемый наблюдатель, падающий вместе с веществом в черную дыру. Он за конечный промежуток времени достиг бы гравитационного радиуса и продолжал падение к центру черной дыры.

Таким образом, ход времени вне черной дыры и внутри нее оказывается качественно различимым. С точки зрения обычной «земной» логики и здравого смысла, опирающегося на круг явлений, привычных для человека и протекающих в привычной для него среде обитания, эти рассуждения о неодинаковом ходе времени могут показаться по меньшей мере странными и противоречивыми. Но они, тем не менее, соответствуют реальности.

Вещество, оказавшееся внутри черной дыры, продолжает падать к ее центру, где в результате образуется так называемая сингулярность, то есть точечный объект, в котором плотность вещества достигает бесконечной величины!

Кстати, заметим, что на протяжении длительного времени в теории горячей расширяющейся Вселенной также считалось, что наша Метагалактика образовалась из точечной так называемой космологической сингулярности, которую еще образно иногда именовали «первоатомом». Это событие – Большой Взрыв – и предопределило дальнейшее расширение Вселенной.

В теории горячей расширяющейся Вселенной закономерно возникает и такой вопрос: а что было до начала расширения, то есть до момента времени t = 0? И если не было ничего, то откуда вообще могла возникнуть наша Вселенная? По мнению А.Д. Линде, это «один из наиболее мучительных вопросов, стоящих перед космологами».

В связи с этим некоторые теоретики, в частности, Я.Б. Зельдович, попытались разрубить этот «гордиев узел» с помощью идеи возникновения Вселенной «из ничего», в результате так называемой квантовой флюктуации. Подобная идея и была по сути дела реализована в «инфляционной теории».

Именно от момента «космологической сингулярности» обычно отсчитывался возраст нашей Вселенной. При этом начальный «момент времени» на оси времени предшествовал на 10-43 с (так называемый планковский интервал) тому моменту, когда Вселенная вышла из сингулярного «планковского» состояния и в ней начали проявлять себя те фундаментальные законы физики, которые пришли на смену законам «квантовой гравитации», управлявшим всеми процессами в эпоху от 0 до 10-43 с.

Что же касается сингулярности внутри черной дыры, то скорее всего это не математический точечный объект, а так называемая планковская сингулярность, обладающая размером 10-33 сантиметра.

Следует особо подчеркнуть, что в «планковской фазе» фундаментальные законы современной физики не действуют, не работают. Таким образом, и вся современная фундаментальная физика в целом, как и отдельные физические теории, тоже имеет определенные границы применимости. Поэтому мы не располагаем теоретическими средствами, с помощью которых можно было бы описать, что именно происходило на «сингулярной стадии» раздувания. Чтобы решить эту проблему, потребуется создание единой «квантово-гравитационной теории», которая была бы применима к описанию структуры, свойств и эволюции физического вакуума. Но создание подобной теории – дело будущего.

И это справедливо не только по отношению к сингулярностям, заключенным внутри черных дыр, но и по отношению к той «космологической сингулярности», которая возможно существовала в момент начала нашей Вселенной. По словам советского физика-теоретика А. Старобинского, «внутри планковской области… может быть что угодно. Точно так же, как и внутри черных дыр».

Возникает вопрос: каково будущее вещества, которое оказалось втянутым в черную дыру? Окажется ли оно «захороненным» в ней на вечные времена или все же может при определенных обстоятельствах «возвращаться» во Вселенную?

В рамках общей теории относительности существуют два независимых решения уравнений, относящихся к явлениям типа гравитационного коллапса. Одно из них описывает необратимый процесс катастрофического сжатия материи, в результате которого образуется черная дыра. Что касается второго решения, то оно в известной степени обратно первому. Согласно этому решению, материя, наоборот, движется от «сингулярности» – то есть происходит «антиколлапс», вследствие чего образуется так называемая белая дыра.

Но как говорят физики и математики, решения, о которых идет речь, не «сшиваются». Иными словами, с точки зрения общей теории относительности, коллапс, строго говоря, не может сам собой перейти в антиколлапс, а черная дыра превратиться в «белую дыру»! Если же встать на позицию внешнего наблюдателя, то центральная сингулярность в черной дыре является принципиально ненаблюдаемой, а аналогичная сингулярность в «белой дыре» в принципе может наблюдаться. Но как показывают расчеты, те белые дыры, которые, возможно, образовались на ранней стадии существования нашей Вселенной, расходуя свое вещество, к настоящему времени уже все равно стали бы ненаблюдаемыми.

Тем не менее, как показывают теоретические вычисления, наряду с черными дырами в принципе могут существовать и «белые дыры», то есть образования, в которых происходит «антиколлапс» – катастрофический разлет вещества. У вращающихся черных дыр, обладающих неким электрическим зарядом, стадия сжатия может все же смениться фазой расширения.

В то же время новые белые дыры сейчас образоваться не могут из-за того, что коллапс теоретически не может превратиться в антиколлапс. И если бы мы все-таки обнаружили в нашей Вселенной какую-нибудь «белую дыру», то это скорее всего означало бы, что мы наблюдаем проявление в нашем пространстве черной дыры, образовавшейся в каком-то смежном с нашим другом мире.

Известный советский астрофизик академик Н.С. Кардашев предложил в свое время «мысленный эксперимент», позволяющий наглядно иллюстрировать свойства черных и белых дыр.

Правда, тут следует сделать оговорку. Хотя непосредственно «увидеть» черную дыру невозможно, она, строго говоря, невидимкой, в том смысле, который вкладывал в это понятие Уэллс, не является. Мы не можем «видеть» сквозь нее. Тем самым как бы вполне оправдывается экзотическое название – черная дыра.

Рассмотрим ощущения воображаемого наблюдателя, погружающегося на космическом корабле в заряженную черную дыру. Такой путешественник уже никогда на возвратится в свой мир. Проникновение в заряженную черную дыру с последующим выходом в белую дыру будет соответствовать путешествию на «машине времени», которая проходит бесконечно большие расстояния за конечные промежутки времени и преодолевает в конечном интервале собственного времени (времени, протекающего для путешественника) бесконечно большие интервалы времени для внешнего наблюдателя. В этом путешествии наблюдатель, находящийся в корабле, «выныривает» как бы в «абсолютном будущем» – в мир, которым, быть может, станет наш мир через невообразимо огромные промежутки времени. Мало того, не исключено, что этот «новый» мир не связан с нашим миром никаким простым пространственно-временным образом, а отделен от него бесконечно большим интервалом времени. И обычным способом в него нельзя попасть никогда!

Как считает Н. Кардашев, наблюдатель во время погружения в черную дыру увидит все будущее нашей Вселенной, а при «выходе» из белой дыры в другую вселенную – все прошлое этой соседней вселенной.

В 1974 году было теоретически показано, что квантовые эффекты, связанные с черными дырами, должны приводить к тому, что и эти объекты излучают, подобно так называемому абсолютно черному телу с температурой, отличной от нуля, и в результате постепенно теряют свою массу – «испаряются».

Однако более или менее ощутимым такое испарение может быть только у черных мини-дыр с массой в миллиарды миллиардов раз меньше солнечной.

Так, «дыра» с массой порядка нескольких миллиардов тонн может полностью испариться за 10 миллиардов лет, то есть за срок, сравнимый с возрастом нашей Вселенной. В современную эпоху подобные «мини-дыры» в нашей Вселенной вряд ли могут возникать. Во всяком случае соответствующих физических процессов и условий, необходимых для этого, не наблюдается.

Но на ранней стадии расширения их образование, вероятно, было возможно. Однако к нашему времени такие минидыры должны были скорее всего полностью испариться. Что же касается черных дыр с несколько большими массами, то они в принципе могли «дожить» и до нашего времени! И если такие объекты существуют, то сейчас они, видимо, должны переживать заключительные стадии своей эволюции – стадии бурного испарения и даже ядерного взрыва! Однако поиски подобных объектов пока что успеха не принесли.

Здесь имеются в виду теоретические исследования английского физика-теоретика Стивена Хокинга, которому удалось показать, что черные дыры, по сути дела, не такие уж черные, как считалось раньше, а должны излучать так называемое абсолютно черное тело с температурой выше абсолютного нуля. В частности, согласно расчетам Хокинга, если в процессе «испарения» масса черной дыры достигнет 1015 г, то последний миллион тонн ее массы будет излучен в окружающее пространство в темпе ядерного взрыва.

По словам одного из крупнейших современных физиков-теоретиков Стивена Вейнберга, в науке «главная трудность состоит в том, что люди не воспринимают всерьез результаты, уже полученные теорией». Хотя в свое время Поль Дирак, а во второй половине XIX столетия А. Зельманов неоднократно говорили о том, что все непротиворечивые научные теоретические результаты рано или поздно обязательно обнаружат себя в реальных явлениях окружающего мира.

Следует заметить, что открытие Хокинга в какой-то мере сняло с представления о черных дырах некоторый налет фантастичности и даже «полумистицизма», сопутствовавший им с самого начала, и, таким образом, способствовало укреплению у физиков и астрономов веры в реальность их существования как важного элемента научной картины мира. И это привело к тому, что в настоящее время черные дыры представляют собой один из самих популярных, хотя пока еще чисто теоретических и не обнаруженных наблюдениями, объектов современной астрономии и астрофизики.

Не менее важным результатом исследований Хокинга является и вывод о том, что эти объекты завершают свое существование взрывным излучением и разбросом остатков своей массы. А это означает, что хотя с точки зрения классической общей теории относительности «коллапсарное» и «антиколлапсарное» решения ее уравнений не сшиваются, природа тем не менее, видимо, все же превращает коллапс в антиколлапс, хотя он и не укладывается в строгие рамки современной общей теории относительности!

Исследования советского теоретика Шварцмана наряду с выводом С. Хокинга внесли заметные изменения в существовавшие до этого представления о природе черных дыр и возможности их наблюдения. Из этого результата следовало, что материи, коллапсирующей на черную дыру для достижения «гравитационного радиуса» и сферы Шварцшильда, достаточно конечного интервала времени. Как удалось показать Шварцману, вещество, собирающееся у поверхности черной дыры, или излучение, еще не проникшие внутрь черной дыры, тем не менее увеличивают ее массу. А благодаря этому «растягивается» гравитационный радиус черной дыры. Иными словами поверхность Шварцшильда расширяется с конечной скоростью навстречу падающему на нее веществу, движение которого из-за воздействия гравитационного поля черной дыры постоянно замедляется. И захватывает его. И все это происходит с точки зрения внешнего наблюдателя, в частности земного наблюдателя, за конечный интервал времени.

Эффект, о котором идет речь, – весьма существенен. Согласно подсчетам Шварцмана, в сверхмассивных черных дырах с массой, равной 109 масс Солнца, вещество, падающее на нее с расстояния двух гравитационных радиусов, проникает внутрь всего за две недели. А в черную дыру, обладающую звездной массой, с такого же расстояния – примерно за 10-3 с.

В дальнейшем этот вывод получил подтверждение в работе И. Новикова и В. Фролова «Физика черных дыр», хотя и был получен из несколько иных соображений.

И уже одно это говорит в пользу справедливости результата, о котором идет речь. Но почему-то этот результат до сих пор внимания теоретиков в должной степени не привлек. Но, тем не менее он, вне всякого сомнения, самым существенным образом изменяет наши представления о месте и роли черных дыр в современной научной картине мира.

Теперь мы знаем, что проваливающиеся в черную дыру внешние массы, с точки зрения стороннего наблюдателя, не только достаточно быстро достигают ее внешней поверхности, но еще значительно быстрее должны «добираться» до ее центральной «планковской сингулярности».

В кибернетике рассматривается такая задача. Есть некоторый объект, внутреннее устройство которого нам неизвестно. Его называют «черным ящиком». Но у него имеются «входы» и «выходы». На «входы» поступают внешние сигналы, а на «выходе» можно наблюдать информацию о том, как черный ящик «ответил» на входные сигналы. Задача состоит в том, чтобы, не вскрывая черного ящика – только по соотношению входных и выходных сигналов, составить представление о его внутреннем устройстве.

Представьте себе, что вы не знаете ни устройства, ни принципов действия вашего телевизора. Известно лишь, что на его вход поступают электрические сигналы с антенны, а на выходе – на экране – мы видим изображение, а в динамиках слышим звук – голос, музыку. И по этим входным и выходным сигналам необходимо составить представление о конструкции черного ящика – телевизора.

В принципе существуют два способа решения этой задачи. Можно регистрировать поступающие с антенны сигналы и сравнивать с тем, что происходит на выходе. Это – путь наблюдений. Но есть и другая возможность – более активная. Самим подавать на вход различные сигналы и наблюдать, что произойдет на выходе.

Астрофизикам приходится решать аналогичные задачи. Большинство космических объектов – это типичные черные ящики, о внутреннем строении которых и происходящих там физических процессах можно судить только по внешним проявлениям.

Однако положение астрономов осложняется по меньшей мере двумя обстоятельствами. Во-первых, они, как правило, лишены возможности экспериментировать, а могут лишь наблюдать. А во-вторых, подавляющее большинство космических черных ящиков – это черные ящики без входа. Иными словами, нам неизвестны те внешние воздействия, которые способны повлиять на внутреннее состояние интересующих нас объектов.

Например, мы не знаем таких внешних воздействий, которые могли бы изменить течение физических процессов на Солнце. Есть, правда, экстравагантная гипотеза Э. Броуна, согласно которой периодические колебания солнечной активности связаны с гравитационными приливными возмущениями со стороны обращающихся вокруг светила планет. Однако пока это всего лишь предположение.

Впрочем, среди космических объектов имеются и такие, для которых внешние воздействия играют существенную роль, и мы об этом знаем. В частности, любопытные явления были обнаружены в так называемых двойных системах, состоящих из двух звезд, обращающихся вокруг общего центра масс. Если одна из этих звезд намного массивнее другой, то на нее должно «перетекать» вещество второй – обычной звезды. И подобный процесс может играть роль «входного» сигнала, воздействующего на состояние массивной звезды. Есть определенные «входы» и у таких небесных тел, как планеты и кометы. Для планет это, к примеру, влияние солнечной активности а для комет – воздействие теплового светового излучения Солнца, солнечного ветра, а также притяжения планет-гигантов.

Результат, полученный Шварцманом, означает, что и черную дыру мы можем теперь рассматривать как черный ящик, в котором поступающее извне вещество играет роль «входных сигналов».

Что же касается «выходных сигналов», то после работ Хокинга и Шварцмана на них тоже можно в принципе рассчитывать! Это, во-первых, хокинговское излучение или «испарение», а во-вторых, «не исключено», что в «планковской фазе» неизвестные нам законы квантовой гравитации могут приводить к антиколлапсу проваливающегося в черную дыру вещества. При этом «не исключено» следует понимать в смысле, сформулированном в свое время академиком А.Д. Сахаровым. А именно: «не исключено» – означает, что мы не можем на теперешнем уровне знаний ни опровергнуть, ни обосновать эту возможность.

Более того, теперь известны и другие разнообразные наблюдения явлений, возможно, связанных с антиколлапсом выбрасываемого черными дырами вещества. А это означает, что, быть может, удастся найти удовлетворительное объяснение некоторым давно наблюдаемым, но до сих пор не очень понятным астрономическим феноменам, таким, например, как движение со сверхсветовыми скоростями в квазарах и некоторых радиоисточниках, о которых мы уже говорили.

Пока же астрономы, как обычно в соответствии с «бритвой Оккама», предпочитают искать объяснение этих явлений в рамках общепризнанной фундаментальной физики.

Существует и еще одна заманчивая перспектива. Не исключено, что возможность обнаружения антиколлапсарных феноменов в черных дырах и их нетрадиционное объяснение может дать ценный материал для построения той самой «квантово-гравитационной» теории, создание которой пока что упорно не дается современным физикам.


Глава 5 ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ ВСЕЛЕННОЙ


Известный московский астрофизик А.Л. Зельманов однажды так определил связь, существующую между прошлым, настоящим и будущим. «Прошлое – тот отрезок времени, относительно которого мы питаем иллюзию, будто знаем о нем все. Будущее – тот отрезок времени, относительно которого мы питаем иллюзию, что можем все в нем изменить по своему желанию. А настоящее – та граница, на которой будущее превращается в прошлое и одни иллюзии сменяются другими».

Разумеется, это шутка. Но, как говорится, в любой шутке есть доля правды. В данном случае она состоит в том, что прошлое, настоящее и будущее связаны между собой самым тесным образом: настоящее вырастает из прошлого, а будущее – из настоящего.


От настоящего – к прошлому


В тех случаях, когда речь идет о явлениях космического порядка, в соотношение времен вмешиваются еще и гигантские космические расстояния.

Как известно, лучи света, как и другие электромагнитные излучения, распространяются в пространстве со скоростью 300 тысяч километров в секунду. При такой скорости любые земные расстояния электромагнитные излучения преодолевают практически мгновенно. И, наблюдая на экране телевизора футбольный матч, который транслируется из Южной Америки, мы видим, как мяч влетел в ворота практически в тот же самый момент, что и зрители, присутствующие на стадионе…

Иное дело расстояния космические. Даже от ближайшей звезды – Солнца свет до Земли идет 8 минут 18 секунд. А от всех прочих гораздо дольше. Поэтому, отыскав на небе Полярную звезду, мы увидим ее такой, какой она была около 500 лет назад. Яркую летнюю звезду Денеб из созвездия Лебедя мы наблюдаем с опозданием на 600 лет, многие другие космические объекты – в еще более отдаленном прошлом.

Весной 1987 года в одной из ближайших галактик – Большом Магеллановом Облаке вспыхнула так называемая сверхновая звезда. Событие, представляющее огромный интерес для науки, и довольно редкое. И впервые астрономы получили возможность наблюдать подобную вспышку, да еще сравнительно близкую, с самого начала! Исследователям Вселенной – нашим современникам – крупно повезло! Но современниками вспышки они отнюдь не являются. Ведь от Земли до Большого Магелланового Облака около двухсот тысяч световых лет. Значит, вспышка, которую земляне увидели в 1987 году, в действительности произошла около 200 тысяч лет назад. И чем дальше расположен от нас тот или иной космический объект, тем в более далеком прошлом мы его наблюдаем. Благодаря этому при астрономических исследованиях астрономы могут непосредственно изучать события давным-давно минувших времен, черпать из этих наблюдений факты, необходимые для построения астрофизических теорий, проверять полученные теоретические выводы.

Есть, впрочем, еще одна «путеводная звезда», способная указать науке путь в «детство» Вселенной. Это связь между прошлым и настоящим, между теми космическими объектами, которые существовали в прошлом, и теми, которые существуют в настоящем.

В свое время на основе специальной теорий относительности, созданной Эйнштейном, была разработана релятивистская механика точки. Однако в течение довольно длительного времени не существовало релятивистской механики протяженных объектов.

Лишь около 20 лет назад появилось понятие «релятивистской струны» – одномерного протяженного объекта и были предприняты попытки описать его поведение с помощью специальной теории относительности.

Дальнейшие исследования показали, что в отличие от точки «струна» (астрофизики иногда называют ее стрингом или суперстрингом) обладает внутренними степенями свободы и является квантовым объектом. Однако при переходе от обычной теории описания поведения струны к квантовой выяснилось, что нарушается один из фундаментальных принципов современной физической теории, так называемый принцип инвариантности. Чтобы преодолеть эту трудность, приходится рассматривать струну в пространстве не 3-х, а 26 измерений…

На основе идеи релятивистских струн развилась современная адронная физика, то есть физика частиц, принимающих участие в сильных взаимодействиях. К числу таких частиц относятся протоны, нейтроны и более тяжелые частицы гипероны (все эти частицы называются барионами), а также мезоны с достаточно большими массами. Все адроны, согласно современным представлениям, построены из кварков.

В этой теории все физические взаимодействия сводятся уже к взаимодействиям не точечных, а протяженных объектов – к взаимодействию струн.

Кроме адронов и более легких частиц лептонов существуют еще и частицы-переносчики физических взаимодействий. Переносчиками электромагнитного взаимодействия служат фотоны, сильного – глюоны, слабого – бозоны.

Правда, нитеобразное расположение скоплений в сверхскоплениях просматривается более отчетливо, чем нитевидное расположение отдельных галактик в самих скоплениях. Но это скорее всего объясняется тем, что галактики расположены значительно ближе друг к другу, чем соседние скопления, и потому в значительно большей степени подвержены воздействию сил взаимного тяготения. За миллиарды лет гравитационное взаимодействие могло весьма существенно изменить первоначальную картину расположения звездных островов в пространстве скоплений. Так что нитевидное расположение галактик представляет собой вполне реальный факт.

Оригинальные идеи в физике ценятся необычайно высоко. Вспомним знаменитое высказывание одного из «зачинателей» современной физической науки Нильса Бора: эта теория недостаточно безумна, чтобы быть истинной… Но выдвинуть необычную идею еще мало. Перефразируя известную пословицу, можно сказать, что в физике «оригинальными идеями вымощен ад». Безумные идеи способны выдвигать и обитатели психиатрических лечебниц. Но природа – единственна и потому среди множества «безумных» идей истинной может быть только одна.

А это значит, что, выдвигая оригинальную физическую идею, необходимо обосновать ее жизнеспособность, доказать, что реальные события если не обязательно должны, то хотя бы могли развиваться именно таким путем.

Нитевидная «неоднородность», тончайшая нитевидная «складка», способная дать жизнь нитеобразным скоплениям и сверхскоплениям – какими свойствами она должна обладать? Скажем прямо, свойства эти поразительны. Материал, из которого состоят подобные нитевидные, тончайшие словно волос образования, или, как их сейчас принято называть, «космические струны», должен быть чудовищно плотным и массивным. Иначе эти неоднородности не смогли бы сконцентрировать вокруг себя и удержать вещество, необходимое для формирования тысяч галактик. Но и этого мало. Материал «струн» должен быть в высшей степени устойчивым, крепким, способным не только противостоять необычайно бурным процессам, протекающим в окружающей расплавленной ядерной магме, но и оставаться при этом «холодным», безразличным к испепеляющему жару ранней Вселенной.

Каким же образом подобные удивительные объекты в процессе расширения могли образоваться? Вот вопрос. Случайная «флюктуация», «всплеск», случайное отклонение от средней плотности? Ну, если бы речь шла об одной струне или, в крайнем случае, нескольких, подобное предположение было бы еще допустимо. Но ведь скоплений и сверхскоплений множество…

Значит, в расширяющейся Вселенной должен был действовать какой-то механизм, закономерно порождающий «космические струны». Это – очередное «знание о незнании», поскольку детали подобного механизма нам еще неизвестны. Можно только предположить, что струны – своеобразные остатки того первозданного вещества, из которого образовалась наша Вселенная.

Обсуждая удивительные свойства космических струн, физики нередко говорят о «запаянном» в этих тончайших «жгутах» «первобытном» вакууме и о «высоконапряженном однородном вакуумном поле», о «первобытном правеществе». Но все это скорее эпитеты, своеобразные художественные образы, нежели точные физические характеристики. Чтобы добыть такие характеристики, астрофизикам совместно с физиками предстоит еще немало потрудиться. А вот последовательность событий, происходивших в ту эпоху, по крайней мере, чисто внешне можно себе представить и сейчас.

Как мы уже знаем, в период стремительного «раздувания» Вселенной в ней образовались домены – области, причинно не связанные друг с другом. Области эти были отделены друг от друга тончайшими стенками-пленками, состоящими из вещества, на тридцать порядков более массивного, чем космические струны. В тот момент, когда началась эра господства сил тяготения, эти «стенки» под действием огромного поверхностного натяжения мгновенно разорвались на отдельные части, которые, в свою очередь, тут же стянулись, образовав черные дыры.

Иная судьба ожидала нити «космических струн». В борьбе с ними гравитация оказалась бессильной, они устояли, пронизав бесчисленными волокнами вещество ранней Вселенной. Под действием собственного тяготения они причудливо извивались и перемещались в пространстве, то и дело сталкиваясь друг с другом. Сталкивались, изгибаясь, и их различные части. И эти столкновения сделали то, что не смогла сделать гравитация сама по себе. Нити «струн» разрывались, рассекались, разрубались на множество частей. Обладая огромными массами и перемещаясь с колоссальными ускорениями, «струны» испускали мощное гравитационное излучение – волны, тяготения, а вместе с ними теряли часть своей массы и с течением времени постепенно «таяли». Но те, что остались, оказали решающее воздействие на дальнейшую эволюцию материи в нашей Вселенной. Без них не образовались бы ни галактики, ни звезды, ни планеты.

Вот такой сценарий происхождения галактик и был предложен академиком Зельдовичем. А затем наступила пора расчетов, которые и были выполнены на ЭВМ главным образом американскими учеными. И концы удалось свести с концами. Правда, для этого пришлось ввести в расчеты несколько так называемых подгоночных параметров. Впрочем, астрофизикам так поступать приходится довольно часто. При построении теоретических моделей тех или иных процессов какие-то свойства изучаемых систем, как правило, остаются неизвестными. И для того чтобы выполнить намеченные расчеты, теоретику приходится вводить условные параметры. Разумеется, берутся они не «с потолка», а исходя из соображений о физической сущности происходящих процессов. Но как бы то ни было, их использование придает теоретической модели некоторую долю неопределенности. Не случайно ученые, шутя, говорят, что с «помощью» «подгоночных» параметров можно в принципе доказать все что угодно. Только дальнейшее развитие науки может показать, насколько корректным в каждом конкретном случае было их применение…

К счастью, при построении модели эволюции Вселенной, о которой идет речь, таких параметров было использовано немного и относились они исключительно к свойствам «первоначального» вакуума. Все же последующее развитие событий получилось с помощью вычислений уже чисто автоматически без всяких дополнительных предположений.

Оптимизм вселяло то обстоятельство, что в итоге теоретических построений вырисовалась картина структуры Вселенной, в которой как форма сверхскоплений, так и число этих грандиозных образований, содержащих то или иное количество архипелагов галактик, находились в согласии с данными астрономических наблюдений.

Однако теория теорией, а главным арбитром, который в естественных науках выносит оценку достоверности теоретических построений, являются факты, добываемые с помощью экспериментов и наблюдений. Дело в том, что в астрофизике нередко бывает так, что следствия некоторой причины, предсказанные теорией, налицо, но причина, их породившая, оказывается совершенно иной. Поэтому необходимо обнаружить и пронаблюдать саму «причину». Что же говорят астрономические наблюдения о новой модели формирования крупномасштабной структуры Вселенной? Удалось ли отыскать в просторах мирового пространства сами «космические струны»?

Прежде всего, задумаемся над тем, как их вообще можно обнаружить? Сделать это непросто хотя бы уже по той причине, что в современной Вселенной «струн» должно было сохраниться не так уж много. Значительная их часть бесследно «растаяла», «испарилась», а те, что дожили до наших дней, имеют сравнительно небольшую по космическим меркам протяженность: всего около тысячи световых лет. Напомним для сравнения, что поперечник нашей Галактики – сто тысяч световых лет. К тому же, согласно расчетам, среднее расстояние между ближайшими струнами составляет десятки миллионов световых лет. Но, может быть, самая большая трудность – в другом. Как мы уже знаем, «струны» не излучают ни свет, ни радиоволны, хранят они полное «молчание» и во всех других диапазонах электромагнитных излучений. Поэтому ни телескопы, ни радиотелескопы, ни приемники инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучений для поиска этих загадочных образований, увы, непригодны. Одна надежда на гравитацию. «Струны» обладают очень мощным тяготением, а оно так или иначе должно сказываться на тех или иных космических явлениях.

В частности, «космические струны» могут играть роль «гравитационных линз», отклоняющих своим могучим притяжением световые лучи более далеких объектов. И если позади струны расположен квазар (компактный, необыкновенно яркий космический объект), то в телескоп мы увидим не одну, а две близко расположенные светящиеся точки. Благодаря воздействию поля тяготения «струны» произойдет «расщепление» изображения квазара на две составляющие. Подобное явление не так давно зарегистрировали американские астрономы, но их наблюдения требуют еще тщательной проверки.

Если же позади «космической струны» окажется какая-нибудь галактика, то ее видимый диск мы увидим рассеченным на две половины. В принципе возможны и другие способы косвенного обнаружения «космических струн». Но подобные исследования только начинаются.

Так была построена новая, «струнная» модель формирования крупномасштабной структуры Вселенной. Модель, способная успешно преодолеть многие трудности прежних гипотез.

Именно так как будто произошло и на этот раз. В научной печати появились сообщения о том, что группа астрофизиков из Гарвардского университета в США в результате тщательного анализа ряда скоплений галактик обнаружила довольно многочисленные нарушения нитеобразной структуры. Оказалось, что в ряде мест у «нитей» имеются гигантские разрывы, свободные от вещества, протяженностью в сотни миллионов световых лет. По форме эти пустоты похожи на гигантские «пузыри», на поверхности которых расположены скопления галактик, а внутри – светящегося вещества в сотни раз меньше. Иными словами, скопления встречаются не только на нитеобразных пересечениях соседних «ячеек» сетевой структуры, но и на оболочках этих ячеек. И что самое главное и самое интересное: такие галактики разлетаются во все стороны от центров ячеек с огромными скоростями, достигающими тысяч километров в секунду.

Такая картина невольно наводит на мысль, что в истории эволюции нашей Вселенной был период каких-то грандиозных катаклизмов, гигантских взрывов, разметавших во всех направлениях часть вещества «космических струн», вследствие чего формирование галактик происходило не только вдоль нитевидных сгущений, но и на внешних окраинах. Те «следы», которые прошедшие события оставили в современной Вселенной, своеобразные «тени минувшего».

Как известно, все явления окружающего нас мира подчиняются определенным законам природы, которые действуют всегда, когда для этого складываются соответствующие условия. К числу таких законов относятся, например, закон всемирного тяготения, законы движения, открытые Ньютоном, законы Кеплера, закон Ома и т.д. и т.п. Знание этих законов помогает разобраться в причинах явлений, происходящих в той или иной системе, но они почти ничего не могут рассказать об ее «индивидуальном прошлом», ее предыстории.

Иное дело свойства, присущие той или иной конкретной физической системе, скажем, Солнечной системе или Метагалактике; и те обстоятельства, что сложились именно такие свойства, а не какие-либо иные, должны иметь определенные причины, уходящие в прошлое, сложившиеся в процессе ее эволюции. Так, согласно закону тяготения, обращение малых тел вокруг центрального ядра может в принципе совершаться в различных направлениях и в разных плоскостях, по любым эллиптическим орбитам. Между тем в нашей Солнечной системе планеты движутся вокруг Солнца в одной плоскости, в одном направлении и по орбитам, мало отличающимся от окружностей. Исходя из этого и должна строиться теория происхождения Земли и других планет Солнечной системы. Теория эта не только должна объяснить, как вещество из некоторого исходного состояния сформировалось в Солнечную систему, но и как в ходе такого процесса сложились ее современные свойства.

Не всякое прошлое могло послужить началом тех процессов, той эволюции, которая привела интересующий нас космический объект к его современному состоянию. Перед нами открывается реальная возможность: изучая настоящее – восстановить тот ход событий, который привел к его осуществлению. Таким образом, современное состояние любой космической системы – ключ к познанию ее истории, ее прошлого.


Сценарий для Вселенной


В последние годы в лексиконе физиков-теоретиков и астрофизиков появился новый термин «сценарий». На первый взгляд, он может показаться несколько легкомысленным, заимствованным из сферы искусства, однако его применение вполне оправдано. Термин «сценарий» подчеркивает, с одной стороны, гипотетический, предположительный характер той или иной теоретической картины развития нашей Вселенной на определенных стадиях ее существования. А с другой – незавершенный характер предлагаемой теоретической модели. Между прочим, и в киноискусстве, откуда этот термин, собственно говоря, и перекочевал в астрофизику, сценарий – это только еще литературный образ будущего фильма.

В принципе, вероятно, можно построить сколько угодно различных сценариев эволюции Вселенной. Но претендовать на серьезное признание могут только те из них, которые способны установить причинную связь между прошлым и настоящим.

О создании общей теории относительности Альбертом Эйнштейном мы уже говорили. Так же, как и о том, что с точки зрения этой теории наш мир представлялся трехмерной сферой, расположенной в четырехмерном «пространстве-времени». При этом Эйнштейн считал, что Вселенная не только не меняется с течением времени, но в ней нет даже каких-либо движений достаточно крупного масштаба.

Стационарная космологическая модель Эйнштейна была чрезвычайно важным шагом на пути познания реальных свойств мироздания. Но шагом не последним. Во всяком случае, очень скоро выяснилось, что реальная Вселенная – нестационарна…

Летом 1922 года в берлинском физическом журнале появилась небольшая статья никому не известного Ленинградского математика Александра Александровича Фридмана. Статья называлась «О кривизне пространства» и была посвящена анализу уравнений общей теории относительности…

Александр Фридман не был физиком-теоретиком, его специальностью были математические методы изучения метеорологических процессов. Течение таких процессов зависит от множества причин, и поэтому системы уравнений, с помощью которых они описываются, чрезвычайно сложны. Занимаясь исследованием подобных систем, Фридман не только накопил огромный опыт анализа уравнений математической физики, но и развил в себе умение находить за лесом математических формул физическую сущность изучаемых явлений. Сочетание этих качеств и позволило ленинградскому математику совершить новый фундаментальный шаг в познании картины Вселенной.

Ему удалось обнаружить совершенно неожиданный факт, не замеченный Эйнштейном. Оказалось, что уравнения общей теории относительности, описывающие эволюцию Вселенной, имеют не только «статические», но и «нестатические» решения. Это означало, что Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься.

Это было сенсационное открытие, но сделал его никому не ведомый молодой исследователь, дерзнувший посягнуть на мнение признанных корифеев. В свое время в похожую ситуацию попал и сам Эйнштейн. Теперь же, став всемирно известным автором двух великих физических теорий, он, в свою очередь, недооценил результаты, полученные Фридманом.

Трудно сказать, проверял ли Эйнштейн выводы ленинградца с карандашом в руках. Скорее всего, бегло. Должно быть, великий физик положился на интуицию, а она подсказывала, что ничего подобного не может быть: ведь нестационарная Вселенная Фридмана противоречила его собственной стационарной модели. Но как бы там ни было, Эйнштейн, ознакомившись со статьей Фридмана, поместил в очередном номере физического журнала коротенькую заметку, в которой весьма категорично утверждал, что результаты Фридмана вызывают серьезные сомнения и скорее всего неверны.

Прочитав это, Фридман написал Эйнштейну письмо, в котором подробно изложил существо своей работы. На этот раз великий физик проверил все особенно тщательно и к своему удивлению пришел к заключению, что Фридман… абсолютно прав. Возможно, другой на его месте продолжал бы из принципа отстаивать свое первоначальное мнение или, в лучшем случае, просто промолчал. Но Эйнштейну были абсолютно чужды какие-либо амбиции, увы, нередко застилающие глаза даже весьма маститым ученым. Самой главной целью его жизни было познание реальной природы, и потому он никогда не упорствовал в своих ошибках. При этом не имело значения, что его ошибку заметил кто-то другой, для Эйнштейна было гораздо важнее, что ошибка исправлена и тем самым внесено что-то существенно новое в наши знания о мире.

И 13 мая 1923 года в редакцию физического журнала поступило письмо Эйнштейна, которое и было вскоре опубликовано под заголовком «Заметка о работе А. Фридмана о кривизне пространства». «В предыдущей заметке, – писал Эйнштейн, – я критиковал названную работу. Однако моя критика, как я убедился из письма Фридмана, основывалась на ошибках в вычислениях. Я считаю результаты Фридмана правильными…».

А спустя несколько лет американский астроном Слайфер обнаружил в излучении галактик так называемое красное смещение. Подобное явление, известное в физике под названием эффекта Доплера, наблюдается в тех случаях, когда расстояние между источником излучения и приемником непрерывно возрастает.

Еще через несколько лет другой американский астроном Хаббл выяснил, что чем дальше находится от нас та или иная галактика, тем быстрее она удаляется. Это означало, что все звездные острова взаимно удаляются друг от друга – мы живем в расширяющейся Вселенной.

Но как мы уже знаем, современное состояние нашей области мироздания должно хранить в себе следы своей предыстории. Поэтому проведем мысленный эксперимент. Да, именно мысленный. Дело в том, что исследовательская работа астрономов заметно отличается от работы физиков, химиков или биологов. И те, и другие, и третьи, как правило, имеют возможность изучать интересующие их объекты непосредственно. Наблюдать их поведение. Проводить эксперименты – то есть изменять по своему желанию их состояние: нагревать, сжимать, облучать и регистрировать последствия подобных воздействий. Исследователи Вселенной таких возможностей практически полностью лишены. Особенно в тех случаях, когда речь идет об изучении космических объектов, расположенных за пределами Солнечной системы. Остается экспериментировать либо теоретически, проигрывая различные варианты на компьютерах, либо мысленно, с помощью воображения… Займемся этим и мы.

Остановим разлетающиеся галактики и повернем их вспять. Тогда все процессы потекут в обратном порядке, и мы придем к поразительному заключению: пятнадцать – двадцать миллиардов лет назад не было ни звезд, ни галактик, ни планет, ни туманностей, а только необыкновенно плотная и необычайно горячая плазма – «зародыш» будущей Вселенной. Разбегание галактик – это тоже «тени минувшего».

Это открытие послужило толчком к созданию теории так называемой горячей расширяющейся Вселенной. Она была разработана главным образом усилиями русского физика Георга Гамова и католического ученого Жоржа Леметра. Согласно этой теории, Вселенная образовалась в результате Большого взрыва первоначального необычайно плотного компактного «сгустка» космического вещества (так называемой сингулярности). Эта теория долгое время считалась общепринятой, однако в дальнейшем обнаружился ряд обстоятельств, которые она объяснить не могла. В частности, при разработке конкретных сценариев и моделей расширяющейся Вселенной ученые столкнулись с целым рядом трудностей и загадочных противоречий. Возникло немало вопросов, требовавших ответа, – появилось новое «знание о незнании».

Предположения о прошлом не должны вступать в конфликт с настоящим, а между тем некоторые свойства современной Вселенной явно противоречили теоретическим предположениям о предшествующих фазах ее эволюции.

Так, например, согласно существующим представлениям, современная Вселенная однородна и изотропна. Иными словами, свойства ее достаточно больших областей приблизительно одинаковы и все пространственные направления физически равноправны. Универсальный характер космических систем является отправной точкой современной космологии. Звезды напоминают по своему строению наше Солнце, другие галактики – наш Млечный Путь. Удаленные небесные тела состоят из тех же атомов, из которых состоят тела на Земле. А физические процессы, протекающие в дальнем космосе, по-видимому, идентичны тем процессам, которые развертываются в ближнем космосе.

Был сформулирован так называемый космологический принцип: «Ближний космос можно рассматривать как типичный образец Вселенной в целом». Это относится ко всей «организации» Вселенной – в частности, к распределению галактик как по удалению, так и по направлениям (однородность и изотропия). Эти свойства сохраняются и в процессе расширения Вселенной.

То, что пространственные направления физически равноправны, в рамках теории расширяющейся Вселенной выглядит крайне загадочным. В самом деле, в мире, в котором мы обитаем, никакие физические взаимодействия не могут распространяться со скоростью, превосходящей скорость света, – таковы законы физики! Из этого следует очень важный вывод: область Вселенной, которую мы непосредственно наблюдаем, всегда имеет конечные размеры, в ней существует оптический «горизонт», за который в данную эпоху мы не в состоянии заглянуть. Объекты, расположенные за этим «горизонтом», находятся от нас на столь больших расстояниях, что электромагнитные излучения не успели преодолеть их за то время, в течение которого Вселенная существует.

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…

Значило ли это, что «сценарий» горячей расширяющейся Вселенной должен быть забракован? Что начинать поход за новым знанием надо с того, чтобы от этого «сценария» полностью отказаться?

Пути научного познания истины причудливы и замысловаты. Прежде всего потому, что причудлива сама природа, в том числе и связь между прошлым и будущим. Эволюция материи вовсе не обязательно должна происходить плавно и постепенно – в процессе развития любой системы могут совершаться неожиданные, поражающие воображение скачки. Не было ли такого «скачка» и в истории нашей Вселенной?

В последние годы ряд физиков-теоретиков занялся разработкой весьма необычной теории – цель ее как раз и состоит в том, чтобы выяснить физическую природу возможного «скачка», о котором идет речь. В основу этой теории было положено предположение о том, что Вселенная возникла в результате так называемой флюктуации физического вакуума…


Все – есть вакуум!


Поскольку физический вакуум – та среда, которая фактически заполняет мировое пространство и с ней тесно связаны его фундаментальные физические свойства, нам придется прежде, чем продолжить рассказ о сценарии возникновения нашей Вселенной, посвятить знакомству с этой удивительной средой специальный раздел…

Выйдем на улицу в ясную безлунную ночь и посмотрим на небо. Мы увидим ослепительную россыпь звезд – они везде, куда бы мы ни направили наш взор. Это – звезды нашей Галактики. А за ее пределами на расстояниях в миллионы и миллиарды световых лет – другие галактики, другие звездные системы. Их сотни миллионов и каждая из них состоит из десятков и сотен миллиардов звезд. По современным данным, около 98% вещества Вселенной сосредоточено именно в звездах.

А между галактиками, между звездами – что там? Расстояния между соседними звездами или соседними галактиками во много раз превосходят собственные размеры этих объектов. Звезды и галактики – это лишь отдельные «точки» и «островки» в необъятном космосе.

Перечисление всего того, что заполняет межпланетное пространство, в том числе и пространство Солнечной системы, оказалось бы довольно длинным. Это и плазма – разреженный ионизованный газ, и пылевые частицы, и космические лучи, и метеоритное вещество.

Что касается газа, то в околосолнечном пространстве он главным образом состоит из солнечных частиц. Во время полных солнечных затмений можно видеть солнечную корону, серебристо-жемчужное сияние, окружающее наше светило, закрытое в этот момент непрозрачным лунным шаром. Но это нежно светящееся образование – лишь небольшая часть короны, непосредственно примыкающая к Солнцу. На самом деле корона непрерывно расширяется, и ее частицы уносятся во всех направлениях на сотни миллионов километров, образуя своеобразный «ветер». В районе Земли его скорость составляет около 400 километров в секунду. Этот поток солнечной плазмы так и называют: «солнечный ветер». И название это не просто эффектный литературный образ – солнечный ветер может в полном смысле слова надувать паруса и приводить в движение парусные космические аппараты. Конечно, особые паруса – космические, сделанные из специальной полимерной пленки, площадью в десятки квадратных километров.

Между прочим, такой космический парусник предполагалось запустить по направлению к знаменитой комете Галлея, которая в очередной раз приближалась к Солнцу в 1986 году. Однако ученые все же направили к этой небесной гостье космические аппараты обычного типа…

Таким образом, в сущности мы живем внутри солнечной короны и с полным правом можем считать себя обитателями солнечной атмосферы. Если солнечный ветер до поверхности Земли практически не доходит, не в силах преодолеть магнитного поля планеты и вынужден огибать ее по сторонам, то с межпланетной пылью мы соприкасаемся непосредственно. Ежегодно на поверхность Земли оседает ни много ни мало около миллиона тонн космических пылинок.

Носятся в космическом пространстве и льдинки – замерзшие газы и более крупные метеоритные тела. Издавна считалось, что метеориты бывают каменными, железными и железокаменными. Но не так давно астрономы обратили внимание на любопытное обстоятельство. После пролета по небу так называемых ярких болидов, которые связаны с вторжением в земную атмосферу достаточно крупных космических тел, за очень редкими исключениями в районе, где наблюдалось это эффектное небесное явление (по небу летит, разбрасывая огненные брызги ослепительно яркий шар), выпадения метеоритов почему-то не происходило.

Это обстоятельство получило объяснение в результате наблюдений, проводившихся на протяжении ряда лет чехословацкими и американскими астрономами, создавшими для систематического фотографирования болидов специальные «метеоритные сети».

Итак, большинство космических тел, влетающих в земную атмосферу, поверхности планеты не достигает. Между тем достаточно крупные каменные или железные метеориты должны были бы выпадать на Землю. Почему же они не падают? Куда исчезают?

Ответ напрашивается сам собой: очевидно, метеоритные тела, о которых идет речь, обладают весьма малой плотностью и прочностью и легко разрушаются при движении в атмосфере.

Диффузная материя – то есть газ и пыль имеются и в межзвездном, а судя по последним данным, и в межгалактическом пространстве. Пространство это заполнено и всякого рода электромагнитными излучениями, потоками элементарных частиц, а также различными физическими полями, в том числе гравитационным полем.

А что будет, если из некоторой области космического пространства все это «убрать», удалить все, что только возможно? Что после этого останется – пустота или все же какая-то физическая система с необычными свойствами – вакуум?..

Имеется в виду не тот «технический вакуум», который образуется в результате откачивания воздуха из какого-либо сосуда, а особое состояние материи.

О том, что в природе должна существовать некая «пустота» – «ничто», догадывались еще великие философы древности. Хотя такой выдающийся мыслитель, как Аристотель, подобной точки зрения не разделял. Его удивляло то, что существует «нечто», а не «ничто», однако в своей знаменитой «Физике» он утверждал, что «природа боится пустоты».

Тем не менее было время, когда считалось, что окружающий нас мир состоит из вещества и пустоты – пространства, лишенного материи, своеобразной универсальной арены, на которой разыгрываются все происходящие в природе физические процессы. Картина для своей эпохи в общем-то вполне естественная, само собой разумеющаяся, основанная на каждодневных наблюдениях за окружающей природой, практическом опыте людей, данных классической физики, здравом смысле, наконец. Однако обыденный здравый смысл, как мы многократно отмечали, советчик ненадежный, а наглядные представления скользят по поверхности и не в состоянии проникнуть в сокровенную глубину явлений – вспомним принцип Коперника.

Интересно, что позицию, отличающуюся от аристотелевской, занимал Галилео Галилей, считавший, что хотя природа и боится пустоты, но лишь в определенной степени: упругость твердых тел он объяснял тем, что между составляющими эти тела мельчайшими частицами имеются свободные пространства – своеобразные «поры», не заполненные веществом.

Однако с развитием науки понятие «пустоты» претерпело весьма существенные, более того, принципиальные изменения. Выяснилось, что абсолютной пустоты в природе вообще не бывает. И в этом смысле ближе к истине был все же Аристотель. Ее нет даже там, где полностью отсутствует какое бы то ни было вещество. Уже в XIX столетии выдающийся физик М. Фарадей, открывший явление электромагнитной индукции, пришел к заключению, что материя присутствует везде и нет промежуточного пространства, не занятого ею. Любая область пространства всегда заполнена какими-либо видами материи – различными излучениями и полями.

Но даже с такой поправкой пространство все еще оставалось просто вместилищем, заполненным бесчисленными материальными объектами.

Но в начале XIX века развитие оптики заставило ученых задуматься над тем, что представляет собой свет и каким образом он распространяется? Было высказано предположение, что по аналогии со звуковыми волнами, распространяющимися в упругой среде, световые волны также распространяются в особой среде – все заполняющем «эфире». Колебания эфира – и есть световые волны.

Но вскоре был обнаружен факт, вступавший с гипотезой эфира в непримиримое противоречие. Оказалось, что световые волны носят поперечный характер, иными словами, направление колебаний в световой волне перпендикулярно направлению ее распространения. Но поперечные волны могут распространяться только в твердых телах… Эфир же абсолютно твердым быть не может, в противном случае в нем не могли бы двигаться планеты…

И тем не менее в различных вариантах представления об эфире сохранялись еще довольно долго, до той поры, когда созданная Эйнштейном специальная теория относительности не покончила с ними, на этот раз уже навсегда. Выяснилось, что для света не нужен материальный носитель – световое излучение само является материей особого рода.

Казалось, что проблема тем самым возвращается к своему первоначальному состоянию: вакуум – абсолютная пустота.

И только в связи с развитием квантовой физики в начале XX столетия представления о «пустоте» вышли на совершенно новый уровень. Важная роль в развитии этих представлений принадлежала выдающемуся физику-теоретику Полю Дираку.

Изучению вакуума Дирак придавал чрезвычайно важное значение. «Проблема точного описания вакуума, – писал он, – по моему мнению, является основной проблемой, стоящей в настоящее время перед физиками. В самом деле, если вы не можете правильно описать вакуум, как можно рассчитывать на правильное описание чего-либо более сложного». Однако задача построения теории физического вакуума оказалась значительно сложнее, чем предполагал Дирак. В частности, из его собственных работ вытекало, что «вакуумное море» почти ничем не проявляет себя.

Тем не менее, по мере дальнейшего развития науки, накапливалось все больше фактов, свидетельствующих о том, что «физический вакуум» не есть чисто условное изобретение ученых, а реальное физическое состояние материи. Тот же Дирак предполагал, что если из вакуума в результате внешнего энергетического воздействия удастся «выбить» электрон, превратив его в реальную вещественную частицу, то на его месте в «вакуумном океане» должна остаться своеобразная «дырка», обладающая всеми свойствами электрона, но положительным зарядом. И уже спустя год после этого предсказания «положительный электрон» – «позитрон» был экспериментально обнаружен в космических лучах.

В дальнейшем выяснились факты еще более поразительные. Оказалось, что помимо вещества, полей и излучений существует еще одна весьма необычная, образно говоря, «скрытая» форма существования материи – «физический вакуум». Впрочем, «скрытая», но не совсем. В каждой точке пространства каждое мгновение физический вакуум рождает частицы и античастицы, которые тут же аннигилируют и снова уходят в вакуум.

В частности, было установлено, что родившийся из физического вакуума электрон может существовать как реальная частица лишь в течение исключительно малого промежутка времени – всего 10-22 с. За это время он никак не может «проявить себя», то есть вступить во взаимодействие с какой-либо другой реальной частицей.

Выяснилось также, что электрон в силу некоторых фундаментальных законов микромира никогда, ни при каких обстоятельствах не может находиться в состоянии покоя – отнять у электрона всю энергию невозможно, при любых условиях он будет находиться в движении, дрожать…

Это – основное, ключевое утверждение в современных представлениях о вакууме. Любая микросистема все время должна двигаться. В каждом малом объеме пространства непрерывно рождаются пары «частица – античастица». Они рождаются и тут же аннигилируют, испуская световые кванты, которые в свою очередь мгновенно поглощаются. В каждый момент в рассматриваемом объеме существует многообразие частиц и квантов излучения.

Таких элементарных частиц – не только электронов и позитронов, – возникающих из вакуума и тут же исчезающих, должно существовать великое множество. Подобные «невидимые» частицы назвали «виртуальными». Они одновременно как бы существуют и не существуют! Считается, что в вакууме имеются все возможные виды элементарных частиц. Однако при обычных условиях их энергия недостаточна, чтобы вырваться в реальный мир и превратиться в частицы обычного вещества. Присутствие подобных частиц физики назвали «нулевыми колебаниями вакуума».

Следует признать, что у физиков хорошо развито воображение. Многие названия и термины представители этой науки придумывают в высшей степени удачно. Они не только достаточно точно отражают физическую сущность того или иного явления, но создают его впечатляющий образ.

«Нулевые колебания»… А если не «нулевые»? Возможно ли это? Оказывается, возможно. При определенных обстоятельствах «нулевые колебания» начинают себя проявлять. При этом должны возникать особые эффекты, которые в принципе можно зарегистрировать. И некоторые из них, действительно, зарегистрированы…

Мы вплотную подошли к весьма сложным «материям», к физическим явлениям, которые в окружающем нас мире ни с чем сравнить нельзя, поскольку они ни на что не похожи. Поэтому представить себе подобные явления в наглядных образах практически, увы, невозможно.

Но что поделать, так устроен окружающий нас мир. Он сложен, противоречив и полон самых неожиданных связей. Потянешь за одно «звено», за одну «ниточку», а отзовется не только по соседству, но и в областях, казалось бы, очень и очень отдаленных. Вот и приходится к ответам на интересующие нас вопросы пробираться окольными путями, решая по дороге множество побочных задач…

Но вернемся к физическому вакууму. Похоже, что именно вакуум представляет собой основу всего существующего. Любопытно, что аналогичную идею в свое время высказал в образной форме академик Г.И. Наан. Он говорил, что основу мироздания составляет вакуумный океан, а все вещественные космические объекты – звезды, планеты, туманности, галактики – это лишь «легкая рябь на его поверхности».

В высшей степени любопытна и поучительна история первого эксперимента, показавшего, что вакуум есть нечто физически вполне реальное. Ученые не без основания называют его «экспериментом века»…

Когда в 1930-е годы Поль Дирак с присущим ему теоретическим блеском точно рассчитал спектр излучения атома водорода – системы, состоящей из протона и электрона, то выяснилось, что так называемый второй энергетический уровень, на котором может находиться электрон, – это в действительности два уровня, слившиеся друг с другом.

Через несколько лет американский физик Леон Пастернак, исследуя оптические спектры водорода, в частности, переход электрона со второго уровня на первый, обнаружил, что вопреки расчетам Дирака при этом возникают не одна, а две спектральные линии. Однако этот результат был получен на самом пределе возможностей прибора, с которыми работал Пастернак, и хотя как спектроскопист он пользовался заслуженной известностью, никто не отнесся к его наблюдению всерьез…

Вторая мировая война способствовала развитию радиолокации. Одним из тех, кто имел дело с новой аппаратурой, был американский физик Виллис Лэмб. И когда война окончилась, он решил вернуться к опыту Пастернака. Если второй уровень в самом деле расщепляется на два, рассуждал он, то должен существовать и переход между ними. Но в этом случае, как показывает расчет, соответствующая линия излучения будет лежать в радиодиапазоне. Для проверки этого предположения Лэмб решил воспользоваться списанной радиолокационной аппаратурой, чтобы создать необходимые экспериментальные установки. И когда задуманный эксперимент был осуществлен, Лэмб обнаружил именно то, что и ожидал…

Дирак оказался немного не прав. Он не учел физического эффекта, вызывающего расщепления второго уровня. Знаменитый физик рассматривал систему, состоящую из протона и электрона, – и только. А в реальном мире такой изолированной системы просто не существует – есть протон и электрон, погруженные в физический вакуум. Протон – тяжелая частица, и она колебаниям вакуума не поддается, а электрон под их влиянием сам начинает колебаться. Это и приводит к расщеплению уровня, обнаруженному Лэмбом…

Физики говорят, что еще до войны известный советский физик-теоретик Дмитрий Иванович Блохинцев на семинаре академика Игоря Евгеньевича Тамма дал совершенно правильное объяснение результата опыта Пастернака. К подобному эффекту, утверждал он, способны привести колебания физического вакуума. Но в то время неизбежность «все более странного мира» еще не казалась столь неизбежной. Идея Блохинцева показалась всем настолько необычной, что никто не отнесся к ней с достаточной серьезностью. И соответствующая статья, к сожалению, так и не появилась в печати…

Вообще в конце 1940-х годов физический вакуум для большинства людей, даже близко стоящих к физике, был чем-то прямо-таки «потусторонним».

Но вернемся к явлениям, которые происходят в физическом вакууме и в реальности которых сегодня уже не приходится сомневаться.

Известно, что два разноименных электрических заряда в пустоте притягиваются друг к другу с некоторой силой. Но если их поместить в какую-либо среду, то благодаря ее влиянию сила взаимодействия между зарядами изменится/Например, в воде она ослабевает в 80 раз. Нечто похожее происходит и в физическом вакууме. Если в нем находится, скажем, положительно заряженное ядро, то оно начинает взаимодействовать с виртуальными электронами и позитронами – подтягивает к себе электроны и отталкивает позитроны. Благодаря этому два заряда будут взаимодействовать между собой не совсем по закону Кулона. И это отклонение наблюдается в экспериментах, в частности, в опытах на ускорителях. Например, рассеивание пучка электронов большой энергии на протонах из-за влияния физического вакуума фактически происходит не совсем так, как должно было бы происходить в пустоте. Таким образом, можно считать, что физический вакуум – среда – ничем не «хуже» тех сред, с которыми мы обычно имеем дело. На какую же из известных нам сред он похож – вот в чем вопрос? На металл, полупроводник, диэлектрик, жидкость? Исследования последних лет позволяют считать, что во многих отношениях физический вакуум ведет себя подобно сверхпроводнику…

Сверхпроводимость – чрезвычайно интересное явление. Оказывается, в некоторых металлах при понижений температуры до 23,4 градуса Кельвина, то есть до минус 250 градусов Цельсия, электрическое сопротивление обращается в нуль. Именно в нуль – не становится пренебрежимо малым, а полностью исчезает.

Однажды ученые провели такой опыт. В замкнутом контуре, помещенном в жидкий гелий, возбудили ток. И он без всякого ослабления циркулировал там 14 месяцев, до тех пор, пока не разобрали установку. С момента открытия явления сверхпроводимости прошло около 40 лет. И теперь мы довольно хорошо разобрались в физическом механизме этого явления. В сверхпроводнике под влиянием кристаллической решетки вещества электроны при определенных условиях начинают притягиваться друг к другу, образуя связанные пары. Этим парам «выгодно», как физики часто говорят, «сесть» на нижний энергетический уровень. Таким образом, внутри сверхпроводника образуется своеобразная подсистема, коллектив с равной нулю энергией, обладающая сверхпроводящими свойствами. Грубо говоря, эта подсистема обеспечивает движение электронов без трения – а это и есть сверхпроводимость…

В 1967 году американский физик С. Вайнберг и пакистанский физик, работавший в Англии и Триесте, А. Салам, предложили интересную теорию физического вакуума, весьма напоминающую теорию сверхпроводимости. Из их теории следовало, что в физическом вакууме тоже могут возникать коллективы частиц, находящихся на нижнем энергетическом уровне – так называемый конденсат. При этом обнаружилось поразительное обстоятельство: от того, сколько «скрытых» частиц окажется в таком коллективе, зависят физические характеристики реальных частиц, например, их массы.

Если нагревать сверхпроводник, то из сверхпроводящего коллектива частицы начнут переходить на верхние уровни, «уходить наверх». Коллектив начнет разрушаться, а свойство сверхпроводимости будет ослабевать и в конце концов исчезнет. Нечто подобное происходит и в физическом вакууме. Если его нагревать – а в физическом смысле нагреть можно все, что угодно, – то «конденсат» начнет «испаряться», а массы реальных частиц соответственно уменьшатся, изменится характер взаимодействия между ними. При достижении критической температуры, равной 1016 градусов, в физическом вакууме произойдет фазовый переход, который должен привести к радикальному изменению его свойств, а следовательно, и свойств реальных частиц. Но, разумеется, сходство между сверхпроводником и вакуумом – только аналогия.

Как говорил академик А.Б. Мигдал, пустота – особый объект, ни на что не похожий и потому заслуживающий самостоятельного изучения.

Таким образом, современная физика располагает убедительными доказательствами того, что «физический вакуум в действительности не «ничто», а все-таки нечто».

И пожалуй, самое важное состоит в том, что та скрытая от наших глаз и непосредственных ощущений загадочная форма материи способна при некоторых условиях рождать вещественные частицы без нарушения законов сохранения. Подобные условия могут складываться как под воздействием внешних сил, скажем, мощных полей тяготения или электромагнитных полей, так и «спонтанно», самопроизвольно.


Теория «инфляции»


Необходимость преодоления упомянутых выше трудностей привела к разработке теории так называемой раздувающейся, распухающей или инфляционной Вселенной.

Согласно этой теории, в результате спонтанного всплеска физического вакуума образовался первоначальный «объем» нашей Вселенной размером около 10-33 сантиметра, содержащий не более 10-5 граммов вещества. Затем произошло примерно следующее. По современным представлениям, физический вакуум обладает гравитационными свойствами. Однако эта гравитация порождает не притяжение, как в обычных условиях, а отталкивание. В современной Вселенной гравитация вакуума либо совершенно отсутствует, либо чрезвычайно мала. Но в начальный период расширения при колоссальной температуре она должна была достигать колоссальной величины. Такое состояние получило название «ложного вакуума».

Сперва гравитация вакуума была ниже, чем гравитация обычного вещества. Однако в процессе расширения наступил момент, когда она ее превзошла. Именно это обстоятельство и должно было вызывать «распухание» Вселенной, которое происходило со скоростью, во много раз превышающей скорость света. Это «распухание» сопровождалось стремительным уменьшением плотности обычного вещества и не менее стремительным понижением температуры.

И хотя, согласно теории, эта стадия продолжалась всего около 10-30 с., за этот малый промежуток времени первоначальный объем Вселенной возрос примерно в 1050 раз!

Происходило это «раздувание» по экспоненциальному закону (типа ех), то есть подобно тому, как растут в мире цены в соответствии со скоростью инфляции. Поэтому-то «раздувающуюся» Вселенную и называют «инфляционной» Вселенной.

Во время инфляционного расширения каждые 10-34 с. все области нарождающейся Вселенной сперва удваивали свои размеры, а в дальнейшем этот процесс развертывался в геометрической прогрессии. Все части Вселенной разлетались как при взрыве. Это и был фактически Большой взрыв!

Из вакуума родилось огромное количество реальных частиц вещества с общей массой около 1080 г. При этом вся энергия вакуума перешла в тепловую и Вселенная разогрелась до чрезвычайно высокой температуры. Одновременно с этим исчезло и свойственное состоянию «ложного вакуума» гравитационное отталкивание, сменившись обычной гравитацией, замедляющей расширение. С этого момента дальнейшая эволюция происходила в соответствии с теорией горячей расширяющейся Вселенной. Таким образом, пустое пространство самопроизвольно «взорвалось» благодаря отталкиванию, присущему ложному вакууму.

Если бы образование «пространства-времени» происходило в состоянии истинного вакуума, то инфляция не могла бы развиться и Большой взрыв свелся бы к слабому всплеску.

Теория «распухающей» Вселенной способна разрешить многие из загадок, о которых упоминалось выше, например, формирование однородности и изотропии современной Вселенной. До начала раздувания внутри общего «горизонта» в близких точках должна была установиться приблизительно одинаковая температура и другие физические условия. Но в период раздувания со сверхзвуковой скоростью эти точки оказались стремительно разнесенными на огромные расстояния друг от друга.

Но что значит «раздувание со сверхсветовой скоростью»? И не просто со сверхсветовой, а, как показывают расчеты, со скоростью, превышающей скорость света в огромное число раз? Не противоречит ли подобное утверждение одному из фундаментальных положений современной физики, согласно которому передача любых физических взаимодействий в нашей Вселенной не может происходить со скоростями, большими, чем скорость света.

Таким образом, возникает парадоксальная ситуация, требующая специального объяснения. И подобное объяснение существует…

Прежде всего попытаемся разобраться в том, каким способом можно измерить скорость тела, которое проносится мимо неподвижного наблюдателя, скажем, скорость гоночного автомобиля. Для этого выбирается некий «жесткий масштаб», своеобразная «мерная линейка», и отмечаются моменты времени, когда наш автомобиль поравняется с ее началом и концом. Поделив длину нашей «линейки» на разность зарегистрированных моментов времени, мы и определим интересующую нас скорость. Все очень просто… Между прочим, примерно таким способом пользуются при определении скоростей гоночных автомобилей во время рекордных заездов. А теперь рассмотрим более сложную ситуацию, когда наблюдатель находится от движущегося тела – того же автомобиля на очень большом расстоянии. Что может послужить нам «мерной линейкой» в подобных условиях? Ведь без нее не обойтись! Необходимо хотя бы мысленно связать с наблюдателем некую систему отсчета, некий жесткий «каркас». И продолжить этот «каркас» к тому месту, где находится движущееся тело. Измерив по отношению к нему скорость движения автомобиля, мы тем самым определим и его скорость по отношению к наблюдателю. В общем это тоже довольно обычный процесс измерения относительной скорости двух удаленных друг от друга тел.

Но при этом должно выполняться одно непременное условие! Наша система отсчета – «каркас» – обязательно должна быть жесткой и жестко связанной с наблюдателем. Нетрудно сообразить, что любые деформации системы отсчета неизбежно приведут к тому, что скорость движения автомобиля, измеренная по отношению к этой системе в том месте, где автомобиль движется, уже не будет скоростью по отношению к наблюдателю.

Возможно ли ввести такую жесткую систему отсчета, необходимую для измерения относительной скорости, в период начального «раздувания» Вселенной? Принципиально невозможно! Мощные силы гравитационного отталкивания, действующие в состоянии «ложного вакуума», будут неизбежно деформировать любой достаточно протяженный «каркас». А это значит, что в подобном состоянии понятие относительной скорости для удаленных друг от друга точек просто-напросто теряет физический смысл. Поэтому-то «распухающая» Вселенная и может раздуваться как угодно быстро, без нарушения фундаментального принципа предельного характера скорости света.

Возможно, подобные рассуждения показались вам несколько искусственными и недостаточно убедительными. Но, поверьте, они проведены со всей необходимой в физике строгостью… Итак, точки, удаленные в настоящее время на расстояния, превосходящие расстояние «оптического горизонта», в самом начале «раздувания» Вселенной могли располагаться «по соседству» и обмениваться друг с другом физическими сигналами. Однако и среда в результате стремительного расширения тоже не была абсолютно однородной. Этому помешало возникновение небольших неоднородностей плотности, которые в дальнейшем стали центрами формирования скоплений галактик.

Так с помощью новой теории была преодолена одна из главных трудностей, с которой столкнулись авторы «сценария» горячей расширяющейся Вселенной. Естественное объяснение получила и близость средней плотности вещества в современной Вселенной к критическому значению. Дело в том, что, согласно теории, плотность «ложного вакуума» в «распухающей» Вселенной в точности равна критической. Поэтому и плотность вещества, возникшего при распаде «ложного вакуума», также должна быть равна критической плотности.

Существует и еще одно весьма любопытное следствие стремительного «раздувания» Вселенной. Из теории вытекает, что после стадии «распухания» в областях, которые в начальный период достаточно далеко отстояли друг от друга, могли сформироваться различные физические условия. И между такими областями – «доменами», в процессе «раздувания» должны были возникнуть «доменные стенки».

В процессе дальнейшего расширения из таких областей образовались «мини-вселенные», а разделяющие их стенки отдалились очень далеко друг от друга, в частности, и от нас – за расстояние «оптического горизонта».

В этих достаточно удаленных друг от друга областях, различающихся своими физическими свойствами, возможно, по разному протекали и процессы свертывания многомерного пространства. В результате в различных «мини-вселенных» могли сформироваться пространства разной размерности.

Вполне логичные объяснения получают и в рамках теории «раздувающейся» Вселенной и некоторые другие свойства мироздания, не находившие истолкования в прежних теориях. Теперь, как всегда, слово за наблюдателями. Ибо только наблюдения могут подтвердить или опровергнуть теорию «раздувающейся» Вселенной.

Инфляционная теория не только помогла преодолеть трудности, возникшие в теории горячей расширяющейся Вселенной – из нее вытекал ряд важных следствий. В частности, выяснилось, что в процессе «раздувания» могли, как мы уже отмечали, сформироваться обособленные пространственные области – «домены», с различными физическими условиями, которые дали начало «мини-вселенным». Следовательно, наша Вселенная не единственная в мироздании, а лишь одна из множества вселенных, обладающих разными физическими свойствами.

И как бы ни развивалась инфляционная теория в будущем, ее появление – еще одно свидетельство теснейшей связи между микро- и макропроцессами…


Вселенная из… «ничего»


Идея, согласно которой «из ничего не родится ничто», возникла еще в V веке до н. э. в эпоху Парменидов. И оказалась одной из самых устойчивых идей, которая прошла через столетия и сохранялась в естествознании в неизменном виде почти до самого последнего времени! Еще всего какие-нибудь десять лет назад гипотезу о самопроизвольном возникновении в результате чисто физических процессов вещества и энергии из «ничего» большинство естествоиспытателей считало неприемлемой…

В невозможности возникновения «чего-либо» из «ничего» как будто убеждает нас и повседневный житейский опыт.

Мы привыкли к тому, что одни предметы или объекты всегда образуются из других предметов или объектов. И что из этого правила не существует исключений.

С другой стороны, известный современный английский астрофизик П. Девис утверждает, что возникновение «чего-то» из «ничего» не только в принципе возможно, но и реально происходит! Из чего, например, – ставит он вопрос, – возникают мысли, а также идеи? Мысли, без сомнения, существуют реально, рассуждает Девис, а для их возникновения требуется непосредственное участие головного мозга. Однако мозг обеспечивает лишь реализацию мыслей, но не является их причиной. Сам по себе мозг порождает мысли не в большей степени, чем компьютер – вычисления. Мысли могут быть вызваны (порождены) другими мыслями, а также ощущениями или сведениями, то есть информацией, хранящейся в памяти или поступающей извне. Однако эти соображения не раскрывают природу самих мыслей.

Многие творческие люди говорят, что их произведения – результат неожиданного вдохновения. Таким образом, рождение картины, или стихотворения, или музыкального произведения фактически является примером рождения «чего-то» из «ничего». В пользу подобной точки зрения свидетельствуют высказывания ряда известных современных поэтов, писателей и композиторов. Так Андрей Вознесенский утверждает: «Чувствуешь эту связь, словно кто-то диктует тебе». Об этом же говорил и Владимир Солоухин: «Писал стихи – так мне всегда казалось, что под чью-то диктовку». Аналогичные мысли высказывал и выдающийся композитор А. Шнитке: «Музыка мною не пишется, а улавливается… Вроде как я имею дело не со своей работой, а переписываю чужую»…

Можно ли, однако, считать, что из «ничего» возникают физические объекты? В том числе наша Вселенная?

В принципе можно. Подобной точки зрения придерживаются такие известные современные физики и астрофизики как Алан Гут из Массачусетского технологического института (МТИ) в США, Сидней Коулмен из Гарвардского университета, Алекс Виленкин из университета Тафта. Они считают, что «ничто» – неустойчиво и Вселенная спонтанно «распустилась из «ничего».

Классическая физика рассматривала Вселенную как гигантский часовой механизм. Новая квантовая физика раз рушила эту лапласовскую схему. На атомном уровне материя и ее движение неопределенны и непредсказуемы. Разумеется, и атомный мир не свободен полностью от причинности, но она проявляется здесь неоднозначным образом. Главная особенность «квантового поведения», которая лежит в основе материи, – утрата строгих причинно-следственных связей.

Применима ли, однако, квантовая физика ко Вселенной? И если применима, то в каких пределах? Во всяком случае, ранняя Вселенная была ограничена весьма малыми размерами! Имеющиеся в распоряжении, современной физики и астрофизики данные говорят, что квантовые законы с момента начала расширения – в так называемую эру Планка – до 10-43 с. играли определенную роль. И действие этих законов следует принимать во внимание вплоть до 10-32 с. с момента начала инфляции.

Как считают некоторые теоретики, именно между этими двумя «эпохами» существовал момент времени, когда возникла наша Вселенная. По словам С. Ноуммена, именно в этот момент и совершился «квантовый скачок» из «ничего» во «время». Современное «пространство-время» есть не что иное, как реликт той эпохи.

Но откуда взялась энергия, необходимая для инфляционного расширения? Ведь существует закон сохранения энергии, а энергия начальной Вселенной была равна нулю. Но дело в том, что закон сохранения энергии в его обычной форме к инфляционной Вселенной неприменим. Сам процесс инфляционного расширения формирует возрастание энергии вакуума. И лишь квантовый распад ложного вакуума положил предел этому процессу.

Существует притча о мальчике, вытянувшем себя из болота за шнурки собственных ботинок. Самосоздающаяся Вселенная очень напоминает этого мальчика – она вытянула себя за «собственные шнурки». Этот процесс получил название «бутстрэпа». Благодаря своей природе Вселенная возбудила в себе всю энергию, которая была необходима для «создания» и «оживления» материи, а также инициировала породивший ее взрыв. Этому космическому «бутстрэпу» мы и обязаны своим существованием.

Однако остается самый главный вопрос: что существовало и что происходило до инфляции? Иными словами, каким образом пространство и ложный вакуум могли возникнуть «из ничего»? По существу, идея космического «бутстрэпа» близка к теологической концепции сотворения мира из ничего сверхъестественной силой.

Возможно, предшествовавшее инфляции состояние ложного вакуума оказалось предпочтительнее благодаря характерным для него экстремальным условиям. Но Вселенная так или иначе реально возникла, и квантовая физика представляет собой единственную область современной науки, которая позволяет рассматривать события, происходящие без видимых причин.

А откуда взялось само пустое пространство? Если, согласно квантовой теории, «из ничего» могут рождаться частицы, то не может ли аналогичным образом рождаться «из ничего» и пространство? В частности, расширение современной Вселенной есть не что иное, как разбухание пространства. С каждым днем наша Вселенная увеличивается на 1018 кубических световых лет.

Согласно новой космологии, начальное состояние космоса вообще не играло никакой роли, так как вся информация о нем полностью «стерлась» в ходе инфляции. Наблюдаемая нами Вселенная несет на себе лишь отпечатки тех физических процессов, которые происходили с момента ее начала. Тысячелетиями люди считали, что «из ничего не родится ничто». Сегодня же можно утверждать, что «из ничего произошло все»!

Если бы мы жили в воображаемом мире, в котором те или иные объекты время от времени возникают «ниоткуда», то, видимо, идею возникновения «из ничего» и самой Вселенной мы воспринимали бы как нечто вполне возможное. Но, между прочим, подобный воображаемый мир не так уж сильно отличается от нашего реального мира. Если бы мы обладали способностью воспринимать поведение атомов и других микрообъектов не с помощью специальных приборов, а непосредственно с помощью собственных органов чувств, нам бы довольно часто приходилось наблюдать объекты, которые появляются или исчезают без видимых причин.

Так, например, в очень сильных электрических полях при критическом значении напряженности начинают, как мы уже отмечали, «из ничего» возникать электроны и позитроны. Значение напряженности, близкое к критическому, существует возле ядра атома урана, состоящего из 92 протонов. А если бы существовал химический элемент, в ядре атома которого содержалось 200 протонов, то вблизи такого ядра происходило бы спонтанное рождение электронов и позитронов. Это особый вид радиоактивности, когда распад испытывает пустое пространство – физический вакуум.

Аналогичные процессы происходят вблизи поверхности черных дыр, где гравитация столь сильна, что пространство вокруг буквально кишит непрерывно рождающимися частицами. Это явление, получившее название «излучения черных дыр», было теоретически открыто Стивеном Хокингом.

Таким образом, современная наука рисует картину однородной, самосогласованной и «простой» в больших масштабах Вселенной. Именно эти обстоятельства позволяют говорить о Вселенной, как о едином целом. Природа этих свойств долгое время оставалась загадочной. Но теперь мы знаем, что «инструкции» для создания такого Космоса заключались в законах природы.


Удивительные вселенные


Английские радиоастрономы из обсерватории Джодрелл Бенк обнаружили в районе созвездия Лебедь очередной пульсар, который вошел в астрономический каталог под индексом «Джи-Пи – 1953». Напомним, что первый пульсар – космический объект, являющийся источником необычайно стабильного импульсного радиоизлучения, в котором импульсы следуют один за другим через абсолютно одинаковые промежутки времени, – был открыт в 1967 году. Причем сперва его даже всерьез приняли за искусственный радиопередатчик какой-то инопланетной цивилизации. И только спустя некоторое время удалось установить, что пульсары на самом деле представляет собой не что иное, как быстро вращающиеся так называемые нейтронные звезды. Интересно заметить, что возможность существования этих удивительнейших представителей звездного мира была за много лет до этого – еще в 1930-е годы – теоретически предсказана выдающимся советским физиком-теоретиком Л.Д. Ландау.

Вследствие небольших размеров нейтронные звезды очень быстро вращаются. Благодаря этому радиолуч, исходящий из какой-либо точки или области поверхности такой звезды, будет описывать окружности в пространстве. И его периодические пересечения с антенной радиотелескопа будут регистрироваться как непрерывная серия следующих друг за другом радиоимпульсов.

Поскольку пульсар «Джи-Пи – 1953» был уже далеко не первым пульсаром, зарегистрированным астрономами, его открытие скорее всего прошло бы незамеченным, но вскоре выяснилось, что он обладает необычными свойствами, отличающими его от всех других подобных объектов.

У первого открытого пульсара временные интервалы между последовательными радиоимпульсами были настолько одинаковы, что по ним можно было проверять ход самых точных атомных часов. Однако теория говорит о том, что этот интервал изменяется с течением времени. Дело в том, что благодаря взаимодействию вращающейся нейтронной звезды с окружающей плазмой, скорость ее вращения постепенно уменьшается и соответственно растет период радиопульсаций, то есть промежуток времени между следующими друг за другом импульсами. «Часы» пульсара как бы замедляют свой ход. Зная это замедление, можно вычислить возраст нейтронной звезды. Оказалось, что средний возраст пульсаров в нашей Вселенной составляет около 10 миллионов лет.

Однако «часы», связанные с пульсаром в Лебеде, как выяснилось, «идут почти без «отставания». Иными словами, у пульсара «Джи-Пи – 1953», в отличие от его космических собратьев, период пульсации почти не менялся. К такому заключению пришли радиоастрономы, систематически наблюдавшие за этим объектом с помощью крупнейшего радиотелескопа в Аресибо на острове Пуэрто-Рико. Во всяком случае, изменения периода оказались настолько малы, что минимальная продолжительность существования пульсара «Джи-Пи – 1953», вычисленная упомянутым выше способом, должна составлять ни много ни мало… 45 миллиардов лет!

Но 45 миллиардов лет – это промежуток времени почти в три раза превосходящий принятый современной наукой возраст нашей Вселенной. Согласно существующим астрономическим данным, с момента начала расширения первоначального «сгустка» и до сегодняшнего дня прошло всего около 18 миллиардов лет. Как же совместить эти крайне противоречивые данные?

Рассказывают, что известный американский астроном, директор радиоастрономической обсерватории в Аресибо Ф. Дрейк сказал по этому поводу приблизительно следующее: «Очень возможно, что существует небольшая часть мирового пространства, преспокойно пережившая то начальное «раздувание», которое дало начало нашей Вселенной. Вероятно, в этой зоне материя по каким-то причинам сохранилась в своем первоначальном виде».

Предположение, прямо скажем, довольно экстравагантное! Но, может быть, в нем и нет такой уж необходимости? Ведь как мы определяем возраст Вселенной? На одном из отдаленных от нас этапов ее истории из расширяющегося вещества сформировались звездные системы – галактики, которые и по сей день продолжают разлетаться во все стороны. Мысленно обращая их движение вспять, можно определить промежуток времени, отделяющий современную эпоху от начала расширения.

Не слишком ли, однако, упрощен подобный метод? Ведь простота далеко не всегда свидетельствует о том, что мы находимся на правильном пути! Почему бы, например, не допустить, что Вселенная не всегда расширялась с одинаковой скоростью – в том же темпе, что и в наше время, что в ее истории были периоды замедления, а следовательно, ее возраст может оказаться больше того, который вычислен, исходя из идеи равномерного расширения?

И для такого предположения есть основания.

Когда астрономы занялись изучением квазаров, этих удивительных объектов, расположенных у границ наблюдаемой Вселенной и излучающих колоссальные количества энергии, примерно в сто раз превосходящие излучения энергии самых больших галактик, то обнаружилось, что на некотором расстоянии от нас их сконцентрировано особенно много.

Стоит еще раз напомнить, что в астрономии расстояние до того или иного космического объекта – это мерило его удаленности не только в пространстве, но и во времени. Чем дальше этот объект от нас находится, тем в более отдаленном прошлом мы его наблюдаем. Поэтому концентрация квазаров на некотором определенном расстоянии от нас, по-видимому, означает, что либо на определенном этапе эволюции Вселенной был период, когда этих объектов возникало особенно много, либо скорость разбегания галактик, то есть расширения Вселенной, в разные эпохи была неодинакова.

В свое время известные советские астрономы И.С. Шкловский и Н.С. Кардашев высказали гипотезу о том, что расширение Вселенной происходило не непрерывно, а с «остановками». Задержка произошла в тот момент, когда радиус расширяющейся Вселенной достиг как раз той области, где наблюдается концентрация квазаров. В течение последующих примерно 50 миллиардов лет Вселенная почти не расширялась, и за это время успело образоваться много квазаров. В этом случае возраст Вселенной может достигать 70 миллиардов лет, и в ней вполне могут существовать объекты и гораздо более старые, чем загадочный пульсар «Джи-Пи – 1953».

Таким образом, модель, предложенная И.С. Шкловским и Н.С. Кардашевым, снимает вопросы, возникшие при определении возраста упомянутого пульсара. Но одновременно снимается и уже известная нам проблема теории горячей расширяющейся Вселенной, связанная с отсутствием физических неоднородностей на расстоянии оптического горизонта, проблема, которая вместе с некоторыми другими привела к разработке теории инфляционной Вселенной. За время длительной «паузы расширения» световой луч успеет несколько раз обойти всю Вселенную, и, следовательно, взаимодействие между любыми ее объектами, даже самыми удаленными друг от друга, становится вполне возможным!

К сожалению, астрономические наблюдения некоторых выводов из модели Шкловского и Кардашева, увы, не подтверждают.

Как же тогда объяснить, не прибегая к теории «инфляционной Вселенной», фактически наблюдаемую однородность и изотропию Вселенной, означающую, что свойства ее любых достаточно больших областей приблизительно одинаковы, а любые направления равноправны?

Несколько лет назад советские теоретики В.А. Белинский, Е.М. Лифшиц и И.М. Халатников обнаружили неизвестное ранее решение уравнений Эйнштейна, согласно которому расширение Вселенной может носить колебательный характер, особенно бурный на самых ранних этапах. В тот период каждый элементарный объем вещества не только испытывал расширение, но, как говорят физики, «осциллировал» – то растягивался, то сжимался.

Опираясь на этот результат, американский ученый Мизнер предложил физическую модель Вселенной, в которой на раннем этапе отсутствует оптический горизонт и возможно перемешивание неоднородностей, а следовательно, и выравнивание физических условий. Эта модель получила название «модели перемешанного мира» или «модели миксмастера». По идее Мизнера, в рамках подобной модели свет успевает обойти мир большое число раз по всем направлениям.

В модели миксмастера процесс удаления Вселенной от начала расширения носит колебательный характер, причем любой момент мирового времени отделяет от начального момента бесконечное число колебаний.

Благодаря этому в модели миксмастера, хотя и существует начальный момент Т = 0, Вселенная все равно оказывается бесконечной во времени. Бесконечной в том смысле, что с начального момента в ней произошло бесконечное число событий.

Таким образом, в модели миксмастера мы сталкиваемся с парадоксальной ситуацией: с одной стороны, космологическое время имеет начало, а с другой – оно является бесконечным. И чем дальше мы углубляемся в бесконечное прошлое, тем медленнее оно «течет».

Характерно, что подобно Эйнштейну, Мизнер в своей модели связывает время с материей: «Материя не существует «в» пространстве и «во» времени, – подчеркивает он, – она сама формирует свое пространство и свое время».

Начиная с появления теории относительности и квантовой физики, мир физики приобретал все более непривычные с точки зрения классической науки черты и вполне заслужил название «все более странного мира». И в этот «все более странный мир» отлично вписались и квазары, и космические струны, и сетчатая структура Вселенной, и частицы с дробным электрическим зарядом – знаменитые кварки… И модель миксмастера так же весьма неплохо соответствовала бы этому «все более странному миру», если бы не одно «но». Последующие расчеты астрофизиков, главным образом советских, показали, что реальность мизнеровского «перемешивания мира» весьма и весьма проблематична. Для этого Вселенной нужно приписать такие физические характеристики, осуществление которых чрезвычайно маловероятно. При любых других условиях свет в лучшем случае успеет обойти мир самое большее один раз. Но для реализации мизнеровской идеи «перемешивания» этого заведомо недостаточно. А если не происходит перемешивание, то не работает и вся модель Мизнера – ведь реальная Вселенная все-таки однородна и изотропна. Поэтому в настоящее время теоретики склоняются к тому, что однородность и изотропия были присущи Вселенной уже с первых мгновений расширения.

Но если не годятся ни модель «с остановкой», ни модель «миксмастера», то как быть с возрастом «Джи-Пи – 1953»? Принять вариант, о котором говорил Дрейк? Он, разумеется, достоин «все более странного мира», и все же к подобным предположениям следует относиться с большой осторожностью. Тем более что Дрейк известен своей склонностью к фантастическим идеям. Естественнее предположить, что подсчет возраста загадочного пульсара связан с какими-то недоразумениями. Кстати, со временем выявилось именно такое отношение астрофизиков к этой проблеме…

В конце концов дело не только в таинственном пульсаре. И без него существуют и разрабатываются различные циклические модели Вселенной…

Здесь, однако, целесообразно сделать небольшое отступление. Поскольку речь зашла о возрасте небесных тел, то стоит сопоставить между собой данные, которыми располагают современные науки о возрасте различных космических объектов, в том числе и Земли. Ведь возраст небесных тел – это их положение на «оси времени»!


Загадки возраста


От того, в какой мере измеренная учеными продолжительность существования небесных тел соответствует истинному положению вещей, во многом зависит справедливость наших представлений об истории Вселенной и ее будущем, и прежде всего об истории и будущем планеты, на которой мы живем.

До сравнительно недавнего времени возраст Земли считался твердо установленным фактом. В 1956 году он был определен приблизительно в 4,5 миллиарда лет. Что же касается возраста Вселенной, то исходя из скорости разбегания галактик, он принимался равным промежутку времени от 10 до 29 миллиардов лет. Отличие этих чисел в два раза не слишком беспокоило астрофизиков и космологов, поскольку это расхождение считалось следствием некоторой неточности наблюдательных данных.

Однако в действительности ситуация не столь проста и очевидна, как это принято было считать. Дело в том, что за последние годы был обнаружен ряд фактов, которые не только не укладываются в существующие представления о сроках существования космических тел и их систем, но и нередко вступают в очевидные противоречия друг с другом.

Что касается возраста Земли, то возможность его экспериментального определения, не зависящего от различных мифологических представлений, по сути дела, появилась лишь в XX столетии, в связи с открытием явления радиоактивности. Уже в 1926 году были получены первые экспериментальные данные о нижнем пределе возраста нашей планеты, основанные на содержании свинца в урановых рудах, накопление которого является конечной стадией радиоактивного распада урана. Этот «нижний предел» составил тогда 1,5 миллиарда лет. Однако спустя некоторое время Э. Резерфорд, исходя из содержания в урановых рудах изотопов урана-235 и 238, увеличил этот «предел» до 3 миллиардов лет.

Наконец, в том же 1926 году было высказано предположение, что наша планета и найденные на ее поверхности метеориты образовались в процессе формирования Солнечной системы в одно и то же время. И следовательно, по возрасту «небесных камней» можно определить и возраст Земли. Используя уран-свинцовый метод, исследователи пришли к заключению, что возраст Земли составляет 4,55 миллиарда лет. К аналогичным результатам при определении возраста метеоритов приводили и другие методы, основанные на анализе так называемого изотопного состава других, содержащихся в метеоритах элементов.

При этом, однако, предполагалось, что изотопный состав этих элементов на Земле в точности совпадал с их составом в метеоритах, хотя этот факт не является строго доказанным. Поэтому полученные при указанном предположении результаты не могут считаться ни безусловно очевидными, ни тем более окончательными. По-видимому, можно лишь утверждать, что наша планета существует не менее 4,5 миллиарда лет. Дело в том, что, по мнению большинства геологов и геофизиков, твердая поверхность Земли была многократно переработана под действием как земных, так и космических факторов. А это значит, что на Земле в принципе могли сохраниться образцы пород, относящиеся к значительно более древним эпохам ее существования.

И соответствующие данные, не укладывающиеся в общепринятую хронологию, обнаруживались неоднократно. Так на Кольском полуострове были найдены породы, возраст которых около 6,5 миллиарда лет, в Карелии – около 8 миллиардов лет, а в Мончегорском массиве – даже около 11 миллиардов лет. Особый интерес представляют собой данные, полученные при бурении Кольской сверхглубокой скважины. В частности, возраст мраморов, извлеченных с глубины 5660 метров, оказался равным 13 миллиардам лет!

Справедливость требует отметить, что ортодоксально мыслящие ученые, стремясь сохранить устоявшиеся представления о возрасте Земли, пытались в каждом конкретном случае объяснить подобные результаты несовершенством методов определения возраста образцов. При этом характерно, что все подобные возражения трактовались только в пользу уменьшения их возраста.

Разумеется, было бы преждевременно утверждать, что полученные результаты о возрасте отдельных земных пород, превышающем 4,5 миллиарда лет, представляют собой окончательно установленную истину. Но они, во всяком случае, свидетельствуют о наличии весьма серьезных проблем. Тем более, что согласно последним данным результаты определения возраста некоторых метеоритов также обнаруживают весьма солидный «разброс» – от 5 до 18 и даже 26 миллиардов лет!

Естественно, необходимо сопоставить результаты определения возраста Земли по геологическим данным с представлениями современной астрономии о возрасте других космических тел и их систем.

Еще в 1930-е годы казалось, что возраст нашей Вселенной – около 2 миллиардов лет. И, таким образом, получалось, что Солнечная система в лучшем случае образовалась на самой ранней стадии расширения Вселенной. Это оказалось одной из самых серьезных проблем принятой в то время теории. Затем, когда Хэббл открыл фактическое разбегание галактик и определил значение величины, связывающей расстояния до разлетающихся объектов со скоростями их разлета (постоянная Хаббла). Но в то время значение этой постоянной отличалось от принятого в настоящее время примерно в 10 раз. Исходя из этого и возраст нашей Вселенной оценивался в 7-8 миллиардов лет. Но определенный астрономами возраст шаровых звездных скоплений оказался равным 9 и даже 12 миллиардам лет. Однако в дальнейшем на протяжении сравнительно короткого промежутка времени и эти данные вновь были пересмотрены в сторону увеличения как возраста Вселенной, так и возраста составляющих ее объектов. В результате в настоящее время возраст Вселенной считается равным 10-20 миллиардам лет, что устраняет противоречия с оценками продолжительности существования Земли.

Однако, по мнению известного дубненского астрофизика А.М. Чечельницкого, новейшее развитие космологии не только не устранило прежние проблемы, но и добавило новые. Так, например, возраст многих сравнительно небольших объектов, принадлежащих центральной подсистеме нашей Галактики, не вписывается в общепринятый в настоящее время верхний предел возраста Вселенной, составляющий, как было отмечено выше, 20 миллиардов лет. И есть веские основания предполагать, что возраст некоторых далеких от нас грандиозных по своим масштабам космических систем еще значительно больше. В то же время нет оснований сомневаться в результатах работ таких известных астрономов, как Вокулер, Сандедж и другие, определивших величину постоянной Хаббла равной 50 км/с на один мегапарсек, что соответствует возрасту Вселенной именно в 20 миллиардов лет. Возник очередной парадокс, который пока не имеет решения. Однако не исключено, что связь между постоянной Хаббла и возрастом Вселенной в действительности значительно сложнее, чем считается в современной астрофизике.

Существуют, впрочем, и другие подходы к определению возраста Вселенной. Например, опирающиеся на теорию синтеза тяжелых элементов труды Д. Фаулера, удостоенные в 1983 году Нобелевской премии, приводят к заключению, что такой синтез начался, с точностью до нескольких миллиардов лет, около 19 миллиардов лет назад. Однако сравнительно недавно был определен возраст нашей Галактики, значительно превосходящий прежние оценки. Нельзя также игнорировать полученные в последние годы данные, согласно которым расстояние от Солнца до центра Галактики составляет лишь около 0,7 того расстояния, которое принималось ранее. Этот результат и связанный с ним пересмотр шкалы космических расстояний ведет и к пересмотру продолжительности расширения Метагалактики. Очевидно, это очередное расхождение в оценках возраста Вселенной и возраста Галактики потребует новых космологических исследований.

На основании положения о том, что любые взаимодействия и возмущения не могут распространяться со скоростью, превосходящей скорость света в пустоте, делается заключение о конечности объема нашей Метагалактики, а также о существовании предельного горизонта видимости, о котором мы уже упоминали. А что же находится за этим горизонтом? На этот вопрос современные традиционные астрофизика и космология ответить не могут, точно так же как не могут однозначно ответить и на вопрос о том, что было до начала расширения? Существует, правда, теория (о ней мы уже рассказывали), согласно которой наша Вселенная образовалась в результате флюктуации физического вакуума, – теория «инфляционной» Вселенной. Однако убедительные доказательства справедливости этой теории пока не получены.

Нельзя не упомянуть и еще об одном несоответствии. В современной физике элементарных частиц время жизни протона оценивается величиной 1032 лет. Между тем считается, что время жизни нашей Вселенной составляет максимум 2*1020 лет. Казалось бы, это несоответствие должно по меньшей мере настораживать. Современные космологи объясняют это тем, что возраст системы каких-либо объектов может быть существенно меньше, чем возраст составляющих ее элементов. И хотя в подобных рассуждениях есть определенная логика, стоило бы задуматься и над иной возможностью: не может ли наша Вселенная существовать минимум столько же лет, сколько составляющие ее атомы водорода?

Нельзя не обратить внимания также на то обстоятельство, что с развитием представлений об эволюции Земли и Вселенной, начиная от библейских мифов и до современной научной картины мира, оценки возраста и нашей планеты и Метагалактики неизменно возрастали. И уверенность теоретиков в окончательности тех или иных выводов нередко сменялась новым, зачастую прямо противоположными представлениями. «Красивейшие теории гибнут, истерзанные уродливыми фактами», – заметил однажды Д. Фаулер, напомнив таким образом, что нельзя превращать те или иные теоретические научные выводы в догматы веры.

А это означает, что науке принципиально противопоказан слепой консерватизм и ее развитие тесно связано с появлением новых оригинальных идей, которым, несмотря на всю их экзотичность, необходимо уделять самое серьезное внимание!


Циклические модели Вселенной


Если фаза расширения нашей Вселенной со временем все-таки сменится фазой сжатия, то не исключено, что после этого опять произойдет новое расширение – и так без конца… И в соответствии с этой возможностью разработан ряд теоретических моделей подобных «циклических» Вселенных.

Идея «Вечного возвращения», «Круга времен» – существовала и в древнегреческой философии и в философских системах Индии, Китая и Ближнего Востока…

В 1949 году известный математик Курт Гёдель выступил в Принстонском университете, где в то время работал А. Эйнштейн, с докладом «Время в общей теории относительности», в котором доказывал возможность замкнутых «мировых линий» для некоторого класса моделей Вселенной. В переводе с языка теории относительности на обычный это означает, что при некоторых условиях Вселенная может возвращаться к своему исходному состоянию и в дальнейшем в точности повторять раз за разом уже пройденные циклы.

Ситуация весьма заманчивая для авторов научно-фантастических произведений. Если бы модель Гёделя соответствовала действительности, то это означало бы, что все события, происходящие в окружающем нас мире сегодня, когда-то уже происходили и притом не один раз.

Альберт Эйнштейн присутствовал на докладе Гёделя, однако сейчас нам трудно судить о его подлинном отношении к излагавшимся идеям. На этот счет воспоминания очевидцев расходятся. Согласно одним из них, великий физик в ходе развернувшейся дискуссии заметил, что результаты, изложенные в докладе, ему не нравятся, согласно другим – он, наоборот, отнесся к идеям Гёделя с симпатией.

Много лет спустя известный индийский физик-теоретик С. Чандрасекар подробно исследовал модель, предложенную Гёделем, и пришел к выводу, что возникающие в ней замкнутые траектории лишены физического смысла. Однако при этом Чандрасекар использовал метод так называемого физически разумного выбора. А подобный метод всегда связан с какими-либо произвольными интуитивными допущениями, и ему в полной мере доверять нельзя.

Правда, настораживает и то, что Вселенная гёделевского типа должна обладать парадоксальными свойствами. Например, в ней теряют смысл такие понятия, как «раньше чем» и «позже чем», то есть, по существу, утрачивают свое значение такие фундаментальные свойства времени, как единая направленность и необратимость.

Но в конце концов дело даже не в том, верна или неверна модель, предложенная Гёделем (судя по всему, она все-таки неверна). Ведь эта модель – только специальный частный случай. Существуют и другие модели, которые удовлетворяют уравнениям теории относительности и содержат замкнутые линии времени.

«Тот факт, что ситуация с возвращением в прошлое, описанная Гёделем, не проходит в предложенной им модели, – заметил по этому поводу Чандрасекар, – не исключает вообще подобной возможности в рамках общей теории относительности. Хорошо бы, конечно, доказать для общего случая невозможность замкнутых временоподобных мировых линий, но сейчас можно только сказать, что частный пример, предложенный Гёделем, оказался неверным».

Во всяком случае, показать, что подобные модели противоречат уравнениям общей теории относительности, никому не удалось.

Иными словами, из того, что циклические возвращения Вселенной к прошедшему невозможны в специальной модели, предложенной Гёделем, еще не следует, что вообще не может существовать мир с замкнутыми линиями времени. Это еще необходимо доказать. Кстати, возможность циклической Вселенной допускает и Дрейк. «Если наш пульсар действительно является остатком старой Вселенной, – говорит он, – то кто может утверждать, что до нее не было еще одной, а там еще и еще…»

Если повторяющая себя Вселенная в духе Гёделя пока что остается весьма маловероятной возможностью, которая хотя формально и не опровергнута, но ничем и не подтверждена, то другие варианты циклических моделей разработаны более детально. В этих моделях Вселенная пульсирует, то расширяясь, то сжимаясь и всякий раз проходя при этом стадию сверхплотной горячей плазмы.

Одна из таких моделей «сконструирована» английским астрономом Т. Голдом. Она основана на том, что современная физическая теория в принципе допускает «обращение времени». Если в уравнениях этой теории заменить направление течения времени на противоположное, то все события потекут в обратном порядке.

Вдохновившись «конструкторской» деятельностью Голда, другой английский астрофизик П. Девис решил построить свою «Вселенную», в известной мере противоположную Голдовской. В этой Вселенной направление течения времени в каждом новом цикле также меняется на противоположное, но в промежутке между соседними циклами, в период наибольшего сжатия, оно вообще не имеет направления! Что это значит с физической точки зрения, сказать трудно, поскольку в современных физике и астрофизике вопросы, связанные с поведением материи в экстремальных условиях, по существу еще не разработаны.

Любопытно также, что модель Девиса допускает проникновение через область наибольшего сжатия некоторых физических процессов из одного цикла в другой, разумеется, с соответствующей «переработкой». Именно в свете подобной возможности Девис пытается толковать так называемое реликтовое излучение. Согласно существующей теории, это излучение должно было возникнуть на одной из ранних стадий расширения Вселенной и равномерно заполнить все мировое пространство. Однако в модели Девиса реликтовое излучение приобретает совершенно иной, и, прямо скажем, неожиданный смысл. Это уже не «посланец из прошлого», а, если можно так выразиться, отголосок… будущего! Именно отголосок, а не предвестник! Своеобразная «радиозаря» того цикла в эволюции Вселенной, который еще только должен наступить в будущем. При этом во Вселенной Девиса нарушается один из фундаментальнейших принципов современного естествознания, так называемый принцип причинности – «следствия не могут опережать свои причины». Но к этому принципу мы в свое время еще вернемся, а сейчас отметим, что существует еще одна модель развития Все ленной во времени, в известном смысле противоположная как модели Девиса, так и ряду других циклических моделей. Она разработана одним из учеников Эйнштейна Дж. Уилером. И в этой модели Вселенная тоже пульсирует, то сжимаясь, то раздуваясь, но всякий раз она возрождается из сверхплотного сгустка в ином виде, с новыми характерными параметрами и даже новым набором элементарных частиц. Мало того, во Вселенной Уилера нет вообще времени в обычном понимании этого слова – нет настоящего и нет будущего!

Никто, разумеется, не возьмет на себя смелость утверждать, что модели Годда, Девиса, Уилера и им подобные – это и есть точное описание нашей Вселенной. Да на это они, пожалуй, и не претендуют. Идет поиск. Нащупываются новые направления. Оцениваются и переоцениваются различные идеи. Осмысливаются новые факты…

И ценность перечисленных выше моделей на данном этапе развития науки о Вселенной определяется не столько степенью соответствия реальному положению вещей, сколько их эвристическим характером. Они побуждают к поиску новых пространственно-временных представлений, новых неизвестных фундаментальных физических закономерностей, новых форм причинных связей…


Теория и реальный мир


(беседа с доктором физико-математических наук А.Л. Зельмановым)

Московский космолог доктор физико-математических наук А.Л. Зельманов был одним из самых выдающихся советских астрофизиков-теоретиков второй половины XX столетия, отличавшийся оригинальным подходом ко многим проблемам современного естествознания.

Мы думаем, что предлагаемая беседа с А.Л. Зельмановым, составленная на основе нескольких интервью с этим незаурядным ученым, поможет читателям лучше разобраться в тех вопросах современной физики и астрофизики, которым посвящена настоящая книга и которые так или иначе связаны с проблемами пространства и времени…


Автор: С развитием науки нередко оказывается, что какая-то из основных физических теорий может быть выведена из более общей. В чем состоит специфика такого «перехода»?


Зельманов: Представим себе, что у нас есть две теории, одна из которых частная, то есть менее общая, другая – более общая. Общая теория применима к более широкому кругу явлений, чем частная. У этих теорий разные уравнения. И дело не просто в том, что уравнения общей теории позволяют производить более точные количественные расчеты. Между ними есть существенные качественные отличия. Если взять совокупности всех физических величин, которые входят в уравнения двух теорий, то окажется, что они различны. Есть некоторые величины, общие для обеих теорий, но есть и разные: в уравнениях общей теории одни, в уравнениях частной – другие. При этом чрезвычайно существенно, что появление новых величин в уравнениях более общей теории связано с применением новых понятий.

Когда совершается переход от частной теории к общей, оказывается, что сами понятия частной теории (понятия, а не только уравнения) носят приближенный характер. Новые понятия, применяемые в более общей теории, являются более точными. Именно поэтому частная и общая теории качественно отличаются друг от друга.

Исторически – переход от частной теории к более общей – это революция, требующая непривычных, «безумных» идей, выработки совершенно новых понятий.


Автор: Значит, вы считаете, что в процессе развития физики и астрофизики «безумные» теории, то есть резко противоречащие принятым взглядам, имеют право на существование?


Зельманов: Вообще говоря, нормальный путь развития науки состоит в том, что каждое новое явление мы стремимся объяснить на основе уже известных закономерностей. Но когда появляется уверенность в полной невозможности подобных объяснений, наступает время «безумных» идей.


Автор: Что же может послужить критерием этой уверенности?


Зельманов: Такого рода критерий подсказывает нам история естествознания. Иногда в науке создается положение, когда совокупность всех известных фактов хорошо укладывается в определенную систему физических принципов. Но обнаруживаются новые факты (явления), которые не могут быть объяснены в рамках прежних теорий.

Может случиться и так, что основные физические теории, хорошо объясняющие разные факты, логически исключают друг друга. Тогда создается положение, при котором невозможно уложить в одну теоретическую схему все факты – и старые и новые: одни факты как бы противоречат другим. Так, по-видимому, можно сформулировать критерий революционной ситуации в физике.

В таких случаях необходимы принципиально новые идеи, с точки зрения которых факты перестают противоречить друг другу. Конечно, то, что одни факты противоречат другим, далеко не всегда очевидно, поэтому и необходимость новых «безумных» идей может быть осознана уже после того, как они будут фактически высказаны и приведут к созданию новой теории, которая впоследствии окажется основной.

Теоретическая астрофизика строится на основе физики. Поэтому «безумные» идеи в астрофизике непосредственно относятся к области физики; это прежде всего те же «безумные» идеи, в которых может нуждаться физика. Вот почему применительно к астрофизике интересующий нас вопрос сводится к следующему: можно ли без логических противоречий объяснить совокупность всех известных в настоящее время астрофизических фактов в рамках существующих основных физических теорий, или же для этого нужны новые, еще неизвестные принципы («безумные» идеи), необходимость которых в самой физике достаточно очевидна?

Поскольку основным источником эмпирических сведений в астрофизике служат наблюдения, а не эксперименты, ответить на этот вопрос гораздо труднее, чем на вопрос о необходимости «безумных» идей в физике. Поэтому, пытаясь объяснить всю совокупность открытых фактов на основе известных физических закономерностей, нужно иметь в виду также возможность и вероятность того, что некоторые из этих фактов могут получить правильное объяснение лишь с точки зрения новых, еще неизвестных физических принципов.


Автор: Как вы в таком случае относитесь к идее «все более странного мира», открываемого в процессе развития естествознания?


Зельманов: Разумеется, всякий раз, когда очередные «безумные» идеи органически входят в науку, они перестают казаться странными и безумными. Но на последующих этапах развития науки возникает необходимость в новых идеях, «безумных» с точки зрения тех, которые уже стали привычными. В этом смысле ожидание открытия «все более странного мира» и соответственно ожидание своеобразного «нарастания безумия» основных идей (презумпция нарастающего «безумия») парадоксальным образом оказываются наиболее разумной психологической позицией.

И если вдуматься, это совершенно естественно: ведь «безумные» идеи в науке в конечном счете всего лишь «непривычные» идеи, с которыми мы раньше не встречались.


Автор: А есть ли возможность на основе уже существующих теорий предсказывать еще неизвестные нам явления во Вселенной?


Зельманов: Есть. Ведь открытие фактов, лежащих вне круга применимости существующих теорий, не означает, что последние исчерпали себя внутри этого круга. В частности, еще далеко не исчерпаны возможности общей теории относительности в астрофизике.


Автор: Мы постоянно употребляем термин «Вселенная» в разных смыслах и в разных контекстах. Что же такое Вселенная?


Зельманов: Можно сказать, что Вселенная – это предмет изучения астрономии; астрономия – наука о Вселенной. Но астрономия, как и любая конкретная наука, изучает материальный мир со стороны некоторых интересующих данную науку аспектов… Таким образом, Вселенная – это материальный мир, рассматриваемый со стороны его астрономических аспектов.


Автор: Что же представляют собой эти «астрономические аспекты» материального мира?


Зельманов: Для ответа на этот вопрос нам необходимо обратиться к одному из самых поразительных эмпирических фактов – к факту существования последовательности материальных структурных образований разных масштабов и различной степени сложности – от элементарных частиц до Метагалактики. Эту последовательность иногда называют структурно-масштабной лестницей. Ступенями этой лестницы служат элементарные частицы и атомные ядра, атомы и молекулы, макроскопические тела, космические тела, системы космических тел вплоть до Метагалактики. Такова известная нам в настоящее время часть структурно-масштабной лестницы, которая охватывает гигантский интервал масштабов, составляющий более 40 порядков – от 10-13 сантиметра до 1028 сантиметра.

С точки зрения масштабов человек принадлежит к классу макроскопических тел, а Земля, на которой мы живем, – к классу космических тел. Это обстоятельство – положение человека на структурно-масштабной лестнице – определяет применяемые им методы изучения объектов, составляющих различные ступени той же лестницы: от макроскопических тел в сторону меньших масштабов – главным образом эксперимент, прежде всего физический эксперимент, от космических тел в сторону больших масштабов – астрономические наблюдения.

Это значит, что Вселенная – это материальный мир, изучаемый в больших масштабах.


Автор: А что вы понимаете под материальным миром?


Зельманов: С моей точки зрения, понятие материального мира в принципе равнозначно понятию материи. В словосочетании «материальный мир» подчеркивается целостность материи, это – материя как целое. Целостность же материального мира – это единство всех его аспектов. А когда речь идет о Вселенной, мы рассматриваем только материю, взятую в больших масштабах, и уже тем самым ограничиваем себя, в частности, рассмотрением неживой материи и вообще отвлекаемся от существования всех других ее аспектов, не связанных с этими большими масштабами.


Автор: Но Вселенную изучает не только астрономия, но и космология. В чем различие между ними?


Зельманов: Космология – один из разделов астрономии. В отличие от других ее разделов, изучающих конкретные космические объекты с различных точек зрения; космология претендует на изучение Вселенной как целого. Точнее, космология – есть физическое учение о Вселенной как целом, включающее в себя теорию всего охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной.


Автор: Если я вас правильно понял, вы различаете теорию и учение.


Зельманов: Совершенно верно. Учение – более общее понятие, чем теория. Теория – такое учение, которое может и должно быть проверено эмпирическими данными. Учение же может быть такой проверке и не доступно. Что же касается космологии, то поскольку она основывается не только на эмпирических данных, но и на основных законах физики, на основных физических теориях, область применимости которых в принципе выходит далеко за пределы охваченного наблюдениями мира, то она может представлять собой именно учение о Вселенной как целом.


Автор: Но выводы этого учения, которые выходят за границы охваченного наблюдениями мира, очевидно, не доступны непосредственной эмпирической проверке. Что же в таком случае может явиться критерием справедливости космологических построений?


Зельманов: Таким критерием может служить сохранение выводов космологии при замене основных физических теорий, лежащих в ее основе, новыми теориями, более общими и, следовательно, опирающимися на несравненно более широкий круг фактов.

Разумеется, кроме эмпирических и физико-теоретических данных для космологии весьма существенны и философские принципы, поскольку она соприкасается с коренными вопросами философии и, кроме того, не может обойтись без далеко идущих обобщений и экстраполяции.


Автор: В научной литературе встречаются термины: «Вселенная Эйнштейна», «Вселенная Фридмана», «Вселенная Наана», в том числе и «Вселенная Зельманова». Как это понимать?


Зельманов: Под этими терминами имеются в виду различные модели, то есть теоретические схемы Вселенной, соответствующие разным представлениям о ней как целом.


Автор: Однако существует мнение, согласно которому разные теоретические «вселенные» – это действительно реальные космические системы, существующие где-либо в пространстве мироздания.


Зельманов: Говорить о реальном существовании других вселенных имеет смысл лишь в том случае, если самый факт их существования допускает проверку или непосредственную, или хотя бы косвенную, теоретическую. В частности, теория инфляционной Вселенной допускает теоретическую возможность существования бесчисленного множества обособленных космических миров. Нельзя исключить, что дальнейшее развитие этой теории логически свяжет факт существования множества вселенных с какими-то реальными свойствами каждой из них: в том числе и той, в которой мы живем. Это будет означать, что между различными вселенными все же существует некая взаимная связь. Хотя эта связь и будет отличаться от обычной причинно-следственной связи. А это означает, что косвенные подтверждения существования других вселенных могут быть в принципе обнаружены и при изучении нашей собственной Вселенной.


Автор: Как известно, наши взгляды на мир в значительной степени связаны с существованием в природе законов сохранения. Можно ли представить себе такие условия, при которых эти законы не действуют? Что в таком случае произойдет? Могут ли существовать в природе законы еще более общие?


Зельманов: Современная физика действительно знает ряд законов сохранения, однако не все они универсальны! Некоторые из них, например, при сильных взаимодействиях выполняются, а при слабых – нет. Но наиболее общие законы сохранения остаются справедливыми всегда, по крайней мере во всех известных нам случаях. К их числу относятся законы сохранения массы, энергии, количества движения, момента количества движения.

Между прочим, законы сохранения весьма «устойчивы» по отношению к смене физических теорий. Весьма вероятно, что и фундаментальные принципы будущей единой физической теории также будут связаны с идеей сохранения. Хотя какую именно форму примут тогда законы сохранения, сказать трудно. Но даже если все известные сейчас законы сохранения окажутся следствием каких-то других более общих законов, которые не являются законами сохранения в привычном для нас смысле, то никакой катастрофы при этом не произойдет.


Автор: Что вы думаете о тех трудностях, с которыми в обозримом будущем могут встретиться физика и астрофизика в процессе дальнейшего изучения Вселенной, в частности, проблем пространства и времени?


Зельманов: История науки показывает, что какие бы затруднения ни встречались в ее развитии – а она и не развивается иначе, как через затруднения, – они обязательно рано или поздно преодолеваются. При этом обычно рождаются новые трудности, иногда в еще большем числе, но преодолеваются и они. Таков диалектический ход развития науки…


Фрактальная Вселенная


До начала 80-х годов XX столетия в астрофизике господствовало представление о расширяющейся однородной и изотропной Вселенной, то есть о такой Вселенной, основные свойства которой приблизительно одинаковы для достаточно больших областей пространства и для всех направлений. Однако исследования последних десятилетий заставили всерьез задуматься над тем, что привычная фридмановско-хаббловская модель расширяющейся Вселенной, обладающей поперечником от 10 до 20 миллиардов лет, слишком проста, чтобы быть достаточно точным отражением реальной Вселенной и, тем более, нашей области мироздания.

В начале 1980-х годов в качестве дополнения к теории горячей расширяющейся Вселенной, у истоков которой стояли выдающийся русский физик Георгий Гамов и католический ученый Жорж Леметр, американским теоретиком Гутом и советским астрофизиком Линде была разработана уже упоминавшаяся нами теория «инфляционной» или «раздувающейся» Вселенной, которая возникла в результате флюктуации физического вакуума и за короткие мгновения увеличившая объем первоначального небольшого сгустка вещества по меньшей мере в 1050 раз. Уже одно это обстоятельство наводит на мысль о том, что по отношению к материальному миру, частью которого мы являемся, вполне применимо представление о «практической бесконечности». Кроме того, из теории «раздувающейся Вселенной» вытекает, что в ней должно было образоваться великое множество обособленных областей – «доменов», каждый из которых может обладать свойствами, не похожими на свойства нашей Вселенной. Это могут быть иные фундаментальные законы физики, иная геометрия, иное, возможно даже, дробное число измерений, а также иной характер течения времени. Как справедливо отметил известный физик-теоретик Р. Толмен, «Вселенная в целом вовсе не обязательно обладает теми же свойствами, что и видимая нами ее часть».

Такая картина формирования окружающей нас области мира весьма напоминает рост дерева из отдельного семечка и обзаводящегося множеством ветвей с бесчисленными отростками и ответвлениями. Как пишет московский астрофизик Ф. Цицин, «древо – суть и символ глубинных связей между причинами и следствиями, корнями и кроной, тем, что вытекает из небытия, и тем, к чему устремлено развитие Вселенной – частный, но чрезвычайно типичный случай отсутствия непрерывности и целочисленности, присутствия дискретности, квантованное T, при сохранении подобия на всех масштабах – в пространстве и во времени. Древо – универсальный образ для самых разнообразных процессов, способ, коим ткется пространственное лоно Вселенной, выражение Единства и целесообразности всего сотворенного в мире. Такие дробные свойства Вселенной, именуемые фрактальностью, стали серьезно обсуждаться лишь последние пятнадцать лет, поколебав тем самым пятидесятилетнее господство классической релятивистской космологии».

Речь идет о том, что за последние примерно 20 лет получил право на существование совершенно новый и довольно неожиданный аспект окружающего нас Мира. Оказалось, что наша Вселенная является не «целомерной», а, как принято сейчас говорить, «фрактальной», состоящей сплошь из «фрактальных» систем. Астрофизики с некоторым удивлением осознали, что мир, в котором мы живем, состоит из объектов и систем «дробной размерности». Это оказалось весьма неожиданным по той причине, что до самого недавнего времени мы имели дело с объектами, во-первых, целочисленной, а, во-вторых, сравнительно небольшой, минимальной размерности. В самом деле, размерность точки равняется нулю, размерность прямой линии – единице, плоскости – двум, а различных тел – трем.

Но в 1908 году Г. Минковский предложил четырехмерную трактовку теории относительности, в которой роль четвертого измерения играет время. И это был только первый толчок. Вслед за тем появились модели с 5 и 6 измерениями, а сравнительно недавно – в различных теориях возникли операции с 10 и 11-мерными физическими пространствами. В конце же концов дело дошло до… 506 измерений!

Что же касается математиков, которые в меньшей степени, чем физики, ограничены реальными свойствами материального мира, то с легкой руки великого Д. Гильберта они уже давно оперируют и с пространствами «бесконечномерными».

Однако до последнего времени речь шла лишь о целых числах. А теперь оказалось, что наша Вселенная на самых разных уровнях заполнена объектами с… дробной размерностью.

Это открытие произвело, пожалуй, не меньший эффект, чем обнаружение частиц с дробным электрическим зарядом – знаменитых кварков. Но если кварки до сих пор остаются «теоретическими объектами», то в данном случае оказалось, что фрактальной природой, то есть дробными размерностями, обладает не только Вселенная, но и многие привычные объекты и структуры окружающего нас мира. К их числу относятся такие процессы, как эрозия почвы, сейсмические явления, химические реакции, солнечные пятна и скрытая масса галактик, фрагментация протогалактической среды, переменные звезды, и даже совокупность «ресничек» на стенках кишечника. Иными словами, «фрактальные формы» существуют буквально повсюду. Как пишет американский математик Бенуа Мандельброт, стоявший у истоков фрактальных представлений, «ученые с немалым удивлением и восторгом… уясняют для себя, что многие и многие формы, которые они до сих пор вынуждены были характеризовать как зернистые, гидроподобные, похожие на морские водоросли, странные, запутанные, ветвистые, ворсистые, морщинистые и т. п., отныне могут изучаться и описываться в строгих количественных терминах… Фрактальные множества, считавшиеся до сих пор чем-то исключительным… в некотором смысле должны стать правилом».

Остается лишь удивляться тому, что ученые столетиями не замечали того, что сейчас выглядит как совершенно очевидное. Но как уже не раз бывало в науке, стоит хотя бы одному это «очевидное» обнаружить, как вслед за ним очень быстро «прозревают» и все остальные. И это влечет за собой существенные изменения в научной картине мира.

Известный писатель-фантаст и ученый-палеонтолог И. Ефремов писал: «Смотрите, как повсюду окружают нас непонятные факты, как лезут в глаза, кричат в уши, но мы не видим и не слышим, какие большие открытия таятся в их смутных очертаниях». А Ф. Левольд говорил: «Истина бывает часто настолько проста, что в нее не верят»…

История обнаружения фрактальности довольно характерна для развития естественных наук и весьма поучительна. Все началось с мысленного эксперимента, осуществленного Б. Мандельбротом. Он обратил внимание на то, что длина участка береговой линии моря между какими-либо двумя пунктами зависит от того, как ее измерять, то есть от «длины линейки». Однако осознав довольно очевидный факт, Б. Мандельброт на этом не остановился, как поступили все его предшественники. А задумавшись над проблемой «устройства» Вселенной, пришел по аналогии к выводу и об ее фрактальном строении. Тем самым догматический барьер в устоявшемся сознании научного сообщества, убежденного в том, что во Вселенной для фрактальности нет места, был, наконец, преодолен. И картина мира, в том числе и его астрономическая картина, необратимо изменилась. По мнению Ф. Цицина, какие бы изменения эта картина ни претерпела в дальнейшем, «аспект фрактальности» вошел в ее «твердое ядро» принципов-постулатов и не будет изъят ни при какой ревизии.

Таким образом, современное естествознание приходит к выводу о том, что все системы, существующие в окружающей нас природе – от микромира до Метагалактики, – имеют фрактальную структуру, то есть обладают дробной размерностью. Возникает, однако, законный вопрос: какой физический смысл имеет, скажем, пространство с дробной размерностью или вообще любой фрагмент с фрактальными свойствами? По мнению Ф. Цицина, это структура пространственно-иерархического типа с постепенно убывающим, но в то же время строго закономерным единообразным «заполнением объема». Пример: крона «зимнего дерева» с опавшими листьями.

А существуют ли в самой природе пространства с дробной размерностью? И мыслимо ли такое пространство вообще? По утверждению Ф. Цицина, такой объект в последние годы, наконец, появился, правда, только в теории. Этот уникальный и пока что единственный объект – сама Большая Вселенная в модели хаотического раздувания, разрабатываемой А. Линде. Она обладает фрактальной природой по «построению» в силу случайного (или, как говорят математики, стохастического) процесса раздувания в пространстве и во времени.

Правда, многое еще остается неясным. Например, мы не в силах представить себе, что могла бы означать дробная размерность времени. Но, видимо, прав был выдающийся физик-теоретик Л.Д. Ландау, заявлявший, что если надо, мы можем понять даже то, что не можем представить…

Хорошо известно, что математика в процессе своего самостоятельного развития, происходящего по законам внутренней логики, так сказать, заблаговременно не раз подготавливала математический аппарат, понятия, методы, алгоритмы и даже целые «исчисления», которые в период своего появления казались чистой воды абстракциями, но затем находили себе важнейшие практические приложения в физике, астрономии и в ряде других точных наук. Достаточно напомнить о теории «конических сечений», разработанной за несколько сотен лет до нашей эры древнегреческим математиком и астрономом, одним из учеников Евклида Аполлонием Пертским и примерно 2 тысячи лет спустя использованной И. Кеплером при формулировании законов движения планет вокруг Солнца. Или о «тензорном исчислении», разработанном Риччи и нашедшем важнейшие применения в современной теоретической физике. Или о теории групп, без которой не обходятся многие физические теории. Или, наконец, о «воображаемой» геометрии Лобачевского, ставшей математической основой обшей теории относительности.

«Нельзя избавиться от ощущения, – отмечал великий физик Генрих Герц, – что математические формулы живут независимой жизнью, что они умнее своих изобретателей, что мы получаем из них больше, чем в них было в свое время вложено».

Поэтому можно считать симптоматичным, что математический аппарат, соответствующий фрактальным представлениям, подготавливался уже на протяжении нескольких сотен лет трудами таких выдающихся математиков, как Лейбниц, Эйлер, Лаплас, Фурье, Лиувиль и Риман. Хотя достаточно полное обобщение этих исследований было достигнуто только во второй половине XX столетия в работах итальянского математика Тарди, а затем независимо А. Летинковым в России и Л. Грюнвальдом в Праге.

В дальнейшем, правда, наступил период «невостребованности» математических достижений в рассматриваемой области. Но у этого факта существуют вполне объективные причины. Дело в том, что долгое время казалось, что такие объекты, системы и процессы, которые требовали бы для своего понимания и описания «фрактального математического исчисления» в окружающем нас мире, отсутствуют.

Пока фрактальная картина мира находится только в стадии становления. Однако уже можно не опасаться того, что «фрактальный математический анализ» и «фрактальные уравнения» останутся и в обозримом будущем без применения, окажутся невостребованными. В свое время английский астрофизик и известный популяризатор науки Джеймс Джине утверждал, что есть творчество математиков, которое никогда не пригодится за пределами самой математики. И в качестве примера он приводил теорию групп, с которой в настоящее время, как мы уже отмечали, связана едва ли не половина современных физических теорий. История науки не раз подтверждала также правоту видного французского математика Т. Эрмита, утверждавшего, что самым абстрактным спекуляциям математического анализа соответствуют реальные соотношения, существующие вне нас, которые когда-нибудь достигнут нашего сознания.

И, наконец, самый главный вопрос: что принесет современному естествознанию дальнейшее развитие представлений о «фрактальной картине мира»? Опыт развития науки убедительно показывает, к какому величайшему прогрессу в наших знаниях о природе приводит обнаружение каких-либо общих черт в различных естественных процессах. Но можно с полным правом утверждать, что за всю историю развития естествознания науке еще никогда не удавалось находить общее в столь многообразных и разнообразных, казалось бы, весьма далеких друг от друга явлениях и процессах, какое было обнаружено с открытием фрактальности.

Поэтому есть все основания ожидать, что уже в недалеком будущем дальнейшее развитие соответствующих идей и получение соответствующей принципиально новой информации об окружающей природе не только заставит нас внести кардинальные изменения в существующую научную картину мира, но и позволит понять глубинную сущность очень многих явлений, о которых до сих пор мы вынуждены судить весьма поверхностно.


Семантическое поле «мэона»


Дальнейшее развитие физической науки позволило обнаружить поистине удивительные факты. Оказалось, что «вакуумы» бывают разные, отличающиеся друг от друга своими свойствами и процессами, которые в них происходят. Например, так называемый хиггсовский вакуум ответственен за то, что различные частицы обладают разными массами. Тем самым получила подтверждение мысль академика Г. Наана о том, что существующий вокруг нас мир материальных объектов представляет собой порождение физического вакуума.

Несколько лет назад известный московский физик и математик Л. В. Лесков высказал предположение о том, что в нашей Вселенной, наряду с миром материальных объектов, существует особая разновидность физического вакуума – «мэон», обладающая свойствами особого «информационного пространства» – «семантического поля» (или «поля смысла»). К сожалению, о конкретных физических свойствах мэона нам пока что известно очень немногое. Тем не менее, опираясь на общие фундаментальные представления современной физики, кое о чем можно догадываться.

Как известно, существуют четыре основных физических взаимодействия: «сильное» или «ядерное», «электромагнитное», «слабое» (связанное с нейтрино) и гравитационное. По своей «силе» эти взаимодействия относятся друг к другу как 1:10-2:10-12:10-39. Однако в масштабах 10-33 сантиметра и 10-43 с. эти взаимодействия сливаются в одно общее «универсальное взаимодействие», пространство перестает быть трехмерным, а время теряет свою однонаправленность.

Фактически единым «пространством-временем» на масштабах, о которых идет речь, является физический вакуум, в том числе и мэон. Поскольку мэон не содержит реальных частиц, в нем не действует второй закон термодинамики, согласно которому в природе должно происходить постоянное обесценение энергии и накопление энтропии. Но поскольку, по мнению многих физиков, именно накопление энтропии определяет однонаправленность времени – «стрелу времени», то в «мэоне» эта «стрела» полностью отсутствует. А следовательно, прошлое и будущее существуют здесь как бы одновременно – синхронно.

Кроме того, не исключено, что мэон свободен и от тех ограничений, которые вытекают из общей теории относительности, в частности, от запрета на передачу физических взаимодействий со сверхсветовыми скоростями. Если это так, то мэон способен передавать информацию со скоростью, намного превышающей скорость света, то есть практически мгновенно.

В 1978 году известный московский физик Н.И. Кобозев высказал предположение, что в атомно-молекулярных структурах нейронных сетей головного мозга человека существует своеобразный вакуум, состоящий из особых сверхлегких частиц – «психонов». Именно эти частицы воспринимают информацию, поступающую из внешнего мира, и передают ее нашему мозгу. В результате этого процесса и возникают такие удивительные явления, как интуиция, озарения и тому подобные феномены. Однако для их реализации необходимо, чтобы в окружающем нас мире существовали источники такой информации, своеобразная среда, способная выполнять функции носителей этой информации.

В настоящее время существует несколько теоретических концепций, описывающих явления, происходящие в физическом вакууме. Одна из них разрабатывается российскими физиками А.Е. Акимовым и Г.И. Шиповым. В ее основе лежит предположение о существовании «абсолютного вакуума», обладающего свойствами кривизны и кручения. Эти ученые изучают так называемые торсионные взаимодействия и торсионные поля, возникающие при вращении и кручении различных материальных объектов. Долгое время считалось, что сила этих полей на много порядков уступает силе других физических взаимодействий. Однако Акимову и Шилову удалось показать, что это представление справедливо только для статических торсионных полей, а поля динамические, возникающие в результате физических процессов, происходящих в физическом вакууме, могут обладать силой, сравнимой с силой электромагнитных взаимодействий, и к тому же такие поля распространяются со сверхсветовой скоростью.


Контуры новой картины мира


(беседа с профессором Л.В. Лесковым)

Автор: Как известно, история науки – это постоянная смена представлений, гипотез и теорий. И обычно этот процесс протекает довольно плавно и постепенно, в результате последовательного накопления и освоения новых фактов, данных экспериментов и наблюдений… Однако время от времени происходит своеобразное «перенасыщение» совокупности знаний (суммы знания) новыми фактами, не укладывающимися в прежние представления о мире новой информацией. И тогда происходят научные революции, которые в конечном счете приводят к кардинальным изменениям существующей научной картины мира.

Насколько мы знаем, вы считаете, что время очередной революции в науке о мироздании уже наступило. И что в настоящий момент в современном естествознании сложилась, образно говоря, «взрывоопасная» ситуация. Накопилось достаточное количество экспериментальной и теоретической информации, которая свидетельствует о том, что очередная революция в этой области современной науки – не за горами. Она еще не произошла, и новая картина мира еще не сформировалась, но, как считают некоторые философы, она будет существенно отличаться от суммы существующих знаний. Но так как очередная новая картина мира будет формироваться в значительной степени в результате «экстраполяции» уже имеющихся знаний, то вполне правомерно уже сейчас, хотя бы в основных, главных чертах, попытаться представить себе, какой она окажется.

Что, по вашему мнению, будет представлять собой новая модель миропонимания?


Лесков: Исходный постулат новой модели миропредставления состоит в том, что в качестве наиболее фундаментального структурного уровня, определяющего всю совокупность свойств Универсума, на мой взгляд, является физический или квантовый вакуум. При этом его свойства проявляются в двух слоях реальности – в мире материальных объектов и в информационном или семантическом (смысловом) поле, носителем которого является особая форма физического вакуума, которую я предложил назвать «мэоном» (мэон – по-гречески означает «отсутствие бытия», «ничто»). Иными словами, речь идет о «бинарном» строении Вселенной. Именно модель «бинарной мэонической Вселенной» и должна составлять основу концепции, которая должна сформировать фундамент новой картины мира. Я бы назвал эту концепцию «ноокосмической» («поо» по-гречески означает «разум»).


Автор: Если мы правильно вас поняли, то речь идет о принципиально новом взгляде на мир, как на единство материи и сознания. Но хотелось бы уточнить, каковы те основные научные проблемы, которые не находят решения в современном естествознании и тем самым требуют формирования принципиально новых взглядов на строение мира?


Лесков: Таких проблем несколько. Остановлюсь на самых главных. Прежде всего это проблемы, связанные с формированием и эволюцией нашей Вселенной, возникшей в результате фазового перехода в физическом вакууме. Можно не сомневаться в том, что со временем физикам удастся построить теорию этого процесса и описать его с помощью соответствующих уравнений. Но возникает принципиальный вопрос, который был сформулирован С. Хокингом: «Что вдыхает жизнь в эти уравнения и создает Вселенную, которую они могли бы описывать?»

Вторая группа проблем связана с так называемым антропным принципом, утверждающим, что фундаментальные свойства нашей Вселенной именно таковы, какими они должны быть, чтобы обеспечить существование и потребности человека. Вероятность того, что подобные уникальные условия могли сложиться случайным образом, ничтожно мала. Это наводит на мысль, что в формировании нашей Вселенной принимало участие некое «сознательное начало».

Не меньше трудностей возникает и при попытке разгадать тайну возникновения жизни и «генетического кода», единого для всей биосферы Земли. Вероятность возникновения случайным образом молекул ДНК столь же мала, как и вероятность случайного возникновения свойств нашей Вселенной!

Еще один комплекс загадочных проблем связан с явлениями человеческой психики, такими как феномен памяти, интуитивные озарения, сверхбыстрый счет в уме, выход индивидуального сознания за пределы соматической капсулы и т. д. А также с тайнами коллективной жизнедеятельности таких общественных насекомых, как муравьи, пчелы и термиты. Не решена и проблема автономии человеческого сознания по отношению к материальным структурам мозга.


Автор: Как следует из ваших слов, все проблемы, о которых вы упомянули, в той или иной степени связаны с активной ролью фактора сознания. Не означает ли это, что пришло время, когда явлением сознания необходимо интересоваться не только психологам, психотерапевтам и физиологам, но и физикам?


Лесков: Действительно, я прихожу к выводу, что следующим чрезвычайно важным шагом теории в области изучения свойств пространства и времени должны стать математические обобщения, включающие фактор сознания. И я не единственный, кто придерживается подобной точки зрения. Так, известный физик-теоретик А. Линде высказал мысль о том, что со знание имеет свои «степени свободы», без учета которых описание Вселенной будет принципиально неполным. Но и этого, по-видимому, еще недостаточно. Как известно, законы биологической эволюции записаны в генетическом коде, в молекулах ДНК. «Но где были записаны законы физики, – ставит вопрос тот же Линде, – когда Вселенной не было?» Я думаю, говорит он, что ключ к построению теории, объединяющей материю и сознание, спрятан в физическом вакууме!


Автор: Вы упомянули о концепции «мэонной Вселенной». Какие представления могут быть положены в ее основание?


Лесков: Две гипотезы. Согласно первой из них, существует такая разновидность физического вакуума как мэон, способная хранить неограниченно большие объемы информации. А вторая – заключается в том, что существуют механизмы информационного обмена между мэоном и различными материальными объектами, в том числе нашим мозгом. Таким образом, мэон – это такая разновидность физического вакуума, которая связана с функцией сознания. Вообще – весь материальный мир – это порождение физического вакуума. Вакуум – есть все, и все – есть вакуум, – утверждал эстонский философ Г. Наан. А известный советский физик-теоретик Я.И. Померанчук говорил, что «вся физика – это физика вакуума».


Автор: Но если мэон является банком информации, то, по-видимому, он как разновидность физического вакуума обладает какими-то специфическими особенностями?


Лесков: Одной из таких особенностей является способность мэона осуществлять, в отличие от всех других искусственных и естественных систем, синтез информации без накопления энтропии. Это связано с тем, что в мэоне не действует второе начало термодинамики, согласно которому все материальные процессы приводят к обесценению энергии и накоплению так называемой энтропии. А отсюда – еще одно весьма важное следствие. Согласно некоторым представлениям, именно накопление «энтропии» определяет существование «стрелы времени». Если нет энтропии, то нет и «стрелы времени». Иными словами, для мэона прошлое, настоящее и будущее как бы синхронны. Между ними нет семантического различия!


Автор: Не этим ли объясняются эффекты ясновидения, о которых немало говорится и пишется? Если индивидуальное сознание некоторых людей способно получать информацию из семантического пространства мэона, то ведь в нем хранятся сведения и о будущем.


Лесков: По этому вопросу пока трудно сказать что-либо определенное.


Автор: Но отсутствие «стрелы времени» означает также, что нет ни начала, ни конца, ни каких-либо изменений, вообще нет движения. Невольно рождается образ застывшей и неизменной вечности.


Лесков: Это совершенно не так. Физический вакуум, включая мэон, буквально «кипит». В нем происходят бесчисленные флюктуации и фазовые переходы, которые могут приводить к возникновению «из ничего» миров, подобных нашей Вселенной.


Автор: Насколько я понимаю, необычные свойства мэона свидетельствуют о том, что к нему неприменимы закономерности общей теории относительности. Что из этого следует?


Лесков: Следует ожидать необычных эффектов. Например, передачи информации со скоростями, на много порядков превышающими световую, а также «считывания» информации из прошлого, будущего, а также из отдаленных пространственных областей. Возможно, именно этими эффектами и объясняются такие явления, как, ясновидение и проникновение мысленным взором на значительные расстояния.


Автор: Вернемся к вопросу о взаимосвязи материи и сознания. Хотелось бы уточнить, что представляет собой сознательная деятельность человека, что является ее содержанием, всех ее форм? Каковы основные функции сознания?


Лесков: Эти формы и функции сводятся к различным операциям с информацией. К ним относятся получение информации извне, в том числе и интуитивное, ее запоминание и обработка. Это и свободная игра воображения, и взаимодействие с программами, закодированными в подсознании. И, наконец, заключительный этап – выдача новой информации вовне и сигналов к действию.


Автор: Но судя по тому, что известно современной науке, человеческое сознание не единственный существующий в природе «оператор информации»?


Лесков: Да, многими функциями оператора информации обладает, например, машинный интеллект, а некоторыми даже элементарные частицы. Вообще можно утверждать, что способность синтеза информации является универсальным свойством всех материальных объектов. Но полным набором функций получения и обработки информации, по-видимому, обладает только человеческое сознание. Можно сказать, что мозг – это универсальный «оператор смыслов» или биокомпьютер. Именно это обстоятельство открывает возможность обобщения мэонной модели Вселенной, включения в нее фактора сознания. Это дает право говорить о формировании нового естественно-научного направления – мэоники, или ментальной физики (mental – по-английски означает «психический», «умственный»).


Автор: Очевидно, в рамках этого нового научного направления могут быть предприняты попытки создания моделей таких психических и парапсихологических явлений, которые не удается объяснить в рамках традиционной науки?


Лесков: Коллективное бессознательное, концепция которого сформулирована К. Юнгом, может быть истолковано как комплекс наследственных «кодов» или «фильтров», обеспечивающих автоматическое «взвешивание» информации, поступающей в мозг непосредственно из семантического пространства мэона. Похожим комплексом наследуемых-генетических кодов могут обладать и общественные насекомые.


Автор: Как известно, современная психология утверждает, что каждый человек при рождении получает некоторый ресурс способностей, дальнейшая реализация которых зависит от воспитания и среды. Соотносится ли подобная точка зрения с вашей концепцией?


Лесков: С одним уточнением. Наследуемый ресурс – не что инее, как «базовый набор мэоновых «кодов» и «ключей», открывающих «доступ» в информационную «библиотеку» семантического поля мэона. При этом в результате обучения и автотренинга человек может развить свои природные способности и пополнить набор кодов, которыми владеет.


Автор: Не значит ли это, что несходство внутреннего мира разных людей как раз и объясняется разнообразием наборов мэоновых кодов и фильтров, полученных по наследству?


Лесков: Я считаю, что в этом несходстве – величайший источник творческих порывов и гарантия непрерывности эволюции человеческого рода. А всякая унификация и стандартизация человеческих качеств – прямая дорога в эволюционный тупик. Вместе с тем я рискну утверждать, что никакой личной памяти не существует вообще, подобно тому как нет источника энергии на борту электровоза. Вся необходимая информация хранится в семантическом поле мэона. А доступ к этой информации человек может получать практически мгновенно, если располагает необходимым набором кодов. Этим механизмом может, в частности, объясняться явление интуиции. А, согласно Бергсону, «абсолютное знание может быть дано только в интуиции, тогда как все остальное открывается в анализе». Но анализ – это операция, которая сводит предмет к уже известным элементам. Между прочим, из этого следует, что искусственный интеллект никогда не достигнет уровня естественного, поскольку машинному интеллекту интуиция принципиально недоступна!

Эйнштейн, Пуанкаре, Менделеев, Кекуле и многие другие ученые подчеркивали, что все великие открытия хотя и происходят после большой предварительной работы, но путем внезапного озарения, интуиции. Исходя из модели мэонической Вселенной можно высказать гипотезу: интуиция – это не что иное, как прорыв индивидуального сознания к смыслосодержащему потенциалу мэона.


Автор: В публикациях, посвященных парапсихологическим явлениям, описываются и такие необычные эффекты, как реинкарнация, переселение душ и тому подобные явления. Вероятно, к объяснению этих явлений также можно подойти с позиций мэонной концепции? В частности, одной из самых волнующих проблем, связанных с человеком, является вопрос о том, что происходит с ним, точнее, с его «я», после смерти? И раньше многие видные философы придерживались мнения, согласно которому у каждого человека есть «бессмертная душа», продолжающая существовать и после того, как он покинет этот мир. А великие мудрецы древности Платон и Пифагор считали, что происходит так называемое переселение душ, то есть душа умершего человека со временем вселяется в тело другого живого существа. Особый интерес к этой проблеме возник после выхода в свет книги врача и психолога Р. Моуди «Жизнь после смерти». Автор опросил несколько десятков человек, перенесших состояние клинической смерти. Многие из них утверждали, что, находясь в коматозном состоянии, они покидали свое тело и могли со стороны наблюдать, как вокруг них хлопочут врачи. Лично мне также приходилось беседовать с некоторыми людьми, пере несшими клиническую смерть, и они рассказывали приблизительно то же самое. Что можно сказать по этому поводу с точки зрения мэоновой концепции?


Лесков: Действительно, следует признать, что существует ряд документально зафиксированных случаев так называемой реинкарнации, то есть перевоплощения умершего человека в другого, живущего на Земле. Специалисты Бенгалорского института психического здоровья и невропатологи разных стран (в основном Индии) собрали материалы о 250 подобных случаях. То маленький мальчик «вспомнит», как его сожгли на погребальном костре, и расскажет об этом подробности, которых ребенок никак не может знать. То девочка начинает уверять всех, что она не Луранси Ваннет, а Мэри Рофф, и в подтверждение этого сообщит имена всех родственников этой Мэри, что окажется совершенно верным… И так далее, и тому подобное…


Автор: Однако, насколько мне известно, информация, имеющаяся в распоряжении науки о явлениях реинкарнации, неточна и неопределенна и носит в основном косвенный характер, поскольку целиком основывается лишь на свидетельствах «очевидцев».


Лесков: Но существуют и весьма достоверные, с точки зрения науки, сообщения о явлениях, сходных с этим феноменом. Я имею в виду необычные опыты московского психолога и гипнотизера В. Райкова. Он пытался под гипнозом добиться перевоплощения пациента в другую личность. Например, он внушал одному испытуемому, что тот – известный американский шахматист начала века Пол Мэрфи. И хотя испытуемый ничего не знал о Мэрфи, во время сеанса у него проявились незаурядные способности шахматиста. Эксперимент проводился в присутствии М. Таля, который засвидетельствовал, что эти способности по крайней мере на «два разряда» превосходят его собственный уровень.

В других опытах Райкова речь шла не о перевоплощении в какого-то конкретного человека, а испытуемому внушали, что он художник или танцор и даже в том случае, если он был совершенно лишен соответствующих способностей, испытуемый начинал совсем неплохо рисовать или танцевать. На мой взгляд, эти и другие подобные факты требуют достаточно серьезного отношения. Отмахнуться от них как от выдумки – легче всего.


Автор: Нельзя ли подойти к объяснению этих и других подобных им явлений с позиций концепции мэонической Вселенной?


Лесков: Можно, если в число операций, выполняемых сознанием, действительно входит и непосредственное взаимодействие с информационным пространством мэона. В таком случае, согласно новой теории, наше сознание, обусловленное мэонным уровнем реальности, должно обладать поистине чудесной властью над пространством и временем.

Человеческое «Я» существует в материальном мире и живет во времени. Однако через мэоновые каналы связи мы можем получить доступ в смыслосодержащий потенциал такого информационного пространства. Эти каналы могут служить и для установления казавшихся прежде невероятными контактов между людьми – через бездны пространства и времени.

Преимущество мэонической модели состоит в том, что она позволяет «снять» противоположность материи и дознания, материального и идеального.


Автор: Но позволяет ли эта модель разобраться в том, что именно представляет собой реинкарнация? Какова ее природа?


Лесков: Рассмотрим типичный случай реинкарнации, как он описан индийскими учеными, и попытаемся истолковать его в рамках мэонической модели. В момент, когда человеку, находящемуся в расцвете сил, угрожает внезапная гибель, все силы его организма мобилизуются. Предельно активизируется деятельность мозга. Это может вызвать мощный импульс, который поступает в мэоновые каналы связи и через посредство мэоновых структур может быть воспринят как угодно далеко от места происшествия и в совершенно другое время, причем не только в будущем, но и в прошлом. Перевоплотиться в ушедших веках – это звучит еще фантастичнее, чем любые традиционные рассказы о реинкарнации.

В рамках мэонической модели можно предсказать и такой парадоксальный эффект, как неоднократные или «параллельные» перевоплощения. Известно, что в Тибете в процессе многовековой практики отработана сложная «ритуальная технология», позволяющая отследить длинную череду последовательных возвращений в жизнь одних и тех же заслуженных человеческих сущностей. Быть может, здесь как раз и проявляется мэоновый эффект, о котором идет речь.


Автор: Вернемся, однако, к мэоновому импульсу, содержащему «след» психики умершего человека. Что с этим импульсом произойдет в дальнейшем?


Лесков: Предположим, что этот импульс, содержащий набор сведений о чужом «Я», получит ребенок, психика которого еще не вполне сформировалась. Он невольно отождествит себя с той индивидуальностью.


Автор: И что дальше?


Лесков: Можно предположить, что по мере того, как собственная индивидуальность ребенка будет укрепляться, «отблеск» чужеродной личности бесследно исчезнет из его сознания.


Автор: А как быть с перевоплощением под гипнозом в шахматиста Мэрфи?


Лесков: Я думаю, что этот опыт был поставлен недостаточно «чисто». Все дело в том, что при этом присутствовал такой выдающийся шахматист, как Михаил Таль. А он, конечно, многое знал и о самом Мэрфи и о его игре. И то, что произошло, объяснялось не «перевоплощением» испытуемого, а скорее всего телепатией, то есть подключением Таля к мыслительному потенциалу пациента. Разумеется, и в этом случае, по всей вероятности, работали мэоновые каналы передачи информации.


Автор: Не кажется ли вам, однако, что мэоновая модель реинкарнации несколько суха и прозаична? По существу, она означает отказ от таких романтических образов, как душа, покидающая бренное тело и устремляющаяся в царство бестелесных духов, как возможность общения с этими духами и тому подобные представления?


Лесков: Но ведь не перестали же мы с радостью встречать восход Солнца после того, как выяснилась правота Коперника. Пусть мэоновая модель реинкарнации и выглядит достаточно прозаично, но зато она конструктивна и позволяет предложить научную концепцию феноменов самопроизвольного и направленного перевоплощения личности. Хотя пока только качественную…

Но самое важное состоит в том, что «самоидентификация» возможна после утраты собственного тела, причем даже спустя многие годы после того, как это произошло. В частности, можно всерьез поставить задачу «пересадки» психомэонового дубликата индивидуального «Я» из собственного тела на другую материальную структуру. Этой другой структурой может, например, послужить мозг иммунночистого организма, выращенного методом клонирования из собственной клеточной ткани человека. Нельзя исключить и другое инженерное решение – использование искусственно сконструированной биоэлектронной или биомеханичекой системы, проще говоря – киборга. Независимо от того, какой способ будет выбран, это означает, что в случае утраты своего тела – вследствие неизлечимой болезни, старения или аварии – человек обретает надежду получить новое тело и избежать таким образом смерти и небытия.


Автор: Но возвратимся к проблемам более общим… Если способность синтеза информации является универсальным свойством всех материальных объектов, то можно предположить, что в природе существуют и универсальные каналы поступления информации в материальный мир из семантического пространства мэона.


Лесков: По-видимому, это так. И поступающая по этим каналам информация формирует «вектор эволюции». В свое время ученик и последователь Вернадского Тейяр де Шарден задавал вопрос: «Что за особая энергия заставляет развиваться Универсум по своей главной оси в менее вероятном направлении все более высоких форм сложности и внутренней сосредоточенности?» Я думаю, теперь мы можем дать ответ на этот вопрос: вектор эволюции материального мира формируется под действием «давления семантического потенциала» мэона. Здесь содержится и ответ на вопрос, поставленный Линде, – о том, где были записаны законы нашей Вселенной и программа ее эволюции до того, как она образовалась. Вся необходимая информация была закодирована в мэоне.


Автор: Похоже, что с давлением семантического поля мэона связаны и некоторые экологические проблемы, в частности, нежелательные последствия антропогенного воздействия человечества на биосферу.


Лесков: Устойчивость биосферы как сложной самоорганизующейся системы непосредственно связана с известным принципом Ле Шателье – Брауна, согласно которому при внешних воздействиях, способных вывести материальную систему из состояния равновесия, в этой системе развиваются процессы, ослабляющие эффект внешнего воздействия. Нельзя исключить, что решающую роль в подобном механизме играет давление мэона. Однако принцип Ле Шателье – Брауна действует лишь при том условии, что интенсивность внешнего воздействия не превосходит некоторой критической величины. Согласие существующим расчетам, предельная величина антропогенных возмущений не должна превышать 1% от полной производительности биосферы. Между тем в настоящее время она уже достигла 10%.

И если бездумное насилие человечества над биосферой будет продолжаться, то она, в соответствии с принципом Ле Шателье – Брауна, способна на ответную реакцию с весьма нежелательными последствиями.


Автор: Попытаемся подвести некоторые итоги. Если мэонная концепция себя оправдает, то какие практические выгоды сможет извлечь человечество в результате применения соответствующих «мэонных технологий»?


Лесков: Похоже, что колоссальные!


Минус-материя


(беседа с доктором физико-математических наук B.C. Барашенковым)

Автор: Как известно, в свое время Поль Дирак, пытаясь объединить квантовую механику с теорией относительности, обнаружил, что полученные им уравнения имеют решения с отрицательной массой и энергией. Что произошло в этой области теоретической физики в дальнейшем?


Барашенков: Вскоре после этого теоретикам удалось преобразовать теорию относительности таким образом, что подобные решения стали «ненаблюдаемыми», так сказать, ушли в «физическое подполье». Однако идея «минус-вещества» полностью не умерла. Я бы сказал, что она подобно призраку до сих пор продолжает «маячить» на «краях теории». Во второй половине XX столетия появились любопытные работы английского физика Роберта Форварда, вновь посвященные интригующей загадке отрицательных масс. Изучая взаимодействия тел с положительными и отрицательными массами, он пришел к теоретическому заключению, что не существует никаких противоречий между идеей «минус-материи» и известными законами физики, а также правилами логики.


Автор: Но где эта «противоположная» форма материи может реально существовать?


Барашенков: По мнению Р. Форварда, не исключено, что в условиях только что родившейся, еще совсем юной Вселенной, – «плюс» и «минус-материя» были беспорядочно перемешаны. Но в последующем под действием гравитации положительная материя сгустилась в планеты, звезды и галактики, а отрицательная, отталкиваясь от положительных объектов, образовала огромные «дыры-пустоты» в пространстве Вселенной. Не исключено, что именно этим и объясняется необычное распределение вещества в Метагалактике, похожее на гигантские «соты» с пустыми ячейками, заполненными «минус-материей» и ограниченными «стенками» из «плюс-материи».


Автор: Но разве сотовая структура не находит вполне удовлетворительное объяснение в гипотезе «космических струн»?


Барашенков: Представление о космических струнах – пока тоже только гипотеза. В космосе подобных объектов пока тоже никто не наблюдал. К тому же многие теоретики считают, что струны весьма неустойчивы в космических масштабах и быстро разрываются на мелкие куски. Так что вполне вероятно, что гипотезы космических струн окажется недостаточно для объяснения столь грандиозного явления, как формирование сетчатой структуры мира.

Несомненный интерес представляет собой и еще один вывод Форварда. Согласно существующим представлениям, наше Солнце представляет собой гигантский природный термоядерный реактор, в недрах которого протекает термоядерная реакция синтеза гелия из водорода. Однако наблюдения недавнего времени показали, что в этом случае Солнце должно было бы испускать значительно большее количество нейтрино, чем фактически наблюдается. Это означает, что одних только термоядерных реакций недостаточно, чтобы объяснить фактический выход солнечной энергии. Поэтому Форвард высказывает предположение о том, что, быть может, у Солнца имеется некий «дополнительный» источник энергии, неизвестный современной науке. И что таким источником может оказаться «поток» «минус-материи», идущий из мировых глубин.


Автор: Но существует ли «минус-материя» вообще? Есть ли факты, свидетельствующие в пользу подобной гипотезы?


Барашенков: Вполне возможно, что в нашей Вселенной ее нет и искать ее здесь – бесполезно. По той же самой причине, по которой в ней отсутствуют и объекты, состоящие из антивещества – антипротонов и позитронов (антиэлектронов).

Кстати, это обстоятельство тоже долгое время оставалось загадочным, пока академик А.Д. Сахаров не обратил внимание на то, что античастицы при очень высоких температурах вступают в реакции значительно чаще, «охотнее», чем частицы. И поэтому в бурных физических процессах, происходивших на ранних стадиях Вселенной, они «выгорели» без остатка. Возможно, что по аналогичной причине не сохранилось до нашего времени и «минус-вещество».

При этом особенно поразительно, что существование «плюс» и «минус-материи» само по себе не противоречит ни законам физики, а также ни одной из фундаментальных физических теорий. И тем не менее «минус-материя» ничем себя не проявляет, не обнаруживает. Возможно, это объясняется тем, что в наших знаниях о природе и ее законах есть какая-то брешь…


«Тень» Вселенной


На протяжении ряда столетий физическая теория была тесно связана с опытом, с экспериментом, образно говоря, следовала «по их пятам». Однако к настоящему времени все как бы «перевернулось» – лидирующее положение прочно заняли теоретические исследования. А эксперименты, как правило, либо подтверждают, либо опровергают, либо корректируют генетические предвидения. И есть такие области природных явлений, в которые эксперимент на современном уровне наших знаний не в состоянии проникнуть. К их числу относятся, например, ультрамалые области пространства или предельно большие интервалы «пространства-времени». Разумеется, теоретические представления о явлениях и процессах, происходящих в этих областях, не вполне однозначны и не отражают с достаточной степенью достоверности свойства реальности. А некоторые из них настолько экзотичны и необычны, что граничат с фантастикой. И тем не менее – это не просто безответственная фантазия. Ибо эти теоретические конструкции имеют в своей основе физические принципы и представления, которые согласуются с экспериментальными данными в области хорошо изученного круга явлений. Вопрос в том, насколько правомерно их распространение (экстраполяция) на область неизвестного.

При этом есть надежда на то, что благодаря всеобщей взаимосвязи и взаимозависимости явлений природы рано или поздно удастся даже самые «сумасшедшие» теоретические построения проверить экспериментально – либо непосредственно, либо путем сравнения их следствий с косвенными результатами.

Одним из таких «безумных» теоретических предположений, которое в то же время представляет собой одно из следствий теории «суперструн», является представление о существовании так называемой теневой Вселенной. Согласно этой гипотезе, наша Вселенная на каком-то этапе своей эволюции «расщепилась» на две взаимно проникающие друг в друга половины, которые совпадают всеми своими точками, но очень слабо связаны друг с другом. А может быть, они образовались одновременно из двух разных форм или видов материи. Таким образом, каждая из этих Вселенных является как бы своеобразной «тенью» другой. Они пронизывают друг друга, словно гравитационные «призраки», и не исключено, что мы, живя где-либо в Европе или в Азии, находимся в то же самое время на дне океана или среди горных вершин «теневой Вселенной», а вокруг нас плавают или бродят тени ее обитателей…

Некоторые в высшей степени абстрактные и плохо исследованные обобщения теории относительности свидетельствуют о том, что в первичной флюктуации физического вакуума Вселенная могла расщепиться на две «половины», вещество которых хотя и во всем подобно одно другому, но вещество, заполняющее одну «половину Вселенной», взаимодействует с веществом другой ее «половины» только благодаря гравитации.

Как утверждает теория, это взаимодействие должно сказываться на поведении двойных звезд и, следовательно, в принципе может быть обнаружен» в ходе астрономических наблюдений.

Кроме того, взаимодействие между «соседствующими» мирами должно определенным образом влиять на величину масс космических объектов. И если измерять массу, скажем, нашей планеты, разными способами, наблюдая за движением искусственных спутников Земли и гравиметрическими и сейсмическими методами, то полученные значения должны отличаться друг от друга. Такие различия действительно обнаружены, однако делать далеко идущие выводы пока еще рано, так как несовпадение результатов измерений, о котором идет речь, может объясняться не воздействием «теневого мира», а неучтенными ошибками наблюдений.

Однако есть один факт, который может служить указанием на то, что в нашей Галактике «теневого вещества», быть может, содержится достаточно много. Дело в том, что определенная на основе астрономических данных величина ее гравитационной массы намного превосходит массу ее светящегося вещества. И нельзя исключить, что именно «теневая материя» и является так называемой скрытой массой, загадка которой так волнует современных исследователей Вселенной.

Между прочим, не исключено, что расщепление Вселенной на «нашу» и ее «теневую» части было каким-то образом связано с существованием «плюс» и «минус» материи. Но может быть, все объясняется и совершенно иначе…

В «теневом мире» действуют те же самые физические законы, что и в нашем. Однако это обстоятельство вовсе не обеспечивает и одинаковости существующих в них физических условий. Ведь при одних и тех же физических законах очень многое зависит от конкретных обстоятельств, в которых они действуют: пример – различие физических условий на разных планетах Солнечной системы.

Возникает ряд увлекательных проблем. Если все обстоит именно так, как только что было описано, и в «теневом мире» есть разумные обитатели, то нельзя ли установить с ними контакт? Оказывается, в принципе это возможно, поскольку чувствительные детекторы могли бы фиксировать гравитационные излучения. А с помощью передатчиков и приемников гравитационных волн такие излучения можно было бы передавать в «теневой мир», а следовательно и определенную информацию. К сожалению, современные наука и техника пока что соответствующей аппаратурой не располагают, хотя работы над ее созданием ведутся во многих лабораториях мира.

Между прочим, творец кибернетики Норберт Винер мечтал о том, что со временем появится возможность с помощью специальной сверхчувствительной аппаратуры записывать полную информацию о физическом, физиологическом и психическом состоянии того или иного человека и передавать эту информацию на любые расстояния, в том числе и космические, с тем чтобы восстанавливать с ее помощью в точке приема такого же точно человека, ничем не отличающегося от оригинала. Это – один из способов тех «нуль-транспортировок», которые описаны фантастами во многих произведениях, посвященных космическим полетам.

И еще один волнующий вопрос. Нельзя ли в случае реального существования «теневого мира» каким-то образом зарегистрировать присутствие в окружающем нас пространстве «теневой материи»? Здесь вся надежда на гравитационные силы, которые ничтожно слабы в области микроявлений и в обычном макромире, но колоссальны в пространстве мегакосмоса. И если «теневой мир» реально существует, то его гравитационное поле должно каким-то образом проявлять себя. В то же время расчеты приводят к заключению, что в целом «теневого вещества» во Вселенной по крайней мере в несколько раз меньше, чем обычного. Хотя в отдельных регионах его могло накопиться намного больше. Как показывают вычисления, если бы «теневой материи» в Солнце было столько же, сколько обычной, то его светимость была бы в 5 раз выше. Наблюдения показывают также, что его почти нет и внутри Земли, во всяком случае «теневая материя» может присутствовать в глубинах нашей планеты только в весьма незначительных количествах.

Однако не исключено, что «теневая материя» может составлять определенную часть той загадочной «скрытой массы», о которой мы подробно рассказывали в одной из предыдущих глав.


Энергия из… физического вакуума


Ученые уже давно обсуждают вопрос о возможности извлечения энергии из внешней, окружающей среды. В этом отношении весьма интересны идеи, которые развивал один из создателей радиолокации советский ученый доктор физико-математических наук П.В. Ощепков. Их суть состоит в том, что в природе происходит не только рассеяние энергии, но и ее концентрация. Эти идеи были изложены в монографии «Можно ли использовать энергию окружающей среды?», завершенной Ощепковым в конце 1943 года. Он назвал этот процесс «энергоинверсией». Идеи эти были положительно восприняты Президентом АН СССР академиком С. И. Вавиловым, а также одним из руководителей Академии академиком И.П. Бардиным.

Уже в послевоенные годы Ощепков написал еще одну монографию на эту тему, в которой он математически и физически показал, что при выполнении определенных условий можно с помощью специальных устройств получать электрический ток непосредственно из окружающей среды.

Таким образом, речь идет о вполне реальной возможности использования принципиально нового возобновляемого источника энергии – энергии, рассеянной в окружающей среде, то есть в атмосфере, воде, земле и вообще везде во Вселенной.

Расчеты показывают, например, что если бы удалось позаимствовать у земного шара энергию, эквивалентную понижению его температуры на 1 градус, мы получили бы количество энергии, в миллиарды раз превосходящее годовую выработку энергии всеми электростанциями мира.

Интересно отметить, что проблему извлечения энергии из внешней среды активно развивал и К.Э. Циолковский. «Эти идеи, – писал он, – новы или по крайней мере не в моде. Напротив, модны идеи о тепловой смерти Вселенной и равномерном рассеянии энергии. Но если не будем свободно высказывать новые мысли, то наука не будет идти вперед».

К.Э. Циолковский немало сделал для обоснования своей гипотезы о круговороте энергии в природе. «Это противоречит учению об энтропии, – писал он. – Однако наша гипотеза, противоречащая энтропии, не противоречит природе…» «Обратимость явлений, – утверждал Циолковский, – подтверждает вечную юность Вселенной и даст… великие технические перспективы сосредоточения энергии…»

Но теперь мы знаем, что окружающая среда – это не только атмосфера, вода, земля и космическое пространство, заполненное различными видами материи, но и физический вакуум. И, судя по всему, именно физический вакуум представляет собой настоящую «сокровищницу», в которой хранятся практически неисчерпаемые запасы энергии.

В немецком журнале «Пространство и время» была опубликована серия статей, посвященных описанию удивительных опытов, продемонстрированных инженером-изобретателем Д. Сэрлом с вращающимися дисками, составленными из специальным образом сконструированных магнитов. Раскрученные до некоторой определенной скорости, диски Сэрла затем начинали вращаться сами по себе без видимых источников энергии и в конце концов стремительно взмывали вверх. При этом, согласно свидетельствам очевидцев, края дисков сильно разогревались и начинали светиться, а на месте старта оставались вырванные комья земли.

Если допустить, что все, о чем написано в немецком журнале, соответствует действительности, то невольно возникает предположение о том, что английскому инженеру удалось найти неизвестный способ аккумуляции энергии из окружающей среды, а, возможно, из физического вакуума. К сожалению, дальнейшие события развивались в полном соответствии с фантастическими аналогами: в результате неблагоприятного стечения обстоятельств диски Сэрла были уничтожены, а здоровье самого изобретателя настолько ухудшилось, что он уже не может никому ничего рассказать и помочь восстановить свои удивительные устройства…

Но как бы там ни было, проблема использования энергии вакуума настолько важна и сулит такие грандиозные перспективы, что ею стоит заниматься всерьез, даже в том случае, если она на уровне наших современных знаний представляется абсолютно неразрешимой. Тем более что сообщения, вселяющие определенные надежды, в научной печати время от времени появляются. Так, несколько лет назад в 20 томе еженедельника «Электрикал Индия», а также в нескольких индийских журналах были опубликованы сообщения об удивительном изобретении индийского инженера, сотрудника одной из индийских АЭС. Подобно дискам Сэрла, в них тоже использованы магниты и вращающиеся детали. К сожалению, дальнейших сообщений об этом изобретении не последовало. Тем не менее, поскольку мы теперь знаем, что физический вакуум не просто «пустота», а особая материальная среда, богатая внутренними движениями, попытки извлечения из вакуума энергии уже не выглядят как очередные и заведомо ошибочные попытки изобретения вечного двигателя.

О подобной возможности говорит и открытие, сделанное еще в конце 1940-х годов голландским физиком Казимиром. Уже из второго закона Ньютона каждому школьнику хорошо известно, что если на тело действует сила, сообщающая ему ускорение, то существует либо другое тело, либо некоторое физическое поле, которое является носителем этой силы. Но ведь подобное представление основано на законах классической физики, которая во многих отношениях оказалась несостоятельной.

И действительно, известны случаи, когда силы возникают буквальным образом из «пустоты», иными словами, когда «пустое пространство» оказывает определенное воздействие на погруженные в него тела. К такому выводу и пришел Казимир, на основе расчетов, выполненных в ходе исследования энергии квантовых флюктуации, в промежутках между двумя параллельными пластинами.

Согласно одному из мифов Древней Греции, богиня Афродита родилась из морской пены у побережья острова Кипр – то есть фактически почти из «ничего». Когда современные физики утверждают, что пары частиц, например пары частиц из «плюс» и «минус» вещества, могут рождаться из физического вакуума, то их суммарная энергия, импульс и электрический заряд, так же как и все другие параметры – равны нулю. Таким образом, при своем рождении подобные пары не нарушают никаких законов сохранения. А это и значит, что они возникают из «ничего». Следовательно, и проблема извлечения энергии из «ничего», то есть из физического вакуума – задача вполне реальная.

Об этом же говорят и некоторые весьма интересные исследования так называемого торсионного излучения и разработки торсионных технологий.


Торсионное излучение


Опыт изучения природных явлений, в первую очередь в области физики, убеждает в том, что любые изменения, происходящие в окружающем мире, неизбежно вызывают те или иные следствия. Так, появление каких-либо масс приводит к возникновению полей тяготения – гравитационных полей, а движение электрических зарядов – к образованию электромагнитных полей. Однако научное описание различных явлений всегда носит в той или иной степени идеализированный характер. Учитываются только наиболее существенные изменения, а те, которые оказывают на происходящее сравнительно незначительное влияние, во внимание до поры до времени не принимаются.

Общая теория относительности А. Эйнштейна позволила обнаружить тесную связь между геометрией пространства и силами тяготения, гравитацией. Ученые предпринимали многочисленные попытки геометризации и других физических полей. В 1922 году французский математик Э. Картан обратил внимание на особую роль еще одной геометрической характеристики – «кручения» пространства, то есть искривления пространства, вызванного вращением.

Хотя в своей повседневной жизни мы почти не обращаем на это внимания, одним из наиболее распространенных типов движения в окружающей нас действительности является вращение. Собственным осевым вращением обладают Солнце и звезды, а также планеты. Земля вместе с другими планетами обращается вокруг Солнца – это тоже вращательное движение. Звезды обращаются вокруг центра нашего звездного острова – Галактики. Вращаются и огромные воздушные массы в атмосфере нашей планеты, образуя циклоны, антициклоны и смерчи. Вращается вода в водоворотах и излучинах рек. Вращение является универсальным свойством не только космических объектов, но и микромира. Подавляющее большинство элементарных частиц тоже вращается, обладает так называемым ненулевым спином. А электроны, подобно планетам, обращаются вокруг атомных ядер.

В связи с этим возникли две задачи. Во-первых, построить теорию, способную описать соответствующий круг явлений, и, во-вторых, создать генераторы и приемники торсионного излучения. За решение первой из них взялся молодой московский физик Г.И. Шипов. На первых порах это занятие представляло собой своеобразное научное хобби, поскольку до недавнего времени в официальные планы научных учреждений проблемы, связанные с изучением «вращения», не включались. И только в 1989 году в Москве была создана специализированная научная организация для исследования торсионной проблемы. Ее руководителем был назначен известный физик-экспериментатор А.Е. Акимов. В настоящее время эта организация преобразована в Международный институт теоретической и прикладной физики. В рамках этой организации Г. Шипов получил возможность продолжать свои теоретические исследования, итогом которых явилась научная монография «Теория физического вакуума».

Дальнейшее развитие этой теории привело к предсказанию принципиально новых физических эффектов, связанных с кручением, или, что то же самое, с вращением. Эти эффекты стали называть «торсионными», а физические поля, которые при этом возникают, – «полями кручения» или «торсионными полями».

В настоящее время существуют несколько теоретических концепций строения физического вакуума. Одна из них разрабатывается московскими физиками А.Е. Акимовым и Г.И. Шиповым. В ее основе лежит предположение о существовании «абсолютного вакуума», обладающего свойствами кривизны и кручения.

На протяжении довольно долгого времени существовало представление о том, что торсионные воздействия по своей силе примерно в 30 раз уступают гравитационным. А это означало, что если торсионные эффекты реально и существуют, то они не могут внести сколько-нибудь ощутимый вклад в наблюдаемые явления. Однако Акимов и Шипов показали, что вывод о слабости торсионных взаимодействий относится только к статическим торсионным полям, которые порождаются вращающимися источниками без излучения. Однако подобные представления неприменимы к вращающимся источникам с излучением (динамическое вращение). Ученые получили ряд экспериментальных результатов, которые не находили объяснения в рамках известных науке физических взаимодействий и которые скорее всего как раз и представляют собой проявления торсионных эффектов.

Оказалось, что динамическое торсионное излучение способно создавать весьма сильные поля. Это подтвердилось и в процессе дальнейшего развития теории «физического вакуума»…

Интересно отметить, что на торсионные поля в физическом вакууме не распространяется «запрет» теории относительности о невозможности сверхсветовых скоростей. Не менее важно и то, что торсионное излучение способно переносить ценнейшую информацию. А поскольку генераторами такого излучения практически являются любые объекты – ведь любые материальные тела состоят из микрочастиц, для которых вращение – практически универсальное свойство, то торсионные поля могут стать источником всеобъемлющей информации об окружающем мире.

Что же касается приемников торсионного излучения, то одним из них в принципе может служить фотоэмульсия. Поэтому на любом фотоснимке, помимо видимого изображения, незримо присутствуют еще и следы торсионного излучения.

Есть основания предполагать, что «фиксаторами» торсионного излучения могут быть не только фотоэмульсии, но и практически любые материалы, подвергшиеся облучению торсионными волнами. И если когда-нибудь удастся найти способ извлечения и расшифровки подобной информации, накопленной, быть может, на протяжении целых тысячелетий, открылись бы поистине удивительные возможности решения очень многих задач в самых разных областях человеческой деятельности. И не только в криминалистике, но и в уточнении подлинного характера многих исторических событий, а также в понимании явлений, происходивших в глубинах Вселенной и в жизни нашей планеты.

В области изучения торсионных взаимодействий есть одно весьма любопытное направление, которое пока еще не вышло за рамки поисковых исследований и границы научных лабораторий, но тем не менее уже не является чисто теоретическим и даже приносит вполне реальные практические результаты.

Речь идет о создании устройств, принципы действия которых выходят за пределы представлений и принципов классической механики. Так, например, с точки зрения этой науки считается, что если на тело не действуют никакие силы – внешние или внутренние, то никакими внутренними перемещениями масс его нельзя привести в движение. Образно говоря, самого себя вытянуть за волосы из болота абсолютно невозможно…

Однако оказалось, что из этого правила все же бывают исключения. Еще в 1934 году была создана довольно простая установка – небольшая тележка размером 10х20 сантиметров, на поверхности которой осуществлялось встречное движение вращающихся маховиков, насаженных на общую ось. . Их вращение было неравномерным: оно то ускорялось, то тормозилось, но за счет этого вращения, то есть за счет действия сугубо внутренних сил, тележка приходила в поступательное движение. Кстати, на этой основе московским физиком-теоретиком Г. Шиповым была предпринята попытка построения новой механики с учетом возможностей и особенностей вращательного движения, механики, которая является обобщением механики Галилея, Ньютона и Эйнштейна.

К этому же направлению относятся и эксперименты с необычными энергетическими устройствами и установками. Судя по публикациям как отечественным, так и зарубежным, в настоящее время в мире существует больше 20 устройств – тепловых, электрических и магнитных, различной конструкции, которые своим существованием демонстрируют некое чудо: они обладают коэффициентом полезного действия (КПД) от 200 до 500%.

Одна из таких установок, сконструированная доктором технических наук Потаповым из Кишинева и запатентованная как у нас, так и за рубежом, с КПД от 120 до 400%, изготовляется целым рядом организаций, в том числе НПО «Энергия». И это несмотря на то, что даже из курса школьной физики известно, что КПД вообще не может превосходить 100%.

Но если установка является «открытой», то есть может обмениваться энергией с окружающей средой, то это правило не действует. За счет такого «обмена» ее КПД может в принципе достигать и миллиона процентов! Однако при этом возникает законный вопрос: откуда эта внешняя энергия поступает, что является ее источником? К сожалению, подобные исследования еще никем не проводились… А жаль, потому что есть серьезные основания предполагать, что в устройствах, КПД которых превосходит 100%, энергия поступает из физического вакуума за счет того, что в нем существуют особые «квантовые вихри». Теоретические исследования этой волнующей проблемы, которыми занимается Г. Шипов, позволяют предполагать, что физический вакуум, как уже отмечалось выше, обладает бесконечно большими запасами энергии. Кстати, эти теоретические работы представляют собой дальнейшее развитие исследований Эйнштейна, подобно тому как сам Эйнштейн развивал физику Ньютона. Еще около 30 лет назад американский физик-теоретик Д. Уилер, ученик Эйнштейна, выполнил ряд расчетов, показавших, что энергия флюктуации физического вакуума эквивалентна плотности 1095 г/см3, в то время как плотность атомного ядра – 1014 г/см3. Соотношение этих величин свидетельствует о соотношении «энергетической емкости» физического вакуума и термоядерных источников. Конструкции упомянутых источников энергии с КПД выше 100% позволяют предположить, что они работают на торсионных принципах: видимо, макроскопическое вращение их деталей обеспечивает взаимодействие с квантовыми вихрями физического вакуума.


«Микро» и «мега»


Одним из величайших достижений естествознания во второй половине XX столетия явилось обнаружение взаимосвязи между явлениями, протекающими в глубинах микромира, и процессами космического порядка.

Хотя микромир и мегакосмос – это два как бы совершенно противоположных полюса окружающего нас мира, две крайности, исследования последних десятилетий в физике элементарных частиц и астрофизике убедительно показали, что эти «крайности» тесно соприкасаются, а иногда и переходят друг в друга. И в этом нет ничего неожиданного – такова диалектика природы.

К числу подобных феноменов относятся, например, проявления квантовых свойств материи в сугубо макроскопических эффектах. На существование таких явлений неоднократно обращал внимание известный советский физик-теоретик доктор физико-математических наук Я.А. Смородинский.

Как известно, любая квантовая система характеризуется так называемой постоянной Планка – h. Но, оказывается, существуют и такие макроскопические обстоятельства и ситуации, при которых постоянная Планка тоже «выступает на сцену». К их числу относится, например, открытый несколько лет назад эффект Джозефсона. Состоит он в следующем. Если имеются два сверхпроводника, между которыми находится слой изолятора, и к этим проводникам приложена разность потенциалов, между ними возникает барьер с туннельным переходом. И по разности потенциалов можно в этом случае с очень большой точностью измерить отношение h/e, где е – заряд электрона. А следовательно, поскольку величина е известна, можно получить значение h.

Если в недавнем прошлом считалось, что квантовая физика описывает одни лишь микроявления, то в последние десятилетия пришло понимание того, что в лабораторных условиях можно создавать квантовые макроскопические процессы и что весь окружающий нас мир представляет собой «квантовое явление». Поэтому нет ничего удивительного в том, что каждое новое достижение в физике элементарных частиц сейчас же проектируется на проблемы астрофизического порядка.


Целое и части


В последние годы в физике и астрофизике очень популярна идея множественности вселенных – «разноустроенных» космических миров. Ученые приходят к заключению, что в природе, в мироздании, наряду с нашей Вселенной может существовать бесчисленное множество других вселенных, обладающих различными свойствами и граничащих друг с другом сложным образом.

Но обратите внимание: в тех случаях, когда мы сопоставляем между собой пространственные «размеры» различных природных объектов, то невольно складывается представление о некой «иерархии» от мельчайших «элементарных микрочастиц» до Галактики и Метагалактики. И создается впечатление, что эта иерархия может тянуться бесконечно далеко в обе стороны. Что касается космических миров, то очень возможно, что подобное представление не так уж далеко от истины.

Но с микрообъектами все обстоит значительно сложнее. Как известно, современная физика высоких энергий с помощью гигантских ускорителей позволила заглянуть в сокровенные глубины микромира. Представлялось, что если увеличить мощность соответствующих экспериментальных установок, то удастся обнаружить еще более «мелкие» частицы материи, чем те, которые нам уже известны, и что подобное все более глубокое проникновение в микромир можно в принципе продолжать неограниченно. Стоит заметить, что с точки зрения классической физики и обыденного здравого смысла, подобная операция выглядит вполне осуществимой. Но, как мы знаем, многие утверждения и экстраполяции классической физики оказались ошибочными. Ненадежным основанием для далеко идущих заключений и выводов является и так называемый здравый смысл. Особенно в тех случаях, когда речь идет о фундаментальных свойствах и закономерностях окружающего нас мира. И вот еще один пример. Выяснилось, что в области микромира наши привычные представления о соотношении части и целого во многих случаях не оправдываются. В ходе исследований, проведенных в последние годы в области микропроцессов, обнаружились удивительные вещи. Так, например, оказалось, что элементарная частица может содержать в качестве своих составных частей несколько точно таких же частиц, как и она сама. В частности, протон (ядро атома водорода) на очень короткое время распадается на протон и еще пи-мезон, а каждый пи-мезон, в свою очередь, еще на три пи-мезона. Мало того, излучив входящий в его состав пи-мезон, протон может превратиться в более тяжелый нейтрон.

Таким образом, в микромире обычные представления о простом и сложном, о целом и части теряют свой привычный смысл. Часть может оказаться… массивнее целого и не менее сложной по своему строению. Следовательно, теряет смысл и привычное представление о том, что одна частица состоит из других частиц, а вместе с тем утрачивает смысл и сама идея бесконечной механической делимости материи. Может быть, недалеки от истины те физики, которые считают, что пространство нельзя делить бесконечно.


Среди адронов


Нельзя ли использовать некоторые свойства элементарных частиц для выяснения физической сущности тех или иных процессов космического порядка? В частности, закономерностей эволюции материи во Вселенной?

Одна из таких попыток была в свое время предпринята научным сотрудником Ереванского физического института доктором физико-математических наук P.M. Мурадяном.

Хотя с тех пор, как Мурадян проводил свои исследования, прошло уже довольно значительное время, мы тем не менее посчитали необходимым на них специально остановиться, поскольку, с одной стороны, они представляют несомненный интерес, открывая новую малоисследованную сторону взаимосвязи «микро» и «мега», а с другой, насколько нам известно, никто после Мурадяна этими вопросами всерьез не занимался.

Еще в 1960-е годы в теории сильных взаимодействий на основе работ итальянского физика Т. Рэдже была предложена формула для определения момента количества движения элементарных частиц, которая связывала величину этого момента с соотношением массы элементарной частицы с массой протона – ядра атома водорода.

Астрономам хорошо известно, что такие космические объекты как астероиды, планеты, звезды, галактики – вращаются. Собственное вращение – это такое же «врожденное» их свойство, как и наличие некоторой массы.

В этом отношении космические объекты, о которых идет речь, в какой-то мере подобны элементарным частицам, также обладающим собственным вращением. С этим вращением связана одна из важных физических характеристик элементарных частиц, так называемый спин. Его аналогом для обычных вращающихся тел, в том числе и космических, является момент количества движения.

В микрофизике, в теории так называемых сильных взаимодействий, есть довольно общая формула для определения спина элементарной частицы. Из этой формулы, которая при определенных допущениях может быть применена и к адронам, следует, что в зависимости от числа измерений частицы (то есть от того, является ли она «плоской» или «объемной») ее спин с увеличением массы может возрастать либо как некоторая величина в степени 3/2 – в «плоском» случае, либо в степени 4/3 – в «объемном» случае.

Р. Мурадян решил проследить, как связаны с массами моменты количества движения космических объектов: астероидов, планет, звезд, галактик, а также скоплений галактик. Эти моменты могут быть определены с помощью астрономических наблюдений.

И здесь обнаружилась весьма любопытная закономерность.

Оказалось, что моменты астероидов, планет и отдельных звезд связаны с массами космических тел соотношением, включающим в себя отношение их массы к массе протона в степени 4/3 («закон 4/3»), а моменты галактик и их скоплений относятся к массе протона в степени 3/2 («закон 3/2»).

Не исключено, что полученные результаты указывают на глубокую внутреннюю связь, существующую между миром элементарных частиц и миром космических объектов. В физике элементарных частиц существует гипотеза о том, что «спектр масс» этих частиц простирается до бесконечности. Она основывается на попытке провести определенную аналогию между строением всего семейства элементарных частиц и структурой атома водорода, обладающего бесконечным числом энергетических уровней.

Если подобное предположение справедливо, то это значит, что при определенных условиях в ультрамалых пространственно-временных областях могут в принципе рождаться макроскопические и даже мегаскопические объекты. Во всяком случае современная теория элементарных частиц подобную возможность допускает.

Исходя из этого, Р. Мурадян попытался выявить более тесную зависимость между свойствами космических объектов и свойствами одного из классов элементарных частиц – так называемых адронов.

В современной физике все элементарные частицы, на основе некоторых весьма общих соображений, делятся на три основные класса. Первый класс включает в себя фотон – порцию электромагнитного излучения, второй – электрон и нейтрино, третий класс – класс адронов, самый многочисленный, их известно сейчас несколько сотен. К нему относятся сильно взаимодействующие частицы, в частности, протон, нейтрон и мезоны – частицы с массами, промежуточными между массами электрона и протона. Значительная часть адронов – нестабильные частицы с временем жизни от 10-8 до 10-23 секунды. Особо короткоживущие адроны получили название резонансов.

Одной из самых интригующих проблем современной астрофизики является так называемая космогоническая проблема, т.е. проблема происхождения звезд, звездных островов-галактик и их грандиозной совокупности – Метагалактики.

Что касается Метагалактики, то в настоящее время можно считать установленным, что она возникла в результате взрывного расширения компактного сгустка материи, находившейся в состоянии чудовищной плотности.

Относительно же формирования галактик и звезд в современной астрофизике существуют, как мы уже говорили, две противоположные концепции. Согласно одной из них, наиболее распространенной – ее обычно называют классической, – космические объекты, в том числе звезды и галактики, формируются путем сгущения, конденсации диффузной материи – газа и пыли.

Другая концепция, развиваемая академиком В.А. Амбарцумяном и его школой и получившая название Бюраканской, наоборот, исходит из того, что эволюция космических объектов идет от более плотных состояний к менее плотным и что, в частности, «зародышами» звезд и галактик являются гипотетические сверхплотные объекты весьма малых размеров, взрывной распад которых и ведет к образованию различных небесных тел.

Длительное время между сторонниками обоих направлений ведется острая дискуссия, и отдавать кому-либо из них предпочтение пока еще рано. Это объясняется, с одной стороны, недостатком данных, а с другой – возможностью различного, иногда прямо противоположного истолкования одних и тех же фактов.

В частности, одним из основных возражений, выдвигаемых сторонниками классического направления против гипотезы сверхплотных тел, является ссылка на то, что подобные тела никто никогда не наблюдал и об их физической природе не только ничего не известно, но и не существует даже никаких сколько-нибудь обоснованных теоретических предположений. Гипотеза Р. Мурадяна представляет собой попытку восполнить этот пробел.

И оказалось, его, на первый взгляд, весьма неожиданная идея открывает известные перспективы к построению единой теории образования космических объектов.

Согласно гипотезе Мурадяна, Метагалактика образовалась в результате распада сверхтяжелого суперадрона с массой 1056 г. Это и был тот «первоатом», тот сверхплотный «сгусток» материи, который дал начало нашей Вселенной. Его распад на более мелкие адроны привел к образованию протоскоплений галактик, а последующие распады на адроны с еще меньшими массами – к образованию галактик. Следующим этапом был распад на адроны с массами, меньшими 1028 г. Дальнейшие распады, по мысли Мурадяна, должны были привести к образованию диффузного облака, внутри которого в результате конденсации вещества сначала возникли сгущения – «протозвезды», а затем процесс образования звезд протекал в соответствии с обычной классической схемой…

Однако за то время, которое отделяет нас от работ Мурадяна, была создана уже знакомая нам теория «инфляционной Вселенной», которая фактически снимает вопрос о начальной «сингулярности».

Стоит только отметить, что если в обычной классической картине образования космических объектов диффузная среда, из которой они формируются, состоит из водорода и гелия, то в схеме Мурадяна она может иметь различный химический состав, зависящий от особенностей распада предшествующих ей объектов. А это, в частности, значит, что тяжелые химические элементы могут возникать не только за счет взрывов сверхновых звезд, как принято считать в классической астрофизике, но и в результате деления еще более тяжелых частиц. Это обстоятельство весьма существенно, так как классическая теория происхождения тяжелых элементов встречается с рядом серьезных трудностей.

Таким образом, если в обычной классической астрофизике эволюционный процесс идет от объектов более разреженных к менее разреженным и от «беспорядка» к «порядку», то в модели Мурадяна на весьма значительном интервале существования Метагалактики эволюция, наоборот, идет от объектов более плотных к менее плотным и от более упорядоченных к менее упорядоченным.

Нетрудно видеть, что в этой части эволюционная схема Мурадяна согласуется с идеями В.А. Амбарцумяна. Однако с момента фазового перехода от адронной материи к ядерной – она ближе к классической космогонии.

Вообще, по мысли Мурадяна, в природе существуют две формы материи – адронная и ядерная. Как уже было сказано выше, исходным объектом для образования Метагалактики является сверхтяжелый суперадрон. Спины подобных частиц связаны с их массами «законом 3/2». Иными словами, суперадроны – двумерные, плоские образования. Как считает Мурадян, они представляют собой комбинации шести кварков (гипотетических фундаментальных частиц с дробными электрическими зарядами, из которых могут быть построены все основные элементарные частицы), расположенных чрезвычайно близко друг к другу.

Однако в цепи последовательных распадов «плоских» адронов наступает момент своеобразного фазового перехода от адронной формы к ядерной. Это происходит тогда, когда в результате распадов начинают возникать объекты с массами порядка 1011 г и меньше. При таком переходе кварки перегруппировываются по три, образуя обычные частицы. У возникающих при этом космических объектов моменты связаны с массами уже «законом 4/3». Следовательно, подобные объекты являются уже не плоскими, а сферическими. По своему же физическому состоянию – это объекты типа нейтронных звезд, однако обладающие намного большими, колоссальными моментами. Их распад и приводит к образованию диффузных облаков, из которых в дальнейшем и могут формироваться звезды.

Как известно, одним из самых важных и существенных критериев справедливости той или иной теоретической модели является ее способность предвидеть, то есть предсказывать еще неизвестные явления. Если гипотеза Мурадяна все же верна и Метагалактика действительно возникла в результате распада суперадрона, то она обязательно должна обладать собственным вращением. Так что открытие вращения Метагалактики явилось бы если и не подтверждением модели Мурадяна, то во всяком случае важным свидетельством в ее пользу.

Иногда высказывается мысль о том, что вообще любые космогонические модели (а гипотеза Мурадяна относится к их числу) являются чисто умозрительными, поскольку они не могут быть проверены наблюдениями.

Однако соображения подобного рода нельзя признать убедительными. Современная космогония стоит на прочной наблюдательной основе. Современные, более мощные и совершенные, средства астрономических исследований позволяют непосредственно наблюдать и изучать все более удаленные космические объекты. А, как известно, чем дальше расположен тот или иной космический объект, тем в более глубоком прошлом мы его наблюдаем. Единственный в своем роде случай, когда мы, можно сказать, непосредственно, своими собственными глазами можем увидеть события давным-давно минувших времен. А это означает, что вопрос о соответствии тех или иных космогонических моделей реальной действительности в принципе может быть решен наблюдательным путем.

Но, пожалуй, самое интересное в исследованиях Р. Мурадяна даже не космогонические идеи, а вывод о взаимосвязи параметров элементарных частиц и космических объектов. Вывод, сделанный на основе исследования закономерностей их вращения.

Полученные результаты еще раз свидетельствуют о том, что между явлениями, происходящими в мире элементарных частиц, и процессами космического порядка существует глубокая внутренняя связь, пока что полностью еще не понятая. Не исключена возможность, что сильные и гравитационные взаимодействия связаны друг с другом нетривиальным образом. И можно надеяться, что в будущей более общей теории, которая по-настоящему объединит эти взаимодействия, такая связь станет, наконец, более отчетливой.


В мире элементарных частиц


(беседа с докторами физико-математических наук B.C. Барашенковым и В.И. Манько)

Автор: В настоящее время большинство физиков склоняется к мысли, что кварки, несмотря на то, что их до сих пор не удалось обнаружить «в чистом виде», – все же вполне реальные образования.


Барашенков: Любопытно, что можно провести некую аналогию между кварками и лептонами – легкими частицами, в число которых входит электрон. Не исключено, что именно кварки и лептоны и есть те «кирпичики», из которых состоят все остальные частицы, и, таким образом, физики в своих поисках фундаментальных частиц уже приблизились к одной из «конечных станций». Впрочем, вряд ли такая станция вообще существует…

Теория элементарных частиц ведет нас все дальше от наглядных представлений, она обрастает все более сложными математическими и другими образами, у которых нет аналогов в непосредственно окружающей нас действительности… Совершается проникновение во все «более странный мир» современной физики…


Автор: Некоторые физики-теоретики считают, что трудные времена, которые не так давно наступили в теории элементарных частиц, уже остались позади. Придерживаетесь ли и вы такого же мнения?


Барашенков: Действительно, после некоторого периода, я бы сказал, кажущегося застоя в этой области современной физики произошел серьезный прорыв, в частности, по линии объединения различных типов взаимодействия, в первую очередь слабых и электромагнитных – построена так называемая электрослабая теория. А теперь – и к объединению этих взаимодействий с сильными. И делается все это на очень глубоком кварковом уровне.


Автор: И каковы, по вашему мнению, дальнейшие перспективы развития наших представлений об элементарных частицах?


Барашенков: Очень важное значение будет иметь открытие так называемых пси-частиц, обладающих необычными свойствами. Несмотря на то, что теоретические предпосылки, допускающие существование в природе подобных частиц, были высказаны довольно давно, их экспериментальное обнаружение оказалось все же довольно неожиданным. Хотя, повторяю, теоретические предпосылки для такого открытия были.


Автор: Кварки?


Барашенков: Да, кварки. С другой стороны, открытие новых частиц явилось важным аргументом в пользу справедливости теории кварков. Дело в том, что без этой гипотезы было бы очень трудно объяснить необычные свойства «пси-частиц». Напомню, что на протяжении некоторого времени кварки воспринимались лишь как чисто теоретические объекты, поскольку обнаружить их экспериментально никак не удавалось. Открытие пси-частиц не только подтвердило, что кварки – вполне реальные частицы, но и показало, что их должно существовать не три, а четыре. Кроме того, мы теперь знаем, что каждый из этих кварков может быть трех цветов, или «ароматов», – красным, белым или желтым.

Этим не совсем обычным термином физики условились обозначать некое подобие заряда, с помощью которого они взаимодействуют друг с другом. И по аналогии с электродинамикой ту часть физики, которая изучает взаимодействие кварков, стали называть «хромодинамикой».


Автор: Какое место, по вашему мнению, занимает теория элементарных частиц в современном естествознании? Ведь речь, по существу, идет о том, чем заполнено пространство на уровне микропроцессов?


Барашенков: Теория элементарных частиц, наряду с астрофизикой, всегда играла чрезвычайно важную роль в формировании новых представлений о явлениях окружающего нас мира. Так, например, современная теория элементарных частиц подводит нас к новому пониманию элементарности…


Автор: Вы имеете в виду то обстоятельство, что в результате новейших исследований выяснилась сложная внутренняя структура таких «элементарных» частиц, которые прежде считались «точечными» – протона, нейтрино, пи-мезона?..


Барашенков: Еще сравнительно недавно считалось само собой разумеющимся, что Вселенная представляет собой последовательность вложенных друг в друга физических систем, от Метагалактики до неделимых элементарных частиц, не имеющих внутренней структуры. Подобная картина хорошо согласовывалась и с нашим повседневным здравым смыслом, согласно которому целое всегда больше составляющих его частей. Но теперь мы знаем, что элементарная частица может содержать в качестве своих составных частей несколько точно таких же частиц, как и она сама. Так, например, протон на очень короткое время распадается (диссоциирует) на протон и три пи-мезона, а каждый пи-мезон – еще на три пи-мезона. Таким образом, в микромире теряют смысл привычные представления о целом и части, о простом и сложном, а следовательно, теряет смысл и привычное для нас понятие элементарности. В частности, обсуждалась даже идея «предкварков» – еще более фундаментальных частиц, из которых, возможно, состоят сами кварки…


Автор: Но если так обстоит дело внутри микромира, то не нуждаются ли в серьезном пересмотре и существующие представления о соотношении микромира и мегакосмоса? Чего вы ждете от теории элементарных частиц в ближайшем будущем? Каких новых достижений, каких открытий?


Барашенков: Прежде всего окончательного построения единой теории сильных, слабых и электромагнитных взаимодействий. Кроме того, должна быть понята природа кварков и получен вразумительный ответ на вопрос, почему их не удается наблюдать. Весьма интересных результатов можно ожидать и от дальнейшего изучения нейтрино, играющего очень важную роль в слабых взаимодействиях. Было бы также очень интересно понять до конца, почему нарушается так называемая Т-инвариантность при распаде Ка-два-мезона?..

Хочу пояснить, о чем идет речь. Дело в том, что в физике микромира действует очень важный закон сохранения, известный под названием СРТ-теоремы. Согласно этому закону, состояние физической системы не изменится, если все частицы заменить соответствующими им античастицами (С-преобразование), осуществить зеркальное отражение рассматриваемой системы (Р-преобразование) и изменить течение времени на обратное (Т-преобразование). В этом случае уравнения, описывающие поведение системы, не изменят своего вида. До 1964 года считалось, что и СР-преобразования сами по себе также не изменяют состояния системы (закон комбинированной четности). Считалось также само собой разумеющимся, что ничего не меняется и в результате одного Т-преобразования. Однако в 1964 году выяснилось, что явление распада Ка-два-мезона на два пи-мезона несовместимо с законом комбинированной четности.

Но если не выполняется этот закон, то есть уравнения в результате СР-преобразования все же меняют свой вид, то, следовательно, в микромире прямое и обратное течение времени обладают какими-то существенными различиями.


Автор: Не значит ли это, что современная физика элементарных частиц нуждается в каких-то принципиально новых, может быть «безумных» идеях?.. Прошу извинения за этот вопрос, насколько мне известно, многие современные физики относятся к нему далеко не однозначно, а порой даже весьма агрессивно…


Барашенков: Нет, ваш вопрос вполне закономерен. Что же касается ответа, то ситуация далеко не ясна. Экспериментальных данных в этой области очень много, но много и непонятного… Не исключено, что стараниями теоретиков в конце концов удастся преодолеть возникающие трудности и объяснить экспериментальные данные, не прибегая к каким-то принципиально новым взглядам. Но могут потребоваться и совершенно новые идеи, в том числе и весьма необычные.


Автор: Хотелось бы узнать ваши соображения о современном состоянии теории элементарных частиц, изучающей один из «полюсов» грандиозной иерархии различных объектов, заполняющих пространство нашей Вселенной. Чему может научить эта область физики не только ученого-исследователя, но и любого современного человека?


Барашенков: Теория элементарных частиц поучительна прежде всего тем, что здесь с особенной силой проявляется мощь научной теории. Ведь не случайно, например, кварки были «изобретены» теоретиками, а не обнаружены в опыте. Поучительно и то, что в процессе развития этой теории постоянно возникает масса неожиданных понятий и образов, потрясающих привычные основы. Достаточно опять-таки напомнить о тех же кварках. Тем самым наглядно и убедительно демонстрируется неправомерность любой абсолютизации научных знаний. Физика, как наука, никогда не закончится.


Автор: А какие, по вашему мнению, философские проблемы связаны с современной теорией элементарных частиц?


Барашенков: Одна из основных проблем такого рода, на мой взгляд, состоит в выяснении того, что же такое «пространство-время» в физическом смысле? Другая важная проблема, имеющая философское значение, – обобщение существующего понятия причинности, которое в ряде случаев может оказаться недостаточным.

Есть еще и ряд проблем методологического характера, которые так или иначе связаны с изучением элементарных частиц. Что значит – хорошая теория? Что значит – объяснить? Что предпочтительнее – система уравнений или модель? Что значит – единая теория? И ряд других…


Взаимосвязь микро- и макро- – одно из конкретных выражений диалектики природы, всеобщей взаимосвязи и взаимозависимости ее явлений. Уже сейчас в ряде случаев трудно разделить, где космология, изучающая строение и эволюцию Вселенной, и где теория элементарных частиц. В центре внимания современной астрофизики находятся объекты, отличающиеся необычайно высокой плотностью, а порой и очень малыми размерами. В частности, в качестве объектов, где связь микро- и макро- реально проявляется, можно привести черные дыры с радиусом 10-13 сантиметра. Их масса должна составлять 108 тонн! Экспериментальное обнаружение подобных экзотических объектов – одна из интереснейших задач современной физики. Подобные экстремальные состояния материи не могут быть описаны в рамках одной лишь общей теории относительности Эйнштейна, так как при столь больших плотностях неизбежно возникают специфические квантовые эффекты. Поэтому одной из важнейших задач современной физики является развитие квантовой гравитационной теории, которая объединила бы общую теорию относительности и квантовую физику.

А это значит, что путь к пониманию физической природы многих удивительных явлений, обнаруженных в последние годы во Вселенной, быть может, начинается в глубинах микромира.

Однако для того, чтобы где-то в ультрамалых пространственно-временных областях нащупать кончик той нити, которая словно «нить Ариадны» должна привести нас к разгадке сокровенных тайн космических объектов, сперва, видимо, надо еще понять что-то непонятое в самом микромире.

Между тем во второй половине XX столетия в физике микромира наступило заметное затишье. Во всяком случае, в начале 1970-х годов многие известные специалисты высказывали мнение, что физика микромира явно отступает на второй план и что ее роль в современном естествознании значительно скромнее, чем у физики атома в начале века, когда этот раздел физической науки занимал доминирующее положение и в умах людей и в области практических приложений. А сегодня?..

Вот что рассказывает доктор физико-математических наук Владимир Иванович Манько.


Манько: На мой взгляд, в последнее время ситуация в физике микромира изменилась самым существенным образом. В частности, получила развитие новая область физики элементарных частиц: так называемые новые частицы. Как известно, новые частицы открывали и раньше, но недавно были обнаружены так называемые пси-частицы, обладающие весьма интересными свойствами. Кстати, за их открытие двум американским физикам были присуждены Нобелевские премии за 1976 год.


Автор: Чем же замечательно это открытие? Тем, что обнаружены какие-то совершенно необыкновенные частицы, или тем, что их существование подтвердило какие-то важные теоретические идеи?


Манько: Еще в 1964 году М. Гелл-Манн и Г. Цвейг на основе некоторых теоретических соображений выдвинули весьма смелую и оригинальную идею об особых фундаментальных частицах – кварках с дробными электрическими зарядами. Согласно этому предположению, существуют три кварка и три соответствующих им антикварка, из которых могут быть построены протоны, нейтроны, гипероны, мезоны и некоторые другие элементарные частицы.

В теоретическом отношении гипотеза кварков оказалась весьма интересной и многообещающей. Во всяком случае, в мире элементарных частиц все происходит именно так, как если бы кварки действительно существовали.


Автор: Но, как известно, кварки, несмотря на большие экспериментальные усилия, обнаружить до сих пор так и не удалось. Чем это объяснить?


Манько: В самом деле, в период с 1964 по 1970 год во многих лабораториях мира предпринимались весьма активные поиски кварков. Их искали на ускорителях элементарных частиц, в космических лучах и даже в образцах лунного грунта. Однако обнаружить кварки в свободном состоянии к со жалению, действительно так и не удалось, Правда, время от времени в печати появляются сообщения о том, что кварки, наконец, открыты. Но дальнейшие исследования эти сообщения не подтверждают.

Но в то же время без гипотезы кварков было бы очень трудно объяснить многие свойства элементарных частиц.


Автор: Каков же выход из сложившейся ситуации?


Манько: Несмотря ни на что, гипотеза кварков продолжает развиваться. В частности, не так давно теоретики пришли к выводу о существовании еще одного – четвертого кварка, который должен характеризоваться и особым, так называемым квантовым числом, получившим название «очарования» или «чарма».


Автор: У физиков явная склонность к поэтическим названиям… Но если есть четвертый кварк, то, видимо, должны существовать и частицы, в состав которых он входит?


Манько: Именно одна из таких частиц – джей-пси-мезон и была открыта в ноябре 1974 года американскими физиками С. Тингом и Б. Рихтером. Есть предположение, что джей-пси-мезон представляет собой своеобразную атомоподобную систему, которая состоит как раз из упомянутого мной четвертого кварка и его антикварка. Кстати, эту систему назвали «чармонием». Обнаружены и некоторые другие пси-частицы той же природы.


Автор: Насколько я понимаю, открытие новых частиц является немаловажным косвенным свидетельством в пользу гипотезы кварков. Но в таком случае вновь возникает все тот же вопрос: почему эти объекты не удастся обнаружить на опыте?


Манько: Есть любопытная идея – так называемого удержания кварков. Речь идет о том, что, быть может, вообще в природе существуют частицы (в том числе и кварки), которые в принципе невозможно оторвать друг от друга и выделить в чистом виде.


Автор: И какое же теоретическое объяснение можно дать подобному феномену?


Манько: Предложено, например, такое объяснение. Возможно, что силы, связывающие между собой два кварка, имеют не электромагнитную, а какую-то иную природу. Не исключено, что по своему характеру они напоминают бесконечно узкую, упругую, как бы «резиновую» трубку. Такая упругая трубчатая связь не позволяет оторвать один кварк от другого – «растягиваясь» при внешнем воздействии, она затем сокращается и возвращает кварк на место.

Таким образом, не исключена возможность, что кварки представляют собой особый тип образований, которые могут существовать только в совокупности и которые принципиально невозможно разделить.


Автор: Итак, гипотеза кварков получила новый мощный импульс. Каковы же ее дальнейшие перспективы?


Манько: Не исключено, что дальнейшее развитие физики элементарных частиц покажет, что помимо четырех кварков, фигурирующих в настоящее время, существуют еще и другие, более тяжелые. Видимо, ответ на этот вопрос будет получен уже в самое ближайшее время…


К секретам мироздания


(беседа с доктором физико-математических наук И.Д. Новиковым)

Автор: Каковы, на ваш взгляд, отличительные особенности астрономии как одной из наук о природе?


Новиков: Астрономия, точнее объект ее исследования – Вселенная является самой большой в мире физической лабораторией. Физики работают в земных условиях. Астрономы – выходят за эти рамки. Поэтому перед ними открывается реальная перспектива, создаются особенно благоприятные возможности для познания наиболее глубоких, фундаментальных законов природы. Хотя, если говорить о лаборатории Вселенной совершенно строго, то, в отличие от лабораторий земных, непосредственные эксперименты в ней только начинаются.

На мой взгляд, одной из главных отличительных особенностей астрономии является своеобразное соотношение между теорией и практикой. В физике теория дает активные предсказания типа: «сделай так-то – получится то-то». В астрономии же теоретические модели строятся в основном на базе не экспериментальных, а наблюдательных фактов. И здесь теория выдает предсказания типа: «посмотри – и увидишь».

Так, например, теория атомных реакций в физике дает значение критической массы урана, – если создать массу этого элемента, большую критической, – пойдет цепная реакция. В данном случае справедливость вывода теории может быть непосредственно проверена на практике.

Из астрофизической теории, в свою очередь, могут быть выведены, скажем, критические условия для некоторой массы вещества, при которых должен начаться ее гравитационный коллапс и произойдет образование черной дыры. Но, в отличие от физиков, астрономы лишены возможности проверить этот вывод путем эксперимента – изготовить черную дыру искусственным путем нельзя. Проверка может быть осуществлена только с помощью наблюдений, – надо искать объекты такого типа во Вселенной. Астрофизическая теория может выдавать и такие результаты, которые в настоящее время вообще невозможно проверить наблюдениями. В этом – характерная особенность теоретических моделей в астрофизике…

История развития астрономических знаний может служить прекрасным пособием для понимания диалектики научного познания. Если глубоко вдуматься в содержание сменявших друг друга учений о мире, то мы в каждом из них обнаружим нечто непреходящее, определенный элемент, так сказать, «зерно» абсолютной истины. Надо только понимать, что хотя все эти учения претендовали на описание мира в целом, в действительности, каждое из них фактически относилось лишь к ограниченной области Вселенной, границы которой при переходе от одного учения к другому постепенно расширялись. Так, система мира Аристотеля – Птолемея верно отразила некоторые особенности строения Земли как небесного тела: то, что Земля – шар, что все тяготеет к ее центру… Таким образом, это было фактически учение о Земле. Система мира Коперника фактически описывала строение Солнечной системы, а система мира Гершеля – строение нашей Галактики.

Астрономия поучительна еще и тем, что эта наука особенно наглядно и убедительно демонстрирует неправомерность и бесперспективность каких бы то ни было догматических представлений о Вселенной. Можно напомнить хотя бы один из наиболее ярких и свежих примеров. Еще в начале XX века считалось, что мир стабилен и в среднем стационарен, что во Вселенной совершается вечный круговорот. Однако оказалось, что все не так – Вселенная нестационарна, она расширяется, на разных уровнях в ней происходят взрывные процессы.


Автор: Каким вам представляется будущее астрономической науки?


Новиков: Астрономия во всех аспектах все более тесно будет сплетаться с физикой. В частности, физика должна обеспечить астрономам новую более мощную технику наблюдений. Уже ведутся наблюдения с борта космических аппаратов в оптическом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах электромагнитных волн. А в самом недалеком будущем на космические орбиты выйдут и радиотехнические средства изучения Вселенной. Космические радиотелескопы позволят измерять углы с точностью в миллиардные доли угловой секунды. Это значит, что появится возможность точно измерять расстояния до объектов, расположенных у самых границ наблюдаемой Вселенной.


Автор: Следует ли ожидать от астрономии каких-либо сверхфундаментальных открытий?


Новиков: Астрономия всегда этому служила – в частности, именно в результате астрономических исследований были открыты такие основополагающие законы природы, как закон инерции и закон тяготения. В то же время основные физические законы все же открываются физиками. В космических явлениях, с которыми сталкивается современная астрономия, проявления природных закономерностей часто весьма необычны, их комбинации нетривиальны, но это, как правило, законы, уже известные современной физике. Это вовсе не означает, что от астрофизики вообще нельзя ждать открытия новых законов природы, но их обнаружение может произойти лишь при изучении необычных физических условий и состояний материи. Возможно, одним из таких состояний является состояние высокой плотности вещества внутри нейтронных звезд. Во всяком случае, законов, действующих в подобных условиях, мы пока не знаем. Так, например, есть предположение, что существует некая «элементарная длина», которая как раз и проявляет себя в сверхплотных состояниях. И не исключено, что именно астрофизические исследования помогут ее обнаружить.


Автор: Каковы, на ваш взгляд, основные проблемы современной астрономии и астрофизики?


Новиков: Я бы сказал, что главной проблемой является изучение «сильных явлений» во Вселенной. Прежде всего, взрывных процессов в ядрах галактик.

Подобные процессы наблюдаются уже на протяжении ряда лет, но физической сущности того, что происходит, мы пока не понимаем. К этой же группе проблем примыкает и выяснение физической сущности процессов, происходящих в квазарах и сопровождающихся выделением чудовищной энергии.

Второй аспект – проблема происхождения черных дыр и нейтронных звезд. Нейтронные звезды – это уникальные образования. Плотность вещества здесь достигает сотен миллионов и миллиардов тонн в кубическом сантиметре; огромной величины достигают гравитационные и электромагнитные поля.

Что касается черных дыр, то к настоящему времени их теория достаточно хорошо разработана: мы поняли, что эти объекты могут иметь весьма сложное строение, что они являются дырами не только в пространстве, но и во времени. Вообще, черные дыры – одно из конкретных выражений диалектико-материалистической идеи взаимосвязи свойств движущейся материи и свойств пространства и времени. И если теоретические представления о существовании черных дыр подтвердятся – это будет, на мой взгляд, одним из величайших завоеваний науки XX столетия. Вот почему так важно обнаружить во Вселенной реальные черные дыры – хотя бы несколько штук.

Кроме того, в современной астрофизике есть и много других проблем, в частности, изучение «невидимых» состояний материи, таких, например, как нейтринное излучение и гравитационные волны. Но все эти задачи, по сравнению с теми, о которых я говорил выше, имеют в общем-то второстепенное значение.

Еще одна проблема связана с изучением квантовых процессов в сильно переменных гравитационных полях. Как выяснилось, эти процессы играют в космологии очень важную роль.


Быстрее света!


(«круглый стол» с эстонским философом академиком Г.И. Нааном, бывшим ученым секретарем отделения физики АН СССР В.А. Лешковцевым, доктором философских наук В.В. Казютинским, докторами физико-математических наук B.C. Барашенковым и А.Л. Зельмановым и врачом-психологом А.А. Магалифом)

Лешковцев: Как показала теория относительности А. Эйнштейна, характер течения времени зависит от скорости движения. По мере ее увеличения темп течения времени замедляется. Оно замедляется также и с ростом сил тяготения.


Автор: В частности, астрофизики считают, что во Вселенной существуют объекты – так называемые черные дыры, образовавшиеся в результате катастрофического сжатия под действием сил тяготения огромных масс вещества (так называемого гравитационного коллапса). В районе подобных образований в результате действия колоссальных сил тяготения со временем могут происходить удивительные метаморфозы.


Наан: На границах черной дыры сила тяготения настолько велика, что время здесь не только сильно замедляется, но практически должно… останавливаться. Поэтому, если какой-либо объект, скажем, неосторожно приблизившийся к черной дыре космический корабль, падает в нее, то внешний наблюдатель никогда не дождется того момента, когда он пересечет ее границу.

И вообще, как показывают теоретические выкладки, в области гравитационного коллапса пространство и время могут приобретать совершенно удивительные с нашей привычной точки зрения свойства. Так, например, здесь могут существовать такие участки, где время течет с умопомрачительной быстротой. Для наблюдателя – разумеется, теоретического, то есть воображаемого, – оказавшегося в таком районе, целая вечность от бесконечно далекого прошлого до бесконечно далекого будущего длилась всего лишь какое-то мгновение! Иными словами, здесь вообще нет ни прошлого, ни настоящего, ни будущего – вообще не существует времени.

Более того, в области гравитационного коллапса могут существовать зоны, где временная координата меняется ролями с одной из пространственных, то есть время как бы превращается в расстояние, а расстояние – во время.


Казютинский: Но хорошо известно, что с помощью теоретических выкладок можно получить в принципе все, что угодно. Думаю, что в рамках наших современных физических знаний явления, о которых только что говорилось, выглядят физически невозможными и даже бессмысленными.


Наан: И тем не менее в области коллапса – впрочем, опять с теоретической точки зрения, возможно еще одно удивительное явление. В нашем обычном пространстве любой замкнутый контур можно непрерывной деформацией стянуть в любую точку, расположенную внутри этого контура. Это значит, что пространство является топологически «односвязным» – в нем нет «оторванных» друг от друга «кусков», разделенных непреодолимыми «пропастями». Однако в районе очень сильных гравитационных полей односвязность, по-видимому, может нарушаться. А если пространство становится многосвязным, состоящим из отдельных «кусков», то в каждом из них течение времени может происходить независимо и в разных направлениях. Так что при переходе из одного «куска» в другой (если, разумеется, такой переход вообще возможен) наблюдатель обнаружил бы, что время потекло иначе, чем раньше, например, вспять!


Казютинский: Но до сих пор ни одна реальная черная дыра во Вселенной со стопроцентной достоверностью не обнаружена. Так что все сказанное пока что относится к области чистой теории.


Лешковцев: Я думаю, все дело в том, что время – лишь одна из характеристик состояния материи. Скорее всего, существует и множество других. И для того, чтобы заново воссоздать минувшие состояния, необходимо «повернуть вспять» не только время, но и все другие характеристики. А это вряд ли возможно.


Автор: Однако, как уже рассказывалось на страницах этой книги, не так давно американский физик-теоретик Кип Торн опубликовал сенсационное исследование, в котором ему удалось показать, что в принципе путешествия во времени вполне возможны, и притом как в будущее, так и в прошлое.


Лешковцев: Но все же это больше похоже на научную фантастику, чем на серьезную физику.


Автор: Относительно близости к фантастике вы совершенно правы, но это, на мой взгляд, близость несколько особого рода. Я имею в виду то уже известное нашим читателям обстоятельство, что исследования Торна получили толчок в результате ознакомления с научно-фантастическим романом Карла Сагана «Контакт». Все остальное – полноправная научная теория!


Лешковцев: И все же основное свойство времени, которое подтверждается колоссальным историческим опытом человечества, – его однонаправленность! Так называемая стрела времени. Если бы путешествия в прошлое и будущее были возможны, то наши далекие потомки наверняка создали бы «машину времени» и совершали бы с ее помощью путешествия в различные эпохи, в том числе и в XX столетие. Но тогда вокруг нас происходили бы всевозможные поразительные явления, которых в действительности мы не наблюдаем.


Барашенков: Хотя Кипу Торну действительно удалось теоретически показать, что путешествия во времени не противоречат в принципе фундаментальным положениям теории относительности, но нельзя не обратить внимания на то, что они вступают в противоречие с принципом причинности, объявляющим, что следствия не могут оказывать воздействие на свои причины!


Автор: Хотелось бы напомнить, что вопрос о всеобщем характере принципа причинности мы уже обсуждали и довольно подробно. Поэтому сейчас было бы полезно услышать, что вообще думают о проблеме времени философы!


Казютинский: На мой взгляд, существуют различные категории времени. Это прежде всего физическое время, которое можно измерить. Затем «время различных наук», о котором говорил В.И. Вернадский. И, наконец, общечеловеческое время, как явление культуры. И сейчас на первое место по своему значению выдвигается как раз общечеловеческая категория времени.


Автор: Еще мы хотели бы обратиться к вопросу о субъективном ощущении и восприятии времени. Вероятно, в различные исторические эпохи, а также в различных конкретных условиях и обстоятельствах это ощущение неодинаково. И у людей с разной психологией, и тем более у людей, страдающих теми или иными нарушениями психической сферы.


Магалиф: С точки зрения психотерапевта – это действительно так. Например, для больного депрессией время тянется необычайно медленно. Для него «прожить день» – это прожить целую вечность. Наоборот, для возбужденного человека время течет необычайно быстро, его ни на что не хватает, – у человека масса планов, но он не успевает их реализовать.


Автор: Видимо, это справедливо не только в отношении отдельных людей, но и общества?


Магалиф: Конечно. Так, в годы застоя мы жили с иным ощущением времени, чем сейчас, – медленно и нудно. Сегодня жизнь резко ускорилась! Время течет в совершенно бешеном ритме. И ощущение ритма времени у личности и у массы совершенно одинаково.


Автор: В заключение нашей беседы мы хотели бы заметить, что, несмотря на все усилия и достижения современного естествознания, категория времени продолжает во многом оставаться загадочной. И так как все мы живем во времени, его дальнейшее изучение, бесспорно, является одной из актуальнейших задач науки наших дней!

Но как понимать, что на границе черной дыры, как и вообще в любой области с практически бесконечно большой плотностью (так называемой сингулярности), время может останавливаться, то есть его как бы не существует? Не противоречит ли подобное утверждение нашим представлениям о том, что пространство и время являются формами существования материи? Может ли существовать материя без времени?


Зельманов: Физические условия в областях с бесконечно большой плотностью могут отличаться от всех нам известных столь радикальным образом, что к ним могут оказаться неприменимыми все существующие физические теории. Более того, для описания подобных физических условий могут оказаться непригодными многие из тех основных понятий, которыми мы пользуемся в современных теориях. Поэтому, когда физики говорят о том, что в сверхплотных состояниях может не существовать времени, то этим они обычно хотят сказать только то, что в таких условиях не существует привычного нам времени, то есть времени с теми физическими свойствами, с которыми встречаемся и имеем дело мы!


Глава 6 УНИКАЛЬНАЯ ВСЕЛЕННАЯ

Великая гармония


С древних времен выдающиеся мыслители человечества поражались удивительной гармонией и целесообразностью окружающего нас мира.

Сторонники религиозного миропонимания рассматривали эту гармонию как результат воплощения божественного плана, проявление «промысла божьего».

«Все, что существует, не только создано Богом, но им движется и направляется к целям, начертанным божественной премудростью еще до творения Вселенной, – утверждает один из современных православных богословов. – Достаточно взглянуть на окружающую нас природу. Везде царит удивительный порядок. Каждое явление, начиная с простейшей былинки и кончая мириадами звезд, устроено целесообразно, разумно и совершенно. Все несет на себе печать постоянного попечения вседержителя-творца».

Вопреки подобным утверждениям, ученые-материалисты стремились доказать, что все явления, происходящие в окружающем нас мире, возникают в результате сугубо естественного течения событий, которое определяется исключительно законами природы, не зависящими ни от человеческого, ни от какого-либо иного разума, в том числе и божественного разума. По их мнению, стройность мировых процессов представляет собой результат природных закономерностей, существования неразрывной цепи причин и следствий.

В эпоху существования СССР, в период господства догматического материализма, считалось, что единственным архитектором и строителем всего существующего является сама природа. Что же касается «высшей целесообразности», «божественного промысла» и вообще какого-либо «сознательного начала», определившего ход природных явлений, то утверждалось, что подобные представления не имеют под собой абсолютно никакой почвы.

Почему так, а не иначе? Ни для кого не секрет, что природа космоса, в сущности, глубоко враждебна человеку. В открытом космическом пространстве без специальных защитных приспособлений он не смог бы просуществовать и нескольких секунд. И дело не только в отсутствии атмосферы – Вселенная буквально насыщена всевозможными катаклизмами, бесчисленными вспышками и взрывами, при которых выделяются чудовищные энергии. И тем не менее в этой кипящей, бурлящей, насквозь пронизанной убийственными излучениями Вселенной, уживаясь удивительным образом с бесчисленными космическими опасностями и катастрофами, все же существует человек.

Совершенно очевидно, что для этого Вселенная должна обладать вполне определенными свойствами, то есть быть именно такой, какая она есть. Но почему это так? Почему наша Вселенная обладает именно такими, а не какими-либо иными свойствами?

Пожалуй, ближе всего к ответу на этот вопрос подошел К.Э. Циолковский. «Если мы скажем, что мир всегда был, есть и будет и на этом остановимся, то мы не объясним, почему мир таков, почему его законы таковы, а ведь они могли быть другими…» И приходил к весьма знаменательному выводу: «Поскольку человеческая жизнь не случайна, а связана с космосом, тот космос, который мы знаем, не мог быть иным…»

Однако в ту эпоху, когда жил Циолковский, его идея намного опередила не только уровень астрофизических знаний, но и господствовавшие в нашем обществе мировоззренческие представления. Представления, согласно которым человек как «носитель духа» рассматривался как «побочный продукт» развития Вселенной, материи, от которого это развитие зависеть никак не могло. И все же, как выяснилось в последние годы, прав был именно Циолковский. Оказалось, что фундаментальные свойства нашей Вселенной определяются… существованием человека.

Во второй половине XX века его идеи получили дальнейшее развитие в трудах ряда советских, а также многих иностранных ученых.

Советский астрофизик Г.М. Идлис обратил внимание на то, что в нашей Вселенной законы физики таковы, что разрешают существование атомов, звезд, планет и жизни. В 1965 году другой советский астрофизик А.Л. Зельманов сформулировал очень важный принцип: человек является непосредственным свидетелем природных процессов определенного типа, потому что процессы иного типа протекают без свидетелей.

В развитие этих идей, наконец, удалось получить ясный и недвусмысленный ответ. Вселенная такова потому, что в ней существует человек.

Пожалуй, наиболее ярко принцип, получивший название «антропного», сформулировал Б. Картер, который воспользовался знаменитым изречением выдающегося французского философа Рэне Декарта: «Я мыслю – значит, я существую». У Картера оно выглядит так: «Я мыслю – поэтому мир такой, какой он есть»…

Если суммировать то общее, что содержится в приведенных высказываниях, то можно сформулировать следующий принцип, получивший в современном естествознании и философии название «антропного»: «Мы существуем потому, что Вселенная такая, какая она есть». Или несколько иначе: «Наша Вселенная такая, потому что есть мы – разумные существа, наблюдатели, способные задавать вопросы о ее свойствах…»

Обе эти формулировки совершенно эквивалентны: главное в них – идея тесной взаимосвязи между существованием человека на Земле и фундаментальными свойствами Вселенной – космической среды нашего обитания.

На первый взгляд может показаться, что антропный принцип необычайно прост и сразу все объясняет. Если бы наша Вселенная была иной, то нас бы просто не существовало и некому было бы ее наблюдать и изучать. Однако простота эта только кажущаяся. В действительности все обстоит намного сложнее.

Как показали исследования и расчеты, проведенные физиками и астрофизиками в последние годы, если бы фактические свойства и фундаментальные параметры нашей Вселенной, а также числовые значения так называемых фундаментальных физических констант – таких как скорость света в пустоте, заряд и масса электрона, заряд и масса протона, гравитационная постоянная, а также константы основных физических взаимодействий были хотя бы чуть-чуть иными, то такая Вселенная оказалась бы абсолютно непригодной для жизни.

В своей книге «Пространство и время в современной картине мира», вышедшей в переводе на русский язык в 1979 году, английский астрофизик П. Девис высказывает мысль о том, что наличие жизни накладывает известные ограничения на свойства Вселенной – они должны быть в той или иной мере определенными. Другими словами, во Вселенной, обладающей иными свойствами, мы просто не могли бы существовать. «…Если бы все было не таким, какое оно есть, нас здесь просто бы не было и мы не могли бы выражать свое удивление», – пишет П. Девис.

В другой своей книге «Случайная Вселенная», изданной на русском языке в 1985 году под редакцией доктора физико-математических наук А.Г. Дорошкевича, П. Девис приводит и высказывания некоторых других современных ученых, отражающие взаимосвязь нашего существования и свойств Вселенной.

Например, известный физик-теоретик, ученик А. Эйнштейна Дж. Уилер писал: «Вот человек, следовательно, какой же должна быть Вселенная?» Но, пожалуй, в наиболее простой, хотя и в несколько парадоксальной форме выразил эту связь Б. Де Витт: «Мир, в котором мы живем, есть мир, в котором живем мы» (П. Девис. Случайная Вселенная. М., Мир. С. 135).

В итоге всех подобных соображений и был сформулирован «антропный принцип», затрагивающий наиболее глубокие проблемы, относящиеся к свойствам Вселенной и к их взаимосвязи с существованием человечества. Коротко его можно сформулировать так: «Мы существуем потому, что Вселенная такая, какая она есть». Иными словами, если бы Вселенная была иной, то человек – наблюдатель в такой Вселенной – не мог бы существовать.

О каких же именно свойствах нашей Вселенной или – что в данном случае то же самое – Метагалактики, обеспечивающих возможность возникновения и развития жизни и сложных систем вообще – атомов, звезд, галактик и т. д. – идет речь? Оказывается, о самых фундаментальных ее свойствах, таких как величина массы протона – ядра атома водорода, нейтрона и электрона, трехмерность пространства и наличие четырех типов физических взаимодействий: слабого, которое происходит с участием элементарных частиц нейтрино, электромагнитного – взаимодействия между заряженными частицами, сильного или ядерного, удерживающего частицы внутри атомных ядер, и гравитационного. Характер каждого из этих взаимодействий определяется числовыми значениями соответствующих физических констант.

Состоит Метагалактика в основном из атомных ядер, атомов звезд и галактик. Многолетняя практика астрономических и астрофизических исследований приучила нас к мысли, что подобная картина строения окружающего нас мира является как бы сама собой разумеющейся и единственно возможной. Что иначе и быть не может!

Однако в действительности это не так. Как показали теоретические исследования, структура Метагалактики весьма неустойчива по отношению к ее основным свойствам. Как отмечает в брошюре «Проблемы начала и конца Метагалактики» доктор физико-математических наук И.Л. Розенталь, даже при очень небольших изменениях этих свойств Метагалактика должна была бы кардинальным образом изменить свой лик. Ее структура существенно упростилась бы, исчезли бы один или несколько ее основных структурных элементов.

Так, например, известно, что главными кирпичиками мироздания служат атомы водорода, самого распространенного в природе элемента. Водород – абсолютно устойчив, и этим обеспечивается стабильность всех остальных элементов таблицы Менделеева, за исключением радиоактивных.

Однако устойчивость атомов водорода определяется тем обстоятельством, что масса электрона намного меньше массы всех остальных элементарных частиц, в том числе и протона. Расчеты показывают, что если бы масса электрона была в два-три раза больше чем реально существующая, то все атомы водорода прекратили бы существование: электроны попадали бы на ядра и превратили их в нейтроны и нейтрино. В этом случае все космические объекты состояли бы из одних только нейтронов, никаких химических элементов не существовало бы. Картина нашего мира изменилась бы самым радикальным образом.

Для иллюстрации этой мысли И.Л. Розенталь приводит любопытную аналогию: допустим, что наша Метагалактика является многоцветной. Тогда в Метагалактике с более тяжелыми электронами господствовал бы унылый серый цвет…

Не менее важное значение для картины Вселенной имеет и трехмерность пространства. Как мы уже отмечали, в пространстве четырех и более измерений, оказывается, не могли бы существовать устойчивые системы из двух тел, связанных силами тяготения, такие, например, как система «Земля – Луна», не говоря уже о более сложных космических образованиях. Иными словами, в таких пространствах не было бы планетных систем.

Исследования показали также, что кардинальные изменения в структуре нашей Вселенной возникли бы и в том случае, если бы произошли даже незначительные изменения численных значений и других физических констант. Вопросом о том, может ли вообще существовать непротиворечивая физика с иным «набором» физических констант, в 1960-е годы интересовался выдающийся английский астрофизик Ф. Хойл. Однако, как отмечает в своей книге «Человек и мироздание» А. Турсунов, в то время мало кто проявил интерес к этой идее. И лишь спустя почти 10 лет ученые вновь к ней вернулись, хотя и с несколько иных позиций.

В частности, английский астрофизик-теоретик Б. Картер, развивая мысль, высказанную А.Л. Зельмановым, обратил внимание на тот факт, что жизнь на Земле могла возникнуть и развиваться лишь при весьма редком сочетании целого ряда астрофизических и космологических обстоятельств.

На одно из таких «совпадений» указывает и П. Девис. Как известно, земная жизнь – это углеродная жизнь. А химический элемент углерод образуется в недрах звезд. Однако для синтеза углерода необходимо одновременное столкновение трех ядер гелия. Как показывают расчеты, подобное событие в ядерной топке звезды чрезвычайно маловероятно. Однако есть и другой путь: при столкновении двух ядер гелия образуется ядро бериллия. А оно, в свою очередь