home   |   А-Я   |   A-Z   |   меню


Бесконечный мир размером с точку

Александр Александрович Фридман родился в семье придворных музыкантов и детство провел в Зимнем дворце. В первую мировую войну он был на фронте в артиллерийских и воздухоплавательных частях. Не раз совершал опасные полеты, однажды едва не погиб при неудачном приземлении. Сочувствуя революционным идеям, он прятал в Зимнем дворце прокламации, одним из первых российских ученых признал Октябрьскую революцию. Много работал, преподавал. Увлекаясь наукой, мало внимания уделял личным удобствам.

Летом 1925 года газеты сообщили, что директор Главной геофизической обсерватории профессор А. А. Фридман и аэронавт П. Ф. Федосеенко достигли на стратостате высоты в семь тысяч двести метров. Это был рекорд страны. Через два месяца Александр Александрович умер от брюшного тифа, случайно заразившись во время туристской поездки в Крым. Он умер, так и не узнав о том, что две его небольшие статьи в физическом журнале совершили настоящую революцию в науке о строении и происхождении Вселенной.

В жестокой борьбе с религией наука создала картину бесконечной Вселенной, и вот теперь, основываясь на общей теории относительности, Фридман показал, что эта картина приближенная, и на самом деле мир может быть конечным. Но это не простой шар, где можно «дотронуться» до ограничивающей его стенки. Таких границ у мира нет. Конечный, но без границ.

Чтобы понять, как это может быть, представим себе муравья, бегущего по проволочному кольцу. Его одномерный мир сразу бесконечен и ограничен. Ограничен, так как, двигаясь все время вперед, муравей обязательно попадет в то место, где он уже побывал ранее, а бесконечен потому, что, сколько ни бегай, никакого конца у кольца не обнаружишь. Одномерная Вселенная обладает краями лишь в мире с большим числом измерений — на плоскости или в пространстве.

Для муравья на глобусе мир был бы двумерным, но опять-таки самозамыкающимся и вместе с тем бесконечным. И если бы муравей сам был двумерным и не мог «привстать» над поверхностью глобуса, то никаких границ своего мира он никогда не обнаружил. Двумерный мир полностью бы исчерпывал все доступное ему пространство.

Сказочным двумерным «людям», живущим на поверхности шара, было бы очень трудно представить себе ограниченность их Вселенной. Для этого им пришлось бы иметь дело с воображаемым трехмерным миром, который они могли бы изучать лишь с помощью математических формул, — ведь в своей жизни они имеют дело только с длиной и шириной, высоты у них нет.

Вселенная в электроне

Точно так же наше трехмерное пространство может быть поверхностью четырехмерного шара. Оно тоже будет одновременно бесконечным и замкнутым. У него нет границ, но объем его конечен. Этот «недостаток» мы не будем ощущать, поскольку мы тоже не можем «привстать» над трехмерным миром.

Конечно, реально никакого четырехмерного мира не существует, иначе четвертое измерение проявлялось бы в наших экспериментах. Это всего лишь вспомогательный математический образ. Однако это не мешает трехмерному миру обладать свойством кривизны и, подобно двумерной сфере, иметь конечный радиус.

Вообще говоря, двумерные существа могли бы узнать о замкнутости своего мира, если бы решили измерить длины концентрических окружностей, описанных вокруг какой-либы еще более поразительное свойство: длины окружностей сначала растут с увеличением их радиуса, а затем начинают убывать и, наконец, стягиваются в точку! И вот это убедило бы жителей в том, что их мир замкнут. Его размеры: длина светового луча-радиуса от точки испускания до точки, в которой концентрические окружности становятся бесконечно малыми.

Если забыть о технических трудностях и рассуждать чисто теоретически, то аналогичный опыт можно проделать и в трехмерном пространстве — например, измерять площади концентрических сфер. Если мир искривлен и замкнут, они тоже сначала будут возрастать, а затем стянутся в точку. Заглядывая достаточно далеко в космос, мы увидим внутренность микромира. И опять мы встречаемся с тем же Великим кругом: из точки через космос в микромир! Два переходящих друг в друга полюса.

Из формул, полученных Фридманом, следует, что радиус искривленного мира зависит от его массы. Чем она больше, тем больше радиус. Например, замкнутый мир с массой, равной массе солнца, имел бы радиус всего около трехсот метров. А вот размер замкнутого мира, масса которого приблизительно такая же, как у всей нашей Вселенной, составляет уже что-то около триллиона триллионов километров.

Если масса, а следовательно, и радиус мира очень велики, то его свойства практически не отличаются от свойств плоского мира. Его жители не будут даже и подозревать о замкнутости своего мира и о том, что, кроме этого, кажущегося им единственным и бесконечным мира, имеется еще множество других похожих миров.

Такие замкнутые миры могут существовать независимо один от другого. Для их обитателей каждый из них выглядит, как вся Вселенная, а другие миры просто не видимы, словно их вообще не существует в природе. Один мир по отношению к другому представляет собой «схлопнувшееся», самозамкнувшееся пространство. Никакой связи между ними нет. Они не могут ни пересечься, ни соприкоснуться между собой, они просто принадлежат различным трехмерным пространствам.

Можно сказать, что формулы Фридмана описывают Вселенную, состоящую из множества изолированных трехмерных миров, живущих в своем собственном ритме времени. Изнутри такой мир может быть большим или малым, а извне, по отношению ко всем остальным мирам, каждый из них является «абсолютным ничто», точкой, лишенной размеров, массы и всех других мыслимых физических свойств.

Просто невероятно: целая Вселенная и в то же время «абсолютная точка» в пространстве и времени! Под одним углом зрения — бесконечность, под другим — нуль.

Удивительные фокусы творят силы тяготения. Как не вспомнить стихотворение Корнея Чуковского, где «волки скушали друг друга», или известную шутку о том, как змея сама себя проглотила!

Правда, здесь следует сделать важную оговорку. Вывод о полном схлопывании пространства получается, если не учитывать процессов рождения и поглощения элементарных частиц, которые разыгрываются на малых расстояниях. Когда «ворота» в замкнутый мир становятся очень узкими, нужно учитывать одновременно формулы Фридмана и квантовую механику, которая управляет физическими процессами в ультрамалом. К сожалению, такой единой теории (квантовой теории относительности) еще не создано. Сегодня существуют две отдельные науки: теория относительности Эйнштейна, с вытекающими из нее формулами Фридмана, и квантовая механика (подробнее мы познакомимся с ней в следующей главе). Их объединение — дело будущего, поэтому как происходит последний микроскопический этап схлопывания пространства и его «отпочковывание» от материнского мира, мы точно не знаем.

Грубые оценки подсказывают, что когда соединяющая миры перемычка утончается до размеров геометрического кванта, пространство в ней становится неустойчивым, состоящим из отдельных «кусков», как битый лед в полынье. Такое дробленое пространство не может задержать переход энергии из одного мира в другой. Через оставшуюся тонюсенькую «пуповину» с размерами около 10-33 сантиметров, образно говоря, струится поток энергии, которая не позволяет ей сжаться до конца. Остается точечный «прокол» из одного мира в другой. Если новых миров образуется много, то Вселенная станет похожей на гроздь винограда со сросшимися ягодами — мирами.

Посмотрим теперь, что произойдет, если попытаться перейти из одного полузамкнутого мира в другой. Они обладают различной пространственной кривизной и разными ритмами времени, поэтому можно ожидать, что на их стыке будет происходить масса любопытных явлений. Прежде всего выясним, какие физические условия способствуют «созреванию» и «отпочковыванию» новых миров-вселенных. Это подскажет нам, где искать их «ворота».


Изогнутое пространство и искривленное время | Вселенная в электроне | Черные дыры пространства



Loading...