Вокруг света 1974-01, страница 35

Если же Плотность материи меньше некой величины, тогда пространство Вселенной не замкнуто. Оно бесконечно, и, стало быть, бесконечен его объем. И объехать вокруг Вселенной нельзя даже в принципе.

Так эта проблема выглядит в первом приближении. Сразу же оговоримся, что под Вселенной мы здесь понимаем тот мир, который нам известен, а не вообще «все сущее».

Либо да, либо нет! Так эта проблема выглядела сравнительно недавно. Увы (а может, к счастью?) все оказалось гораздо сложней.

НИ ДА, НИ НЕТ

«Порвалась связь времен!» — в величайшей тревоге восклицал шекспировский Гамлет. Если бы датский принц был диалектиком, то он понял бы, что именно тогда, когда рвется «связь времен» — цепь привычных причин и следствий, — создаются наиболее благоприятные условия для прогресса, для скачка в неизвестное.

Нелегко освоить уже и то, что наш обжитой мир в действительности искривлен. Еще труднее представить себе, к чему ведет это неощутимое в обыденном существовании человека искривление в масштабах Вселенной.

Мы сказали: достаточно вычислить плотность материи в пространстве, чтобы установить замкнута или нет наша Вселенная.

Такие подсчеты делались и делаются. Новейшие из них дают величину раз в десять меньшую «критической». В результате выходит, что наша Вселенная про-странственно-бесконечна.

Но можем ли мы поручиться, что учли все виды материи? Сравнительно недавно, скажем, считалось, что вакуум — это пустота, ничто, «дырка от бублика». Теперь выяснилось, что вакуум — это тоже форма существования материи. Очень своеобразная, странная с точки зрения здравого смысла, но форма. «Пустота», «ничто», как оказалось, способна в определенных условиях рождать вполне материальные частицы и притом без каких-либо нарушений законов сохранения.

Этот пример заставляет нас с большой осторожностью относиться ко всем определениям средней плотности материи, ибо во Вселенной вполне могут существовать еще не известные ее формы. Впрочем, и современные подсчеты известных форм материи не столь уж надежны. Взять хотя бы нейтрино. Потоки этих неуловимых частиц пронизывают космическое

пространство (и нас с вами) во всех направлениях. Но о том, какова общая масса этих частиц во Вселенной, мы пока что можем судить весьма приблизительно.

Допустим, однако, что все эти трудности в конце концов удалось бы преодолеть и вычислить совершенно точное значение средней плотности. Получили бы мы в этом случае ответ на интересующий нас вопрос?

Вот тут-то, пожалуй, и начинается самое удивительное...

Дело в том, что все выводы общей теории относительности, касающиеся геометрии мира, справедливы для так называемой однородной, изотропной Вселенной. То есть такой Вселенной, свойства которой по различным направлениям и в разных, достаточно больших областях примерно одинаковы.

Астрономические данные, имеющиеся в нашем распоряжении, свидетельствуют о том, что в достаточно больших масштабах однородность Вселенной сколько-ни-будь заметным образом не нарушается. Но следует помнить о том, что мы умеем наблюдать далеко не все космические объекты. Ведь еще совсем недавно мы даже не подозревали о существовании нейтронных звезд — пульсаров и квазаров... А сколько еще таких космических объектов, о существовании которых мы даже не подозреваем?

А в неоднородной, анизотропной Вселенной ситуация, как это недавно показал советский космолог А. Л. Зельманов, существенно усложняется. Получается так, что пространство Вселенной может быть сразу и конечным и бесконечным.

Теория этого вопроса (или, если угодно, парадокса) чрезвычайно сложна. Впрочем, возможно, столь же сложной была для современников Магеллана теория шарообразности Земли. («Позвольте, а почему тогда антиподы не падают с Земли, ведь они стоят по отношению ко мне вверх ногами?!») Так что попробуем расставить кое-какие ориентиры.

Абсолютны или относительны пространственно-временные отношения окружающих нас объектов? Всегда ли и всюду метр — это метр, а секунда — это секунда? Прошло уже более полувека, как Эйнштейн показал, что все эти величины относительны, что их характер целиком зависит от состояния движения данной системы. Так, в движущейся системе течение времени замедляется, а все масштабы длин сокращаются. Иначе говоря, р самолете

метр короче, а секунда длиннее, чем на поверхности Земли. Правда, в этом случае разница столь неощутима, что ее пока невозможно обнаружить никакими приборами. Но при скорости системы, близкой к скорости света, эта разница дает о себе знать явственно. Сейчас это уже не только вывод теории, а и экспериментальный факт: «для нас», как показали опыты, время жизни сверхбыстрой элементарной частицы одно, «для частицы» — совсем другое. Равно как и ее размеры.

Но отсюда вытекает, что понятия «конечность», «бесконечность» тоже, 'видимо, относительны. Если Вселенная однородна, изотропна, то в ней есть одна-единственная физически преимущественная

система координат. (Она как бы «вморожена в вещество».) Но если Вселенная неоднородна, анизотропна, то систем координат может быть множество. И тогда в одной движущейся системе Вселенная окажется бесконечной, а в другой — конечной. Подобно тому как метр в ракете не тождествен метру, лежащему на поверхности Земли.

Вот как далеко увела нас теория от классического вопроса: «Конечна или бесконечна?» Согласен, трудно смириться с новой постановкой вопроса. Но, с другой стороны, почему великая природа Вселенной обязательно должна согласовываться с выводами нашего земного, куцего «здравого смысла»?

«ТОННЕЛИ» В ИНЫЕ МИРЫ?

Известный американский физик Р. Оппенгеймер рассмотрел в свое время любопытную теоретическую возможность. Предположим, очень большая масса вещества очутится в очень малом объеме. Toi$a ее сжатие под действием собственного тяготения может стать неудержимым. Произойдет гравитационный коллапс — пространство замкнется...

Это было чисто теоретическое рассуждение, исследование по принципу: «рассмотрим некую воображаемую сдасуацию и попробуем выяснить, что получится...» (Любимый, кстати, фантастами прием.) Однако за последние годы в глубинах Вселенной был открыт целый ряд явАений, которые говорят о вполне реальной концентрации огромных масс в сравнительно небольших областях пространства. При определенных условиях такая масса начинает катастрофически сжиматься.

Происходит как бы падение всей огромной массы коллапсирующего

3 «Вокруг света» № 1

зз