Удивительная Вселенная
Удивительная Вселенная
Таким образом, когда наука перешла от изучения обычных, окружающих нас макроскопических явлений к исследованию микропроцессов, то она столкнулась с миром необычных, странных явлений.
Поэтому можно было ожидать, что когда будет сделан скачок в противоположном направлении — от физики макромира к физике мегакосмоса, для которого характерны колоссальные расстояния, огромные промежутки времени и гигантские массы вещества, то мы столкнемся с не менее странными и диковинными явлениями.
Так и произошло! Астрофизика XX века, изучая Вселенную, принесла ряд неожиданных открытий, явно не укладывающихся в рамки традиционных представлений о мироздании и производящих на первый взгляд впечатление необычного, невероятного, не поддающегося объяснению с позиций здравого смысла.
Об открытии расширения Вселенной мы уже говорили.
К не менее удивительным результатам привело и изучение ее геометрических свойств.
Мы не будем сейчас касаться полной драматических событий и крутых поворотов истории изучения этой проблемы. Подлинно научная постановка вопроса о геометрии пространства Вселенной, и в частности о его конечности или бесконечности, стала возможна лишь в начале XX столетия, когда А. Эйнштейном была создана общая теория относительности.
Один из основных выводов этой теории состоит в том, что геометрические свойства пространства зависят от распределения материи. Любая масса искривляет окружающее пространство, и это искривление тем сильнее, чем больше масса.
Сущность общей теории относительности Эйнштейн объяснял примерно так. Если бы из мира вдруг исчезла вся материя, то с точки зрения классической физики пространство и время сохранились бы. С точки зрения общей теории относительности с исчезновением материи исчезли бы пространство и время.
Таким образом, не существует абсолютного ньютоновского пространства и абсолютного времени, не зависящих от материи: пространство и время лишь формы ее существования.
Поскольку мы живем в мире, заполненном различными космическими объектами — звездами, туманностями, галактиками, мы живем в искривленном, или, как говорят математики, неэвклидовом пространстве.
В обычной жизни мы этого не замечаем, так как в условиях Земли имеем дело со сравнительно небольшими массами и незначительными расстояниями. Именно по этой причине мы вполне удовлетворяемся обычной эвклидовой геометрией. В земных условиях она является достаточным приближением к реальной действительности. Однако в космических масштабах искривление пространства становится значительным, и его уже нельзя по учитывать. Особенно важное значение это имеет для выяснения геометрических свойств Вселенной. В частности, оказалось, что в искривленном мире неограниченность и бесконечность пространства не одно и то же. Неограниченность пространства — это отсутствие границ. Но оказывается, неограниченное пространство может быть конечным, замкнутым в себе, и бесконечным.
Приведем для наглядности в качестве аналогии сферическую поверхность, поверхность шара конечного радиуса.
И представим себе некое гипотетическое двумерное существо, скажем бесконечно плоского муравья, обитающего v этой поверхности и даже не подозревающего, что существует какое-то третье измерение.
Куда бы ни полз этот муравей, он никогда не доберется до границы своего сферического мира. И в этом смысле сферическая поверхность неограниченна.
Но поскольку радиус ее конечен, то конечна и ее площадь — это конечное пространство.
Неограниченность материального мира не вызывает сомнений. Если мы стоим на позициях материализма и атеизма, мы должны признать, что материальный мир не может иметь границ. Наличие границ означало бы, что за ними располагается нечто нематериальное. Иными словами, мы пришли бы к идеальному, к религии.
Таким образом, вопрос о неограниченности материального мира — это принципиальный мировоззренческий вопрос,
Однако неограниченный мир, как мы уже знаем, может быть как конечным, так и бесконечным. И вопрос о том, каков он на самом деле, нельзя решить из одних лишь философских соображений, его можно решить только путем исследования реальной действительности.
Нетрудно догадаться, что конечность или бесконечность пространства Вселенной зависит от его кривизны, А кривизна, в свою очередь, определяется количеством материи, ее массой.
Соберем мысленно всю материю Вселенной и равномерно «размажем» ее по всему пространству. И посмотрим, какая масса окажется в одном кубическом метре, т. е. определим среднюю плотность.
Теория относительности дает четкий критерий: если средняя плотность не больше девяти протонов — ядер атомов водорода, пространство незамкнуто и бесконечно; если десять или больше протонов, замкнуто и конечно.
Что говорит нам современная астрофизика о средней плотности материи во Вселенной? Существуют различные способы ее определения, и они приводят к разным результатам. Но во всех случаях плотность получается ниже критической. Таким образом, с точки зрения современных астрофизических данных мы живем в бесконечной незамкнутой Вселенной.
Однако вопрос обстоит значительно сложнее. Прежде всего надо иметь в виду, что нам, возможно, известны не все формы существования материи, а открытие новых форм может изменить значение средней плотности материи.
Но если бы даже удалось определить среднюю плотность совершенно точно, вопрос о конечности или бесконечности Вселенной не был бы решен окончательно. Дело в том, что его, видимо, и нельзя решить окончательно в том смысле, в каком мы решаем многие другие вопросы науки, т. е. получить четкий ответ типа «да» или «нет».
Теория относительности вскрыла относительный характер ряда физических величин, казавшихся до этого абсолютными и неизменными. Несколько лет тому назад московскому астроному А. Зельманову удалось доказать, что относительным является и свойство пространства быть конечным или бесконечным. Пространство Вселенной, конечное и замкнутое в одной системе отсчета, может быть в то же самое время бесконечным и незамкнутым в другой.
Таким образом, мы встретились с не совсем обычной и в то же время поучительной ситуацией, которая показывает, что природа значительно сложнее наших формально-логических представлений о ней, что ее свойства и явления обладают диалектическим характером.