Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

Таким образом, формула Ньютона использовалась в течение почти двух столетий без всяких проблем, и, честно говоря, загвоздка с Меркурием не оказывала значительного влияния на жизнь большинства людей. Но затем появился ученый с совершенно невменяемой идеей относительно гравитации.

Представьте себе космос, а в нем Солнце с вращающимся вокруг Меркурием и забудьте обо всем остальном. Они – одни во Вселенной. Небольшая скалистая планета, двигающаяся вокруг огромного сияющего Солнца. И вокруг пустота.

Теперь избавимся от Меркурия. И от Солнца тоже (просто чтобы понять, что не осталось ничего).

А что если гравитация имеет что-то общее с этим оставшимся «ничем», то есть с той самой тканью Вселенной (чем бы они ни была)?

Для выяснения того, что могло бы произойти в данном случае, давайте вернем Солнце обратно и задумаемся. Если на минуту предположить, что на ткань нашей Вселенной можно оказать влияние, то одним из самых простых действий Солнца было бы согнуть ее. Каким образом? Хорошо, представьте себе тяжелый мяч, лежащий на расстеленном резиновом коврике. Резина будет прогибаться под тяжестью шара. Если затем натереть резиновый коврик мылом, то все, что окажется на нем, даже муравей, очутившийся слишком близко к прогнувшейся части, будет соскальзывать к мячу вниз. Для муравья этот эффект может ощущаться как притяжение (или гравитация).

Очевидно, что если бы звезды и планеты лежали на намыленной резине, то я надеюсь, что мы бы уже это заметили. Таким образом, ткань Вселенной не может оказаться плоским, твердым резиновым ковриком. Тем не менее она может быть невидимой трех– или даже четырехмерной тканью. И независимо от того, из чего создана эта объемная ткань, почему бы не вообразить ее огибающей содержащуюся в ней материю? Конечно, не только на плоскости, но и во всех направлениях, словно погруженный в океан, окруженный водой шар.

Если на мгновение принять эту идею всерьез, гравитация будет просто результатом такого изгиба: всякий раз, когда что-то падает, оно падает не из-за силы, тянущей его вниз, а потому, что скользит по невидимому склону в ткань Вселенной (пока не ударится о землю или какой-то предотвращающий дальнейшее падение предмет).

Сумасшедшая идея, согласен, но почему бы, в конце концов, не дать ей шанс? И как бы, согласно ей, объекты передвигались по Вселенной?

Для всех планет, включая Меркурий, геометрические расчеты с использованием этой «теории искривлений», кстати, дали точно такие же результаты, как у Ньютона. Что является как обнадеживающим, так и интересным. Так что насчет Меркурия?

Человек, придумавший эту невменяемую «теорию искривлений», обнаружил, что в описанной им Вселенной сплюснутый круг орбиты Меркурия должен вращаться вокруг Солнца не совпадающим с расчетами Ньютона образом. Насколько именно? Отклоняясь на угол, соответствующий приблизительно одной пятисотой доле секунды на часах. Каждый век. Удивительно. На протяжении более пятнадцати десятилетий после смерти Ньютона никто не был в состоянии выяснить это. Но он смог. И оказался прав. Гравитация внезапно перестала быть тайной. Она – искривление ткани Вселенной, вызванное содержащимися в ней объектами. Ньютон не увидел этого, и никто не замечал раньше, и сегодня мы до сих пор пытаемся выяснить все последствия такого взгляда.

Стивен Хокинг часто говорил: «Я бы не стал сравнивать радость открытия с сексом, но удовольствие от первого длится гораздо дольше». Один взгляд на фотографию человека, решившего проблему Меркурия, кажется, доказывает его утверждение.

Его зовут Альберт Эйнштейн, и только что преподнесенная нами теория, теория, которая связывает материю с локальной геометрией Вселенной в теорию гравитации, называется общей теорией относительности. Эта теория была впервые опубликована в 1915 году, сто лет тому назад, и ученым потребовалось некоторое время, чтобы понять, что Эйнштейн попутно совершил переворот в наших представлениях обо всем. Вопреки всему, что считали до него, он обнаружил, что Вселенная не только могла иметь форму, но и была динамичной, то есть менялась со временем. Так как звезды, планеты и все вокруг движется, то создаваемые ими в ткани Вселенной искривления движутся вместе с ними. И то, что верно в локальном масштабе вокруг этих объектов, вполне может оказаться верным для Вселенной в целом. Другими словами, даже если Эйнштейн сам в это не верил, он обнаружил, что Вселенная может меняться с течением времени и иметь будущее. А если что-то имеет будущее, значит, оно могло иметь и прошлое, а следовательно, историю и, возможно, даже начало.

До Эйнштейна считалось, что наша Вселенная всегда просто существовала. Теперь мы знаем, что это ошибка, по крайней мере в теперешнем понимании. И мы полагаем так уже целый век. Стало быть, что касается знаний о Вселенной, в которой мы живем, ей сто лет от роду.

Путешествие по известной Вселенной, проделанное в первой части, немного напоминает прогулку по лесу тропического острова, где вас поразила красота местных деревьев. После такой прогулки вы, конечно, можете вернуться на свою виллу, застать друзей за столом и рассказать им, как чудесно пройтись и подышать свежим океанским воздухом. Но тогда друзья могли бы спокойно задать вам вопрос: почему деревья растут, почему их листья зеленые и почему они вообще выглядят именно так, а не иначе…

Если представить, что Вселенная – лес, что там можно найти? Вместо того чтобы ставить под сомнение свежесть съеденных креветок, о чем таком фундаментальном следовало спросить вас друзьям? Существуют ли для понимания Вселенной какие-то другие методы, кроме эмпирического? И если уж совсем серьезно, разве возможно путешествовать по ней так, как вы?

Относительно последнего вопроса ответ прост: в земном теле или на космическом корабле – нет. Насколько мы знаем на сегодняшний день, путешествовать сквозь пространство и время, кроме как с помощью силы мысли, не представляется возможным. Ни один носитель информации не способен передвигаться со скоростью, превышающей скорость света. Так что то, что проделал ваш разум в первой части, в действительности было полетом по застывшей трехмерной картине известной сегодня Вселенной, реконструкцией, полученной в результате сбора всех снимков, сделанных всеми когда-либо имевшимися на Земле телескопами. Вы можете возразить, что видели все в движении, что это не было неподвижным изображением… Само собой разумеется. Скажем, картина представлялась «практически» застывшей. А теперь какие выводы из нее можно сделать? Есть ли закон, управляющий эволюцией всего?

На следующее утро после возвращения из виртуального путешествия разума, когда дежуривший у вашей кровати ночью друг ушел за завтраком, вы интуитивно знали, что он все еще где-то там, на улице, даже когда не могли его больше видеть, не так ли? Вы не начали воображать, что он растворился в воздухе и отправился в прошлое, чтобы поохотиться на динозавра и вернуться обратно с приготовленным для вас жарким из его лапы. Это, конечно, было бы довольно круто, признаю, но не произойдет по той же причине, по которой неразумно прыгать в пропасть или выбрасываться из окна. Основную причину, почему такого никогда не случится, очень сложно сформулировать и доказать, но если мы хотим попытаться разгадать тайны Вселенной, то должны допустить несколько вещей. Итак, первое наше допущение, или «постулат»: худо-бедно, но мы можем понять природу, даже за гранью того, что подсказывают нам наши чувства. Для его осуществления отныне следует считать, что в сходных условиях природа подчиняется одним и тем же законам повсюду в пространстве и времени, будь то здесь или там, сейчас, в прошлом или в будущем, независимо от того, можем ли мы это увидеть и знаем ли мы эти законы. Назовем это первым космологическим принципом. Жирным шрифтом, потому что это важно. Если бы мы не допустили его, то полностью застряли на месте, не в состоянии разгадать происходящее в недоступных или находящихся слишком далеко от нас местах либо в чересчур отдаленном прошлом. Если бы мы не сделали такого допущения, то ваш друг, вполне вероятно, мог бы отправиться назад в прошлое, на охоту на деликатесного динозавра.