Мир многих миров: Физики в поисках иных вселенных - [7]

Шрифт
Интервал

Он восхищался теорией Эйнштейна и погрузился в ее изучение со свойственным ему энтузиазмом. "Я неуч, — часто говорил он. — Я ничего не знаю. Я буду еще меньше спать и не позволю себе никаких отвлечений, поскольку вся эта так называемая жизнь — лишь бесполезная растрата времени".[8] Он словно бы знал, что у него в запасе всего несколько лет, а сделать предстоит еще много.

В совершенстве освоив математику общей теории относительности, Фридман сконцентрировался на проблеме, которую считал центральной, — строении Вселенной в целом. Из статей Эйнштейна он знал, что без космологической постоянной теория не имеет статических решений, но хотел выяснить, какие варианты решений все же возможны. И тут был совершен радикальный шаг, обессмертивший его имя. Вслед за Эйнштейном Фридман предположил, что Вселенная однородна, изотропна и замкнута, то есть имеет геометрию трехмерной сферы. Но он отбросил статическую парадигму и позволил Вселенной двигаться. Радиус сферы и плотность вещества могли теперь изменяться во времени. Отказавшись от требования статичности, Фридман обнаружил, что уравнения Эйнштейна имеют решение. Они описывают сферическую вселенную, которая начинается с точки, расширяется до некоторого максимального размера, а потом вновь сжимается в точку. В начальный момент, который мы теперь называем Большим взрывом, все вещество Вселенной упаковано в единственную точку, в которой плотность вещества бесконечна. Она убывает, пока Вселенная расширяется, и растет, пока та сжимается обратно, чтобы опять стать бесконечной в момент "большого схлопывания", когда Вселенная вновь становится точкой.

Большой взрыв и "большое схлопывание" отмечают начало и конец Вселенной. Из-за исчезающе малого размера и бесконечной плотности материи математические величины, фигурирующие в уравнениях Эйнштейна, становятся неопределенными, а пространство-время не может продолжаться за этими точками. Такие точки называют сингулярностями пространства-времени.

Рис. 3.1. Расширяющаяся и вновь сжимающаяся Вселенная.

Двумерную сферическую вселенную можно представлять расширяющимся и сжимающимся воздушным шаром (рис. 3.1). Закорючки на его поверхности изображают галактики, и по мере расширения шара расстояния между ними будут расти. Таким образом, наблюдатель в любой галактике видит, что остальные галактики разбегаются. Расширение постепенно замедляется гравитацией и в конце концов останавливается, сменяясь сжатием. На фазе сжатия расстояния между галактиками будут убывать, и все наблюдатели увидят, что галактики приближаются к ним.

Не имеет большого смысла спрашивать, куда расширяется Вселенная. Мы изображаем вселенную воздушного шара расширяющейся в окружающее пространство, но это не имеет никакого значения для ее обитателей. Они привязаны к поверхности шара и не представляют себе третьего, радиального измерения. Подобным образом для наблюдателя в замкнутой вселенной трехмерное сферическое пространство — это все существующее пространство, и вне его ничего нет.

Вскоре после публикации этих результатов Фридман открыл другой класс решений с иной геометрией. Вместо искривления "на себя" пространство в этих решениях в определенном смысле искривляется "от себя", что приводит к бесконечным (открытым) вселенным. Двумерным аналогом этого типа пространства является поверхность седла (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Двумерный аналог открытой вселенной.

И вновь Фридман обнаруживает, что расстояние, разделяющее любую пару галактик в открытой вселенной, растет, начиная с нулевого значения в сингулярности. Сначала расширение замедляется, но в данном случае гравитация недостаточно сильна, чтобы обратить его вспять, и со временем галактики приближаются к постоянной скорости удаления.

На границе между открытыми и закрытыми моделями находится вселенная с плоской, евклидовой геометрией.[9] Она хоть и расширяется без ограничений, но делает это как будто на пределе, так что скорость расширения становится со временем все меньше и меньше.

Замечательная особенность решений Фридмана состоит в том, что они устанавливают простую связь между геометрией Вселенной и ее конечной судьбой. Если Вселенная замкнутая, она должна вновь сколлапсировать, а если открытая или плоская, то будет расширяться вечно.[10] В своих статьях Фридман не отдавал предпочтения ни одной из моделей.

К сожалению, Фридман не увидел, как его работа стала основанием современной космологии. Он умер от брюшного тифа в 1925 году в возрасте 37 лет. И хотя его статьи были опубликованы в ведущем немецком физическом журнале, на них почти не обратили внимания.[11] Они были извлечены из небытия лишь в 1930-х годах, вслед за открытием Хабблом расширения Вселенной.[12]

Момент творения

Что бы ни говорили решения Фридмана о будущем Вселенной, самая неожиданная и интригующая их особенность — наличие начальной сингулярности, Большого взрыва, где перестает работать математика общей теории относительности. В сингулярности вещество сжимается до бесконечной плотности, и становится невозможно распространить решение на более ранние моменты времени. Таким образом, если воспринимать все буквально, Большой взрыв должен рассматриваться как начало Вселенной. Было ли это сотворением мира? Возможно ли, чтобы целая Вселенная началась с единственного события, случившегося конечное время назад?


Рекомендуем почитать
Марсианский проект С. П. Королёва

Книга В. Бугрова, издаваемая Фондом содействия авиации «Русские Витязи», посвящена одному из самых грандиозных замыслов С. П. Королева — пилотируемой экспедиции на Марс. Будучи непосредственным участником описываемых событий, автор впервые приводит факты и документы, свидетельствующие о реальных работах по практической реализации этого проекта в период 1960–1974 гг., знакомит читателя с черновиками уничтоженного в 1974 г. проекта из своей «совсекретной» рабочей тетради, а также рассматривает в контексте главного творческого замысла Королева все работы, задуманные Сергеем Павловичем и проводившиеся при нем и после него в указанный период, что позволит читателю по-новому взглянуть на творческий облик Королева и на некоторые периоды истории отечественной космонавтики. Выводы, к которым приходит В. Е. Бугров, представляют особый интерес, поскольку это не результат исследований журналиста или историка и не интервью с очевидцем, а итог комплексной оценки сорокалетнего периода отечественной космонавтики, сделанной профессионалом в области создания пилотируемых ракетно-космических комплексов. Книга рассчитана на широкий круг читателей.


С думой о Земле

Дело, начатое Сергеем Павловичем Королевым и Юрием Алексеевичем Гагариным, их соратниками, живет и ширится. Эта мысль красной нитью проходит через страницы этой книги. Она содержит три раздела, которые объединяет общий замысел — показ советской космонавтики с позиций того участка, где довелось трудиться авторам. Это размышления о жизни и работе в космосе, повествование о технике обеспечения космических полетов, об экспериментах в космосе, о взаимосвязи космонавтики с различными областями деятельности людей, об истории и месте космонавтики в нашей земной жизни. Книга рассчитана на широкий круг читателей.


Боги с небес

Книга известного американского астронома Эдвина Краппа отличается от подобных изданий тем, что он открывает перед читателем не загадочный мир сложной астрологической науки, пестрящей «оковами цифр и знаков», а чудо «живой астрономии», наполненной образами древней мифологии, чудесами небесного покровительства человечеству. Расшифровкой космических посланий людям занимались специальные «связные», которые у каждого народа и в каждую эпоху назывались по-своему: волхвы, звездочеты, шаманы, астрологи, гадатели, придворные астрономы. Эдвин Крапп раскрывает перед нами связь между временами и поколениями, материками и народностями, земным и небесным. Последние исследования в области истории астрономии и археологии, подкрепленные мифологическими ассоциациями, позволяют под иным углом взглянуть на культурологическое наследие нашей цивилизации, а также на ее прошлое, настоящее и будущее. [Адаптировано для AlReader].


Серебристые облака и их наблюдение

В книге рассказывается о самых высоких облаках земной атмосферы — серебристых, или мезосферных облаках. В первой главе рассказано об условиях видимости, структуре, оптических свойствах, природе и происхождении серебристых облаков, об исследованиях их из космоса. Во второй главе даны указания к наблюдениям серебристых облаков средствами любителя астрономии.


Затмение Луны и Солнца

Серия научно-популяризаторских рассказов в художественной форме об астрономических событиях.


Правда о программе Apollo

Сколько людей отпечатали свои следы в пыли лунных долин?Задайте этот вопрос своим знакомым, и вы услышите ответ: двое... четверо... A их было 12! А летало вокруг Луны 24! Ваши знакомые ошибаются потому, что это во многом политическое, но все-таки героическое, принципиальное в истории земной цивилизации событие всячески замалчивалось советскими идеологами. И по сей день в нашей стране не издано ни одной книги, рассказывающей об американской лунной программе «Аполлон».Известный журналист и писатель Ярослав Голованов написал историю «Аполлонов» еще в конце 70-х годов, но ни одно издательство не решилось выпустить ее.