Глава 5. ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ ВСЕЛЕННОЙ.

Известный московский астрофизик А.Л. Зельманов однажды так определил связь, существующую между прошлым, настоящим и будущим. «Прошлое – тот отрезок времени, относительно которого мы питаем иллюзию, будто знаем о нем все. Будущее – тот отрезок времени, относительно которого мы питаем иллюзию, что можем все в нем изменить по своему желанию. А настоящее – та граница, на которой будущее превращается в прошлое и одни иллюзии сменяются другими».

Разумеется, это шутка. Но, как говорится, в любой шутке есть доля правды. В данном случае она состоит в том, что прошлое, настоящее и будущее связаны между собой самым тесным образом: настоящее вырастает из прошлого, а будущее – из настоящего.

От настоящего – к прошлому.

В тех случаях, когда речь идет о явлениях космического порядка, в соотношение времен вмешиваются еще и гигантские космические расстояния.

Как известно, лучи света, как и другие электромагнитные излучения, распространяются в пространстве со скоростью 300 тысяч километров в секунду. При такой скорости любые земные расстояния электромагнитные излучения преодолевают практически мгновенно. И, наблюдая на экране телевизора футбольный матч, который транслируется из Южной Америки, мы видим, как мяч влетел в ворота практически в тот же самый момент, что и зрители, присутствующие на стадионе…

Иное дело расстояния космические. Даже от ближайшей звезды – Солнца свет до Земли идет 8 минут 18 секунд. А от всех прочих гораздо дольше. Поэтому, отыскав на небе Полярную звезду, мы увидим ее такой, какой она была около 500 лет назад. Яркую летнюю звезду Денеб из созвездия Лебедя мы наблюдаем с опозданием на 600 лет, многие другие космические объекты – в еще более отдаленном прошлом.

Весной 1987 года в одной из ближайших галактик – Большом Магеллановом Облаке вспыхнула так называемая сверхновая звезда. Событие, представляющее огромный интерес для науки, и довольно редкое. И впервые астрономы получили возможность наблюдать подобную вспышку, да еще сравнительно близкую, с самого начала! Исследователям Вселенной – нашим современникам – крупно повезло! Но современниками вспышки они отнюдь не являются. Ведь от Земли до Большого Магелланового Облака около двухсот тысяч световых лет. Значит, вспышка, которую земляне увидели в 1987 году, в действительности произошла около 200 тысяч лет назад. И чем дальше расположен от нас тот или иной космический объект, тем в более далеком прошлом мы его наблюдаем. Благодаря этому при астрономических исследованиях астрономы могут непосредственно изучать события давным-давно минувших времен, черпать из этих наблюдений факты, необходимые для построения астрофизических теорий, проверять полученные теоретические выводы.

Есть, впрочем, еще одна «путеводная звезда», способная указать науке путь в «детство» Вселенной. Это связь между прошлым и настоящим, между теми космическими объектами, которые существовали в прошлом, и теми, которые существуют в настоящем.

В свое время на основе специальной теорий относительности, созданной Эйнштейном, была разработана релятивистская механика точки. Однако в течение довольно длительного времени не существовало релятивистской механики протяженных объектов.

Лишь около 20 лет назад появилось понятие «релятивистской струны» – одномерного протяженного объекта и были предприняты попытки описать его поведение с помощью специальной теории относительности.

Дальнейшие исследования показали, что в отличие от точки «струна» (астрофизики иногда называют ее стрингом или суперстрингом) обладает внутренними степенями свободы и является квантовым объектом. Однако при переходе от обычной теории описания поведения струны к квантовой выяснилось, что нарушается один из фундаментальных принципов современной физической теории, так называемый принцип инвариантности. Чтобы преодолеть эту трудность, приходится рассматривать струну в пространстве не 3-х, а 26 измерений…

На основе идеи релятивистских струн развилась современная адронная физика, то есть физика частиц, принимающих участие в сильных взаимодействиях. К числу таких частиц относятся протоны, нейтроны и более тяжелые частицы гипероны (все эти частицы называются барионами), а также мезоны с достаточно большими массами. Все адроны, согласно современным представлениям, построены из кварков.

В этой теории все физические взаимодействия сводятся уже к взаимодействиям не точечных, а протяженных объектов – к взаимодействию струн.

Кроме адронов и более легких частиц лептонов существуют еще и частицы-переносчики физических взаимодействий. Переносчиками электромагнитного взаимодействия служат фотоны, сильного – глюоны, слабого – бозоны.

Правда, нитеобразное расположение скоплений в сверхскоплениях просматривается более отчетливо, чем нитевидное расположение отдельных галактик в самих скоплениях. Но это скорее всего объясняется тем, что галактики расположены значительно ближе друг к другу, чем соседние скопления, и потому в значительно большей степени подвержены воздействию сил взаимного тяготения. За миллиарды лет гравитационное взаимодействие могло весьма существенно изменить первоначальную картину расположения звездных островов в пространстве скоплений. Так что нитевидное расположение галактик представляет собой вполне реальный факт.

Оригинальные идеи в физике ценятся необычайно высоко. Вспомним знаменитое высказывание одного из «зачинателей» современной физической науки Нильса Бора: эта теория недостаточно безумна, чтобы быть истинной… Но выдвинуть необычную идею еще мало. Перефразируя известную пословицу, можно сказать, что в физике «оригинальными идеями вымощен ад». Безумные идеи способны выдвигать и обитатели психиатрических лечебниц. Но природа – единственна и потому среди множества «безумных» идей истинной может быть только одна.

А это значит, что, выдвигая оригинальную физическую идею, необходимо обосновать ее жизнеспособность, доказать, что реальные события если не обязательно должны, то хотя бы могли развиваться именно таким путем.

Нитевидная «неоднородность», тончайшая нитевидная «складка», способная дать жизнь нитеобразным скоплениям и сверхскоплениям – какими свойствами она должна обладать? Скажем прямо, свойства эти поразительны. Материал, из которого состоят подобные нитевидные, тончайшие словно волос образования, или, как их сейчас принято называть, «космические струны», должен быть чудовищно плотным и массивным. Иначе эти неоднородности не смогли бы сконцентрировать вокруг себя и удержать вещество, необходимое для формирования тысяч галактик. Но и этого мало. Материал «струн» должен быть в высшей степени устойчивым, крепким, способным не только противостоять необычайно бурным процессам, протекающим в окружающей расплавленной ядерной магме, но и оставаться при этом «холодным», безразличным к испепеляющему жару ранней Вселенной.

Каким же образом подобные удивительные объекты в процессе расширения могли образоваться? Вот вопрос. Случайная «флюктуация», «всплеск», случайное отклонение от средней плотности? Ну, если бы речь шла об одной струне или, в крайнем случае, нескольких, подобное предположение было бы еще допустимо. Но ведь скоплений и сверхскоплений множество…

Значит, в расширяющейся Вселенной должен был действовать какой-то механизм, закономерно порождающий «космические струны». Это – очередное «знание о незнании», поскольку детали подобного механизма нам еще неизвестны. Можно только предположить, что струны – своеобразные остатки того первозданного вещества, из которого образовалась наша Вселенная.

Обсуждая удивительные свойства космических струн, физики нередко говорят о «запаянном» в этих тончайших «жгутах» «первобытном» вакууме и о «высоконапряженном однородном вакуумном поле», о «первобытном правеществе». Но все это скорее эпитеты, своеобразные художественные образы, нежели точные физические характеристики. Чтобы добыть такие характеристики, астрофизикам совместно с физиками предстоит еще немало потрудиться. А вот последовательность событий, происходивших в ту эпоху, по крайней мере, чисто внешне можно себе представить и сейчас.

Как мы уже знаем, в период стремительного «раздувания» Вселенной в ней образовались домены – области, причинно не связанные друг с другом. Области эти были отделены друг от друга тончайшими стенками-пленками, состоящими из вещества, на тридцать порядков более массивного, чем космические струны. В тот момент, когда началась эра господства сил тяготения, эти «стенки» под действием огромного поверхностного натяжения мгновенно разорвались на отдельные части, которые, в свою очередь, тут же стянулись, образовав черные дыры.

Иная судьба ожидала нити «космических струн». В борьбе с ними гравитация оказалась бессильной, они устояли, пронизав бесчисленными волокнами вещество ранней Вселенной. Под действием собственного тяготения они причудливо извивались и перемещались в пространстве, то и дело сталкиваясь друг с другом. Сталкивались, изгибаясь, и их различные части. И эти столкновения сделали то, что не смогла сделать гравитация сама по себе. Нити «струн» разрывались, рассекались, разрубались на множество частей. Обладая огромными массами и перемещаясь с колоссальными ускорениями, «струны» испускали мощное гравитационное излучение – волны, тяготения, а вместе с ними теряли часть своей массы и с течением времени постепенно «таяли». Но те, что остались, оказали решающее воздействие на дальнейшую эволюцию материи в нашей Вселенной. Без них не образовались бы ни галактики, ни звезды, ни планеты.

Вот такой сценарий происхождения галактик и был предложен академиком Зельдовичем. А затем наступила пора расчетов, которые и были выполнены на ЭВМ главным образом американскими учеными. И концы удалось свести с концами. Правда, для этого пришлось ввести в расчеты несколько так называемых подгоночных параметров. Впрочем, астрофизикам так поступать приходится довольно часто. При построении теоретических моделей тех или иных процессов какие-то свойства изучаемых систем, как правило, остаются неизвестными. И для того чтобы выполнить намеченные расчеты, теоретику приходится вводить условные параметры. Разумеется, берутся они не «с потолка», а исходя из соображений о физической сущности происходящих процессов. Но как бы то ни было, их использование придает теоретической модели некоторую долю неопределенности. Не случайно ученые, шутя, говорят, что с «помощью» «подгоночных» параметров можно в принципе доказать все что угодно. Только дальнейшее развитие науки может показать, насколько корректным в каждом конкретном случае было их применение…

К счастью, при построении модели эволюции Вселенной, о которой идет речь, таких параметров было использовано немного и относились они исключительно к свойствам «первоначального» вакуума. Все же последующее развитие событий получилось с помощью вычислений уже чисто автоматически без всяких дополнительных предположений.

Оптимизм вселяло то обстоятельство, что в итоге теоретических построений вырисовалась картина структуры Вселенной, в которой как форма сверхскоплений, так и число этих грандиозных образований, содержащих то или иное количество архипелагов галактик, находились в согласии с данными астрономических наблюдений.

Однако теория теорией, а главным арбитром, который в естественных науках выносит оценку достоверности теоретических построений, являются факты, добываемые с помощью экспериментов и наблюдений. Дело в том, что в астрофизике нередко бывает так, что следствия некоторой причины, предсказанные теорией, налицо, но причина, их породившая, оказывается совершенно иной. Поэтому необходимо обнаружить и пронаблюдать саму «причину». Что же говорят астрономические наблюдения о новой модели формирования крупномасштабной структуры Вселенной? Удалось ли отыскать в просторах мирового пространства сами «космические струны»?

Прежде всего, задумаемся над тем, как их вообще можно обнаружить? Сделать это непросто хотя бы уже по той причине, что в современной Вселенной «струн» должно было сохраниться не так уж много. Значительная их часть бесследно «растаяла», «испарилась», а те, что дожили до наших дней, имеют сравнительно небольшую по космическим меркам протяженность: всего около тысячи световых лет. Напомним для сравнения, что поперечник нашей Галактики – сто тысяч световых лет. К тому же, согласно расчетам, среднее расстояние между ближайшими струнами составляет десятки миллионов световых лет. Но, может быть, самая большая трудность – в другом. Как мы уже знаем, «струны» не излучают ни свет, ни радиоволны, хранят они полное «молчание» и во всех других диапазонах электромагнитных излучений. Поэтому ни телескопы, ни радиотелескопы, ни приемники инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучений для поиска этих загадочных образований, увы, непригодны. Одна надежда на гравитацию. «Струны» обладают очень мощным тяготением, а оно так или иначе должно сказываться на тех или иных космических явлениях.

В частности, «космические струны» могут играть роль «гравитационных линз», отклоняющих своим могучим притяжением световые лучи более далеких объектов. И если позади струны расположен квазар (компактный, необыкновенно яркий космический объект), то в телескоп мы увидим не одну, а две близко расположенные светящиеся точки. Благодаря воздействию поля тяготения «струны» произойдет «расщепление» изображения квазара на две составляющие. Подобное явление не так давно зарегистрировали американские астрономы, но их наблюдения требуют еще тщательной проверки.

Если же позади «космической струны» окажется какая-нибудь галактика, то ее видимый диск мы увидим рассеченным на две половины. В принципе возможны и другие способы косвенного обнаружения «космических струн». Но подобные исследования только начинаются.

Так была построена новая, «струнная» модель формирования крупномасштабной структуры Вселенной. Модель, способная успешно преодолеть многие трудности прежних гипотез.

Именно так как будто произошло и на этот раз. В научной печати появились сообщения о том, что группа астрофизиков из Гарвардского университета в США в результате тщательного анализа ряда скоплений галактик обнаружила довольно многочисленные нарушения нитеобразной структуры. Оказалось, что в ряде мест у «нитей» имеются гигантские разрывы, свободные от вещества, протяженностью в сотни миллионов световых лет. По форме эти пустоты похожи на гигантские «пузыри», на поверхности которых расположены скопления галактик, а внутри – светящегося вещества в сотни раз меньше. Иными словами, скопления встречаются не только на нитеобразных пересечениях соседних «ячеек» сетевой структуры, но и на оболочках этих ячеек. И что самое главное и самое интересное: такие галактики разлетаются во все стороны от центров ячеек с огромными скоростями, достигающими тысяч километров в секунду.

Такая картина невольно наводит на мысль, что в истории эволюции нашей Вселенной был период каких-то грандиозных катаклизмов, гигантских взрывов, разметавших во всех направлениях часть вещества «космических струн», вследствие чего формирование галактик происходило не только вдоль нитевидных сгущений, но и на внешних окраинах. Те «следы», которые прошедшие события оставили в современной Вселенной, своеобразные «тени минувшего».

Как известно, все явления окружающего нас мира подчиняются определенным законам природы, которые действуют всегда, когда для этого складываются соответствующие условия. К числу таких законов относятся, например, закон всемирного тяготения, законы движения, открытые Ньютоном, законы Кеплера, закон Ома и т.д. и т.п. Знание этих законов помогает разобраться в причинах явлений, происходящих в той или иной системе, но они почти ничего не могут рассказать об ее «индивидуальном прошлом», ее предыстории.

Иное дело свойства, присущие той или иной конкретной физической системе, скажем, Солнечной системе или Метагалактике; и те обстоятельства, что сложились именно такие свойства, а не какие-либо иные, должны иметь определенные причины, уходящие в прошлое, сложившиеся в процессе ее эволюции. Так, согласно закону тяготения, обращение малых тел вокруг центрального ядра может в принципе совершаться в различных направлениях и в разных плоскостях, по любым эллиптическим орбитам. Между тем в нашей Солнечной системе планеты движутся вокруг Солнца в одной плоскости, в одном направлении и по орбитам, мало отличающимся от окружностей. Исходя из этого и должна строиться теория происхождения Земли и других планет Солнечной системы. Теория эта не только должна объяснить, как вещество из некоторого исходного состояния сформировалось в Солнечную систему, но и как в ходе такого процесса сложились ее современные свойства.

Не всякое прошлое могло послужить началом тех процессов, той эволюции, которая привела интересующий нас космический объект к его современному состоянию. Перед нами открывается реальная возможность: изучая настоящее – восстановить тот ход событий, который привел к его осуществлению. Таким образом, современное состояние любой космической системы – ключ к познанию ее истории, ее прошлого.

Сценарий для Вселенной.

В последние годы в лексиконе физиков-теоретиков и астрофизиков появился новый термин «сценарий». На первый взгляд, он может показаться несколько легкомысленным, заимствованным из сферы искусства, однако его применение вполне оправдано. Термин «сценарий» подчеркивает, с одной стороны, гипотетический, предположительный характер той или иной теоретической картины развития нашей Вселенной на определенных стадиях ее существования. А с другой – незавершенный характер предлагаемой теоретической модели. Между прочим, и в киноискусстве, откуда этот термин, собственно говоря, и перекочевал в астрофизику, сценарий – это только еще литературный образ будущего фильма.

В принципе, вероятно, можно построить сколько угодно различных сценариев эволюции Вселенной. Но претендовать на серьезное признание могут только те из них, которые способны установить причинную связь между прошлым и настоящим.

О создании общей теории относительности Альбертом Эйнштейном мы уже говорили. Так же, как и о том, что с точки зрения этой теории наш мир представлялся трехмерной сферой, расположенной в четырехмерном «пространстве-времени». При этом Эйнштейн считал, что Вселенная не только не меняется с течением времени, но в ней нет даже каких-либо движений достаточно крупного масштаба.

Стационарная космологическая модель Эйнштейна была чрезвычайно важным шагом на пути познания реальных свойств мироздания. Но шагом не последним. Во всяком случае, очень скоро выяснилось, что реальная Вселенная – нестационарна…

Летом 1922 года в берлинском физическом журнале появилась небольшая статья никому не известного Ленинградского математика Александра Александровича Фридмана. Статья называлась «О кривизне пространства» и была посвящена анализу уравнений общей теории относительности…

Александр Фридман не был физиком-теоретиком, его специальностью были математические методы изучения метеорологических процессов. Течение таких процессов зависит от множества причин, и поэтому системы уравнений, с помощью которых они описываются, чрезвычайно сложны. Занимаясь исследованием подобных систем, Фридман не только накопил огромный опыт анализа уравнений математической физики, но и развил в себе умение находить за лесом математических формул физическую сущность изучаемых явлений. Сочетание этих качеств и позволило ленинградскому математику совершить новый фундаментальный шаг в познании картины Вселенной.

Ему удалось обнаружить совершенно неожиданный факт, не замеченный Эйнштейном. Оказалось, что уравнения общей теории относительности, описывающие эволюцию Вселенной, имеют не только «статические», но и «нестатические» решения. Это означало, что Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься.

Это было сенсационное открытие, но сделал его никому не ведомый молодой исследователь, дерзнувший посягнуть на мнение признанных корифеев. В свое время в похожую ситуацию попал и сам Эйнштейн. Теперь же, став всемирно известным автором двух великих физических теорий, он, в свою очередь, недооценил результаты, полученные Фридманом.

Трудно сказать, проверял ли Эйнштейн выводы ленинградца с карандашом в руках. Скорее всего, бегло. Должно быть, великий физик положился на интуицию, а она подсказывала, что ничего подобного не может быть: ведь нестационарная Вселенная Фридмана противоречила его собственной стационарной модели. Но как бы там ни было, Эйнштейн, ознакомившись со статьей Фридмана, поместил в очередном номере физического журнала коротенькую заметку, в которой весьма категорично утверждал, что результаты Фридмана вызывают серьезные сомнения и скорее всего неверны.

Прочитав это, Фридман написал Эйнштейну письмо, в котором подробно изложил существо своей работы. На этот раз великий физик проверил все особенно тщательно и к своему удивлению пришел к заключению, что Фридман… абсолютно прав. Возможно, другой на его месте продолжал бы из принципа отстаивать свое первоначальное мнение или, в лучшем случае, просто промолчал. Но Эйнштейну были абсолютно чужды какие-либо амбиции, увы, нередко застилающие глаза даже весьма маститым ученым. Самой главной целью его жизни было познание реальной природы, и потому он никогда не упорствовал в своих ошибках. При этом не имело значения, что его ошибку заметил кто-то другой, для Эйнштейна было гораздо важнее, что ошибка исправлена и тем самым внесено что-то существенно новое в наши знания о мире.

И 13 мая 1923 года в редакцию физического журнала поступило письмо Эйнштейна, которое и было вскоре опубликовано под заголовком «Заметка о работе А. Фридмана о кривизне пространства». «В предыдущей заметке, – писал Эйнштейн, – я критиковал названную работу. Однако моя критика, как я убедился из письма Фридмана, основывалась на ошибках в вычислениях. Я считаю результаты Фридмана правильными…».

А спустя несколько лет американский астроном Слайфер обнаружил в излучении галактик так называемое красное смещение. Подобное явление, известное в физике под названием эффекта Доплера, наблюдается в тех случаях, когда расстояние между источником излучения и приемником непрерывно возрастает.

Еще через несколько лет другой американский астроном Хаббл выяснил, что чем дальше находится от нас та или иная галактика, тем быстрее она удаляется. Это означало, что все звездные острова взаимно удаляются друг от друга – мы живем в расширяющейся Вселенной.

Но как мы уже знаем, современное состояние нашей области мироздания должно хранить в себе следы своей предыстории. Поэтому проведем мысленный эксперимент. Да, именно мысленный. Дело в том, что исследовательская работа астрономов заметно отличается от работы физиков, химиков или биологов. И те, и другие, и третьи, как правило, имеют возможность изучать интересующие их объекты непосредственно. Наблюдать их поведение. Проводить эксперименты – то есть изменять по своему желанию их состояние: нагревать, сжимать, облучать и регистрировать последствия подобных воздействий. Исследователи Вселенной таких возможностей практически полностью лишены. Особенно в тех случаях, когда речь идет об изучении космических объектов, расположенных за пределами Солнечной системы. Остается экспериментировать либо теоретически, проигрывая различные варианты на компьютерах, либо мысленно, с помощью воображения… Займемся этим и мы.

Остановим разлетающиеся галактики и повернем их вспять. Тогда все процессы потекут в обратном порядке, и мы придем к поразительному заключению: пятнадцать – двадцать миллиардов лет назад не было ни звезд, ни галактик, ни планет, ни туманностей, а только необыкновенно плотная и необычайно горячая плазма – «зародыш» будущей Вселенной. Разбегание галактик – это тоже «тени минувшего».

Это открытие послужило толчком к созданию теории так называемой горячей расширяющейся Вселенной. Она была разработана главным образом усилиями русского физика Георга Гамова и католического ученого Жоржа Леметра. Согласно этой теории, Вселенная образовалась в результате Большого взрыва первоначального необычайно плотного компактного «сгустка» космического вещества (так называемой сингулярности). Эта теория долгое время считалась общепринятой, однако в дальнейшем обнаружился ряд обстоятельств, которые она объяснить не могла. В частности, при разработке конкретных сценариев и моделей расширяющейся Вселенной ученые столкнулись с целым рядом трудностей и загадочных противоречий. Возникло немало вопросов, требовавших ответа, – появилось новое «знание о незнании».

Предположения о прошлом не должны вступать в конфликт с настоящим, а между тем некоторые свойства современной Вселенной явно противоречили теоретическим предположениям о предшествующих фазах ее эволюции.

Так, например, согласно существующим представлениям, современная Вселенная однородна и изотропна. Иными словами, свойства ее достаточно больших областей приблизительно одинаковы и все пространственные направления физически равноправны. Универсальный характер космических систем является отправной точкой современной космологии. Звезды напоминают по своему строению наше Солнце, другие галактики – наш Млечный Путь. Удаленные небесные тела состоят из тех же атомов, из которых состоят тела на Земле. А физические процессы, протекающие в дальнем космосе, по-видимому, идентичны тем процессам, которые развертываются в ближнем космосе.

Был сформулирован так называемый космологический принцип: «Ближний космос можно рассматривать как типичный образец Вселенной в целом». Это относится ко всей «организации» Вселенной – в частности, к распределению галактик как по удалению, так и по направлениям (однородность и изотропия). Эти свойства сохраняются и в процессе расширения Вселенной.

То, что пространственные направления физически равноправны, в рамках теории расширяющейся Вселенной выглядит крайне загадочным. В самом деле, в мире, в котором мы обитаем, никакие физические взаимодействия не могут распространяться со скоростью, превосходящей скорость света, – таковы законы физики! Из этого следует очень важный вывод: область Вселенной, которую мы непосредственно наблюдаем, всегда имеет конечные размеры, в ней существует оптический «горизонт», за который в данную эпоху мы не в состоянии заглянуть. Объекты, расположенные за этим «горизонтом», находятся от нас на столь больших расстояниях, что электромагнитные излучения не успели преодолеть их за то время, в течение которого Вселенная существует.

Мало того, во Вселенной всегда есть такие «точки», которые находятся друг от друга на расстояниях, превосходящих расстояние оптического «горизонта». Между такими точками, очевидно, не может существовать никакой причинной зависимости. Образно говоря, ни одна из таких «точек» не может «знать», что происходит в другой. Не так уж трудно подсчитать, что к числу подобных «независимых» точек относятся, например, точки, расположенные на границах наблюдаемой области Вселенной и отстоящие друг от друга на угловые расстояния, превосходящие тридцать градусов. Между тем астрономические наблюдения выявили удивительный факт: оказывается, материя, расположенная у границ наблюдаемой Вселенной, везде – везде! – обладает приблизительно одинаковыми свойствами. Как же так? Каким образом это могло произойти? Если Вселенная равномерно расширяется, то в ней нет и не может быть никакого механизма, способного выравнивать неоднородности на расстояниях, превосходящих расстояние оптического горизонта.

Возникла и еще одна трудность, судя по всему, непреодолимая в рамках теории горячей расширяющейся Вселенной… Известно, что герои литературных произведений, вызванные к жизни воображением автора, затем по ходу развития действия приобретают самостоятельность, независимо от желаний и воззрений своего создателя. Сформулированный фантазией писателя образ в какой-то момент перестает ему подчиняться. В тех или иных ситуациях, возникающих в процессе повествования, герой может поступать только так и не иначе, в соответствии со своей предысторией и с тем характером, которым он наделен, независимо от того, хочет этого автор или не хочет. Обретя заданные писателем свойства и взгляды, он уже не может в дальнейшем подчиняться авторскому произволу. Любое насилие над образом сразу же сделает произведение противоречащим жизненной правде, а значит и не художественным.

Нечто подобное происходит порой и в науке. Разработанная тем или иным ученым теория обретает самостоятельную жизнь, может выйти из-под «контроля» своего создателя и привести к выводам, противоречащим его собственным представлениям о природе. Так произошло и с теорией относительности. Хотя сам Эйнштейн и был убежден в конечности Вселенной, из уравнений созданной им теории в принципе вытекала и другая возможность. Степень искривления пространства, согласно общей теории относительности, зависит от массы тяготеющего вещества. Поэтому, чем больше масса – тем сильнее кривизна. И при достаточно больших массах она может сделаться настолько значительной, что произойдет «свертывание», «самозамыкание» пространства – оно станет конечным.

Ну, а если масса окажется меньше некоторого критического значения? Тогда замыкания не произойдет и пространство будет бесконечным.

Проведем еще один «мысленный эксперимент». Соберем все вещество, все массы Вселенной – звезды, планеты, туманности, сгустки вещества, элементарные частицы – и равномерно «размажем», распределим эту массу по всему пространству, предварительно превратив ее – мысленно, конечно, – для удобства вычислений, в ядра атомов водорода – протоны. Подсчитаем, сколько протонов попадает в каждый кубический метр. Если десять и больше – Вселенная замкнута и конечна, если меньше – незамкнута и бесконечна.

Таким образом, от величины средней плотности непосредственно зависят геометрические свойства Вселенной. Но не только геометрические! Если фактическая средняя плотность больше критической, то расширение Вселенной со временем должно смениться сжатием. Общая масса Вселенной в этом случае окажется столь велика, что ее тяготение остановит разлетающиеся галактики и заставит их возвратиться к исходной точке, подобно тому, как сила тяготения Земли возвращает брошенный вверх камень. Если же средняя плотность меньше или равна критической – расширение Вселенной будет продолжаться неограниченно.

Таков теоретический вывод, позволивший сформулировать новую проблему, новое «знание о незнании». Нам известно, что геометрические свойства окружающего нас мира зависят от распределения вещества. Это – знание. Но нам неизвестно, какова точно реальная величина средней плотности в нашей Вселенной. Это – незнание. Незнание, открывающее путь к новым исследованиям…

Каковы же те данные, которыми располагает современная астрофизика относительно средней плотности вещества? У различных исследователей результаты получаются неодинаковые. Но все же на существующем уровне наших знаний принято считать, что реальная средняя плотность весьма близка к критическому значению, хотя «чуть-чуть» и «не дотягивает» до него. Если подобное представление соответствует действительности, то наша Вселенная незамкнута и бесконечна.

Однако задумаемся над тем, каким путем этот результат получен. Если не вдаваться в тонкости, то астрофизики поступили следующим образом: постарались учесть массы всех известных современной науке космических объектов и форм вещества, существующих во Вселенной, сложили полученные значения вместе и подсчитали, сколько вещества приходится на единицу объема. Вообще-то метод вполне надежный, я бы сказал – естественный. А как же иначе?..

И все было бы хорошо и убедительно, если бы не одно «но». К сожалению, у нас не может быть полной уверенности в том, что при подсчете средней плотности удалось учесть все, абсолютно все массы. А если не все? Это вполне возможно, поскольку нет гарантии в том, что все без исключения виды вещества во Вселенной нам уже известны. Вспомним хотя бы о проблеме «скрытой массы». Так что вполне может быть, что «кое-что» астрономы упустили. Вопрос в том, как велико это «кое-что»?

Пока астрономия оставалась чисто оптической наукой и все наблюдения велись с помощью обычных телескопов, исследователям Вселенной были известны главным образом те космические объекты, которые светятся, излучают свет. Однако с развитием радиоастрономии, а затем и заатмосферной всеволновой астрономии выяснилось, что существует и невидимое вещество, излучающее в других диапазонах электромагнитных волн. Так, например, межзвездный нейтральный водород излучает радиоволны длиной 21 сантиметр, а холодная космическая пыль «дает о себе знать» инфракрасным излучением.

Впрочем, общая масса такого невидимого вещества значительно уступает массе звездных островов галактик и, следовательно, сколько-нибудь существенных поправок в величину средней плотности внести не может. Казалось, достигнута полная ясность.

Однако, согласно астрофизическим данным, реальная средняя плотность в нашей Вселенной близка к «критической». Возникает естественный вопрос: почему это так? Простое совпадение? Но всякое совпадение настораживает: простые совпадения обычно весьма маловероятны. И если мы все же с ними сталкиваемся, они требуют соответствующих объяснений. У совпадений, если они не случайны (что, повторяем, маловероятно), должны быть вполне определенные причины. К какой же категории относится совпадение фактической средней плотности с «критической»? И если ко второй, то в чем причина такого совпадения? Скорее всего, «истоки» этого явления прячутся в очень отдаленном прошлом, где-то в первобытном «ядерном тумане» самых ранних этапов эволюции Вселенной.

У самого начала.

Итак, в результате развития теории горячей расширяющейся Вселенной возникло новое очередное «знание о незнании». Во-первых, появилась необходимость объяснить с позиций этой теории однородность и изотропию Вселенной, и во-вторых – ответить на вопрос, в чем причина совпадения реальной средней плотности вещества с «критической».

И еще: почему пространство, в которой мы живем, обладает тремя измерениями – не больше и не меньше? В самом деле – почему именно тремя? В настоящее время разрабатываются различные теории, согласно которым мы, в действительности, обитаем в пространстве со значительно большим числом измерений. Однако во всех направлениях, кроме трех взаимоперпендикулярных – X, Y и Z, наше пространство «свернуто», потому нам оно и представляется трехмерным и мы можем перемещаться в нем только в трех направлениях. Но вопрос в том, почему пространство «свернулось» именно таким, а не каким-либо иным образом, остается без ответа.

И, наконец, быть может, самый главный вопрос: что было до начала расширения, до начального, «нулевого» момента. Иными словами, из чего наша Вселенная образовалась?

Однако все попытки получить ответы на эти вопросы в рамках классического сценария горячей расширяющейся Вселенной к успеху не привели. Установить причинную связь между предполагаемым начальным состоянием Вселенной и ее современными свойствами никак не удавалось. Стало ясно, что требуется какой-то принципиально новый подход…

Значило ли это, что «сценарий» горячей расширяющейся Вселенной должен быть забракован? Что начинать поход за новым знанием надо с того, чтобы от этого «сценария» полностью отказаться?

Пути научного познания истины причудливы и замысловаты. Прежде всего потому, что причудлива сама природа, в том числе и связь между прошлым и будущим. Эволюция материи вовсе не обязательно должна происходить плавно и постепенно – в процессе развития любой системы могут совершаться неожиданные, поражающие воображение скачки. Не было ли такого «скачка» и в истории нашей Вселенной?

В последние годы ряд физиков-теоретиков занялся разработкой весьма необычной теории – цель ее как раз и состоит в том, чтобы выяснить физическую природу возможного «скачка», о котором идет речь. В основу этой теории было положено предположение о том, что Вселенная возникла в результате так называемой флюктуации физического вакуума…

Все – есть вакуум!

Поскольку физический вакуум – та среда, которая фактически заполняет мировое пространство и с ней тесно связаны его фундаментальные физические свойства, нам придется прежде, чем продолжить рассказ о сценарии возникновения нашей Вселенной, посвятить знакомству с этой удивительной средой специальный раздел…

Выйдем на улицу в ясную безлунную ночь и посмотрим на небо. Мы увидим ослепительную россыпь звезд – они везде, куда бы мы ни направили наш взор. Это – звезды нашей Галактики. А за ее пределами на расстояниях в миллионы и миллиарды световых лет – другие галактики, другие звездные системы. Их сотни миллионов и каждая из них состоит из десятков и сотен миллиардов звезд. По современным данным, около 98% вещества Вселенной сосредоточено именно в звездах.

А между галактиками, между звездами – что там? Расстояния между соседними звездами или соседними галактиками во много раз превосходят собственные размеры этих объектов. Звезды и галактики – это лишь отдельные «точки» и «островки» в необъятном космосе.

Перечисление всего того, что заполняет межпланетное пространство, в том числе и пространство Солнечной системы, оказалось бы довольно длинным. Это и плазма – разреженный ионизованный газ, и пылевые частицы, и космические лучи, и метеоритное вещество.

Что касается газа, то в околосолнечном пространстве он главным образом состоит из солнечных частиц. Во время полных солнечных затмений можно видеть солнечную корону, серебристо-жемчужное сияние, окружающее наше светило, закрытое в этот момент непрозрачным лунным шаром. Но это нежно светящееся образование – лишь небольшая часть короны, непосредственно примыкающая к Солнцу. На самом деле корона непрерывно расширяется, и ее частицы уносятся во всех направлениях на сотни миллионов километров, образуя своеобразный «ветер». В районе Земли его скорость составляет около 400 километров в секунду. Этот поток солнечной плазмы так и называют: «солнечный ветер». И название это не просто эффектный литературный образ – солнечный ветер может в полном смысле слова надувать паруса и приводить в движение парусные космические аппараты. Конечно, особые паруса – космические, сделанные из специальной полимерной пленки, площадью в десятки квадратных километров.

Между прочим, такой космический парусник предполагалось запустить по направлению к знаменитой комете Галлея, которая в очередной раз приближалась к Солнцу в 1986 году. Однако ученые все же направили к этой небесной гостье космические аппараты обычного типа…

Таким образом, в сущности мы живем внутри солнечной короны и с полным правом можем считать себя обитателями солнечной атмосферы. Если солнечный ветер до поверхности Земли практически не доходит, не в силах преодолеть магнитного поля планеты и вынужден огибать ее по сторонам, то с межпланетной пылью мы соприкасаемся непосредственно. Ежегодно на поверхность Земли оседает ни много ни мало около миллиона тонн космических пылинок.

Носятся в космическом пространстве и льдинки – замерзшие газы и более крупные метеоритные тела. Издавна считалось, что метеориты бывают каменными, железными и железокаменными. Но не так давно астрономы обратили внимание на любопытное обстоятельство. После пролета по небу так называемых ярких болидов, которые связаны с вторжением в земную атмосферу достаточно крупных космических тел, за очень редкими исключениями в районе, где наблюдалось это эффектное небесное явление (по небу летит, разбрасывая огненные брызги ослепительно яркий шар), выпадения метеоритов почему-то не происходило.

Это обстоятельство получило объяснение в результате наблюдений, проводившихся на протяжении ряда лет чехословацкими и американскими астрономами, создавшими для систематического фотографирования болидов специальные «метеоритные сети».

Итак, большинство космических тел, влетающих в земную атмосферу, поверхности планеты не достигает. Между тем достаточно крупные каменные или железные метеориты должны были бы выпадать на Землю. Почему же они не падают? Куда исчезают?

Ответ напрашивается сам собой: очевидно, метеоритные тела, о которых идет речь, обладают весьма малой плотностью и прочностью и легко разрушаются при движении в атмосфере.

Диффузная материя – то есть газ и пыль имеются и в межзвездном, а судя по последним данным, и в межгалактическом пространстве. Пространство это заполнено и всякого рода электромагнитными излучениями, потоками элементарных частиц, а также различными физическими полями, в том числе гравитационным полем.

А что будет, если из некоторой области космического пространства все это «убрать», удалить все, что только возможно? Что после этого останется – пустота или все же какая-то физическая система с необычными свойствами – вакуум?..

Имеется в виду не тот «технический вакуум», который образуется в результате откачивания воздуха из какого-либо сосуда, а особое состояние материи.

О том, что в природе должна существовать некая «пустота» – «ничто», догадывались еще великие философы древности. Хотя такой выдающийся мыслитель, как Аристотель, подобной точки зрения не разделял. Его удивляло то, что существует «нечто», а не «ничто», однако в своей знаменитой «Физике» он утверждал, что «природа боится пустоты».

Тем не менее было время, когда считалось, что окружающий нас мир состоит из вещества и пустоты – пространства, лишенного материи, своеобразной универсальной арены, на которой разыгрываются все происходящие в природе физические процессы. Картина для своей эпохи в общем-то вполне естественная, само собой разумеющаяся, основанная на каждодневных наблюдениях за окружающей природой, практическом опыте людей, данных классической физики, здравом смысле, наконец. Однако обыденный здравый смысл, как мы многократно отмечали, советчик ненадежный, а наглядные представления скользят по поверхности и не в состоянии проникнуть в сокровенную глубину явлений – вспомним принцип Коперника.

Интересно, что позицию, отличающуюся от аристотелевской, занимал Галилео Галилей, считавший, что хотя природа и боится пустоты, но лишь в определенной степени: упругость твердых тел он объяснял тем, что между составляющими эти тела мельчайшими частицами имеются свободные пространства – своеобразные «поры», не заполненные веществом.

Однако с развитием науки понятие «пустоты» претерпело весьма существенные, более того, принципиальные изменения. Выяснилось, что абсолютной пустоты в природе вообще не бывает. И в этом смысле ближе к истине был все же Аристотель. Ее нет даже там, где полностью отсутствует какое бы то ни было вещество. Уже в XIX столетии выдающийся физик М. Фарадей, открывший явление электромагнитной индукции, пришел к заключению, что материя присутствует везде и нет промежуточного пространства, не занятого ею. Любая область пространства всегда заполнена какими-либо видами материи – различными излучениями и полями.

Но даже с такой поправкой пространство все еще оставалось просто вместилищем, заполненным бесчисленными материальными объектами.

Но в начале XIX века развитие оптики заставило ученых задуматься над тем, что представляет собой свет и каким образом он распространяется? Было высказано предположение, что по аналогии со звуковыми волнами, распространяющимися в упругой среде, световые волны также распространяются в особой среде – все заполняющем «эфире». Колебания эфира – и есть световые волны.

Но вскоре был обнаружен факт, вступавший с гипотезой эфира в непримиримое противоречие. Оказалось, что световые волны носят поперечный характер, иными словами, направление колебаний в световой волне перпендикулярно направлению ее распространения. Но поперечные волны могут распространяться только в твердых телах… Эфир же абсолютно твердым быть не может, в противном случае в нем не могли бы двигаться планеты…

И тем не менее в различных вариантах представления об эфире сохранялись еще довольно долго, до той поры, когда созданная Эйнштейном специальная теория относительности не покончила с ними, на этот раз уже навсегда. Выяснилось, что для света не нужен материальный носитель – световое излучение само является материей особого рода.

Казалось, что проблема тем самым возвращается к своему первоначальному состоянию: вакуум – абсолютная пустота.

И только в связи с развитием квантовой физики в начале XX столетия представления о «пустоте» вышли на совершенно новый уровень. Важная роль в развитии этих представлений принадлежала выдающемуся физику-теоретику Полю Дираку.

Изучению вакуума Дирак придавал чрезвычайно важное значение. «Проблема точного описания вакуума, – писал он, – по моему мнению, является основной проблемой, стоящей в настоящее время перед физиками. В самом деле, если вы не можете правильно описать вакуум, как можно рассчитывать на правильное описание чего-либо более сложного». Однако задача построения теории физического вакуума оказалась значительно сложнее, чем предполагал Дирак. В частности, из его собственных работ вытекало, что «вакуумное море» почти ничем не проявляет себя.

Тем не менее, по мере дальнейшего развития науки, накапливалось все больше фактов, свидетельствующих о том, что «физический вакуум» не есть чисто условное изобретение ученых, а реальное физическое состояние материи. Тот же Дирак предполагал, что если из вакуума в результате внешнего энергетического воздействия удастся «выбить» электрон, превратив его в реальную вещественную частицу, то на его месте в «вакуумном океане» должна остаться своеобразная «дырка», обладающая всеми свойствами электрона, но положительным зарядом. И уже спустя год после этого предсказания «положительный электрон» – «позитрон» был экспериментально обнаружен в космических лучах.

В дальнейшем выяснились факты еще более поразительные. Оказалось, что помимо вещества, полей и излучений существует еще одна весьма необычная, образно говоря, «скрытая» форма существования материи – «физический вакуум». Впрочем, «скрытая», но не совсем. В каждой точке пространства каждое мгновение физический вакуум рождает частицы и античастицы, которые тут же аннигилируют и снова уходят в вакуум.

В частности, было установлено, что родившийся из физического вакуума электрон может существовать как реальная частица лишь в течение исключительно малого промежутка времени – всего 10^-22 с. За это время он никак не может «проявить себя», то есть вступить во взаимодействие с какой-либо другой реальной частицей.

Выяснилось также, что электрон в силу некоторых фундаментальных законов микромира никогда, ни при каких обстоятельствах не может находиться в состоянии покоя – отнять у электрона всю энергию невозможно, при любых условиях он будет находиться в движении, дрожать…

Это – основное, ключевое утверждение в современных представлениях о вакууме. Любая микросистема все время должна двигаться. В каждом малом объеме пространства непрерывно рождаются пары «частица – античастица». Они рождаются и тут же аннигилируют, испуская световые кванты, которые в свою очередь мгновенно поглощаются. В каждый момент в рассматриваемом объеме существует многообразие частиц и квантов излучения.

Таких элементарных частиц – не только электронов и позитронов, – возникающих из вакуума и тут же исчезающих, должно существовать великое множество. Подобные «невидимые» частицы назвали «виртуальными». Они одновременно как бы существуют и не существуют! Считается, что в вакууме имеются все возможные виды элементарных частиц. Однако при обычных условиях их энергия недостаточна, чтобы вырваться в реальный мир и превратиться в частицы обычного вещества. Присутствие подобных частиц физики назвали «нулевыми колебаниями вакуума».

Следует признать, что у физиков хорошо развито воображение. Многие названия и термины представители этой науки придумывают в высшей степени удачно. Они не только достаточно точно отражают физическую сущность того или иного явления, но создают его впечатляющий образ.

«Нулевые колебания»… А если не «нулевые»? Возможно ли это? Оказывается, возможно. При определенных обстоятельствах «нулевые колебания» начинают себя проявлять. При этом должны возникать особые эффекты, которые в принципе можно зарегистрировать. И некоторые из них, действительно, зарегистрированы…

Мы вплотную подошли к весьма сложным «материям», к физическим явлениям, которые в окружающем нас мире ни с чем сравнить нельзя, поскольку они ни на что не похожи. Поэтому представить себе подобные явления в наглядных образах практически, увы, невозможно.

Но что поделать, так устроен окружающий нас мир. Он сложен, противоречив и полон самых неожиданных связей. Потянешь за одно «звено», за одну «ниточку», а отзовется не только по соседству, но и в областях, казалось бы, очень и очень отдаленных. Вот и приходится к ответам на интересующие нас вопросы пробираться окольными путями, решая по дороге множество побочных задач…

Но вернемся к физическому вакууму. Похоже, что именно вакуум представляет собой основу всего существующего. Любопытно, что аналогичную идею в свое время высказал в образной форме академик Г.И. Наан. Он говорил, что основу мироздания составляет вакуумный океан, а все вещественные космические объекты – звезды, планеты, туманности, галактики – это лишь «легкая рябь на его поверхности».

В высшей степени любопытна и поучительна история первого эксперимента, показавшего, что вакуум есть нечто физически вполне реальное. Ученые не без основания называют его «экспериментом века»…

Когда в 1930-е годы Поль Дирак с присущим ему теоретическим блеском точно рассчитал спектр излучения атома водорода – системы, состоящей из протона и электрона, то выяснилось, что так называемый второй энергетический уровень, на котором может находиться электрон, – это в действительности два уровня, слившиеся друг с другом.

Через несколько лет американский физик Леон Пастернак, исследуя оптические спектры водорода, в частности, переход электрона со второго уровня на первый, обнаружил, что вопреки расчетам Дирака при этом возникают не одна, а две спектральные линии. Однако этот результат был получен на самом пределе возможностей прибора, с которыми работал Пастернак, и хотя как спектроскопист он пользовался заслуженной известностью, никто не отнесся к его наблюдению всерьез…

Вторая мировая война способствовала развитию радиолокации. Одним из тех, кто имел дело с новой аппаратурой, был американский физик Виллис Лэмб. И когда война окончилась, он решил вернуться к опыту Пастернака. Если второй уровень в самом деле расщепляется на два, рассуждал он, то должен существовать и переход между ними. Но в этом случае, как показывает расчет, соответствующая линия излучения будет лежать в радиодиапазоне. Для проверки этого предположения Лэмб решил воспользоваться списанной радиолокационной аппаратурой, чтобы создать необходимые экспериментальные установки. И когда задуманный эксперимент был осуществлен, Лэмб обнаружил именно то, что и ожидал…

Дирак оказался немного не прав. Он не учел физического эффекта, вызывающего расщепления второго уровня. Знаменитый физик рассматривал систему, состоящую из протона и электрона, – и только. А в реальном мире такой изолированной системы просто не существует – есть протон и электрон, погруженные в физический вакуум. Протон – тяжелая частица, и она колебаниям вакуума не поддается, а электрон под их влиянием сам начинает колебаться. Это и приводит к расщеплению уровня, обнаруженному Лэмбом…

Физики говорят, что еще до войны известный советский физик-теоретик Дмитрий Иванович Блохинцев на семинаре академика Игоря Евгеньевича Тамма дал совершенно правильное объяснение результата опыта Пастернака. К подобному эффекту, утверждал он, способны привести колебания физического вакуума. Но в то время неизбежность «все более странного мира» еще не казалась столь неизбежной. Идея Блохинцева показалась всем настолько необычной, что никто не отнесся к ней с достаточной серьезностью. И соответствующая статья, к сожалению, так и не появилась в печати…

Вообще в конце 1940-х годов физический вакуум для большинства людей, даже близко стоящих к физике, был чем-то прямо-таки «потусторонним».

Но вернемся к явлениям, которые происходят в физическом вакууме и в реальности которых сегодня уже не приходится сомневаться.

Известно, что два разноименных электрических заряда в пустоте притягиваются друг к другу с некоторой силой. Но если их поместить в какую-либо среду, то благодаря ее влиянию сила взаимодействия между зарядами изменится/Например, в воде она ослабевает в 80 раз. Нечто похожее происходит и в физическом вакууме. Если в нем находится, скажем, положительно заряженное ядро, то оно начинает взаимодействовать с виртуальными электронами и позитронами – подтягивает к себе электроны и отталкивает позитроны. Благодаря этому два заряда будут взаимодействовать между собой не совсем по закону Кулона. И это отклонение наблюдается в экспериментах, в частности, в опытах на ускорителях. Например, рассеивание пучка электронов большой энергии на протонах из-за влияния физического вакуума фактически происходит не совсем так, как должно было бы происходить в пустоте. Таким образом, можно считать, что физический вакуум – среда – ничем не «хуже» тех сред, с которыми мы обычно имеем дело. На какую же из известных нам сред он похож – вот в чем вопрос? На металл, полупроводник, диэлектрик, жидкость? Исследования последних лет позволяют считать, что во многих отношениях физический вакуум ведет себя подобно сверхпроводнику…

Сверхпроводимость – чрезвычайно интересное явление. Оказывается, в некоторых металлах при понижений температуры до 23,4 градуса Кельвина, то есть до минус 250 градусов Цельсия, электрическое сопротивление обращается в нуль. Именно в нуль – не становится пренебрежимо малым, а полностью исчезает.

Однажды ученые провели такой опыт. В замкнутом контуре, помещенном в жидкий гелий, возбудили ток. И он без всякого ослабления циркулировал там 14 месяцев, до тех пор, пока не разобрали установку. С момента открытия явления сверхпроводимости прошло около 40 лет. И теперь мы довольно хорошо разобрались в физическом механизме этого явления. В сверхпроводнике под влиянием кристаллической решетки вещества электроны при определенных условиях начинают притягиваться друг к другу, образуя связанные пары. Этим парам «выгодно», как физики часто говорят, «сесть» на нижний энергетический уровень. Таким образом, внутри сверхпроводника образуется своеобразная подсистема, коллектив с равной нулю энергией, обладающая сверхпроводящими свойствами. Грубо говоря, эта подсистема обеспечивает движение электронов без трения – а это и есть сверхпроводимость…

В 1967 году американский физик С. Вайнберг и пакистанский физик, работавший в Англии и Триесте, А. Салам, предложили интересную теорию физического вакуума, весьма напоминающую теорию сверхпроводимости. Из их теории следовало, что в физическом вакууме тоже могут возникать коллективы частиц, находящихся на нижнем энергетическом уровне – так называемый конденсат. При этом обнаружилось поразительное обстоятельство: от того, сколько «скрытых» частиц окажется в таком коллективе, зависят физические характеристики реальных частиц, например, их массы.

Если нагревать сверхпроводник, то из сверхпроводящего коллектива частицы начнут переходить на верхние уровни, «уходить наверх». Коллектив начнет разрушаться, а свойство сверхпроводимости будет ослабевать и в конце концов исчезнет. Нечто подобное происходит и в физическом вакууме. Если его нагревать – а в физическом смысле нагреть можно все, что угодно, – то «конденсат» начнет «испаряться», а массы реальных частиц соответственно уменьшатся, изменится характер взаимодействия между ними. При достижении критической температуры, равной 10¹⁶ градусов, в физическом вакууме произойдет фазовый переход, который должен привести к радикальному изменению его свойств, а следовательно, и свойств реальных частиц. Но, разумеется, сходство между сверхпроводником и вакуумом – только аналогия.

Как говорил академик А.Б. Мигдал, пустота – особый объект, ни на что не похожий и потому заслуживающий самостоятельного изучения.

Таким образом, современная физика располагает убедительными доказательствами того, что «физический вакуум в действительности не «ничто», а все-таки нечто».

И пожалуй, самое важное состоит в том, что та скрытая от наших глаз и непосредственных ощущений загадочная форма материи способна при некоторых условиях рождать вещественные частицы без нарушения законов сохранения. Подобные условия могут складываться как под воздействием внешних сил, скажем, мощных полей тяготения или электромагнитных полей, так и «спонтанно», самопроизвольно.

Теория «инфляции».

Необходимость преодоления упомянутых выше трудностей привела к разработке теории так называемой раздувающейся, распухающей или инфляционной Вселенной.

Согласно этой теории, в результате спонтанного всплеска физического вакуума образовался первоначальный «объем» нашей Вселенной размером около 10^-33 сантиметра, содержащий не более 10^-5 граммов вещества. Затем произошло примерно следующее. По современным представлениям, физический вакуум обладает гравитационными свойствами. Однако эта гравитация порождает не притяжение, как в обычных условиях, а отталкивание. В современной Вселенной гравитация вакуума либо совершенно отсутствует, либо чрезвычайно мала. Но в начальный период расширения при колоссальной температуре она должна была достигать колоссальной величины. Такое состояние получило название «ложного вакуума».

Сперва гравитация вакуума была ниже, чем гравитация обычного вещества. Однако в процессе расширения наступил момент, когда она ее превзошла. Именно это обстоятельство и должно было вызывать «распухание» Вселенной, которое происходило со скоростью, во много раз превышающей скорость света. Это «распухание» сопровождалось стремительным уменьшением плотности обычного вещества и не менее стремительным понижением температуры.

И хотя, согласно теории, эта стадия продолжалась всего около 10^-30 с., за этот малый промежуток времени первоначальный объем Вселенной возрос примерно в 10⁵⁰ раз!

Происходило это «раздувание» по экспоненциальному закону (типа ех), то есть подобно тому, как растут в мире цены в соответствии со скоростью инфляции. Поэтому-то «раздувающуюся» Вселенную и называют «инфляционной» Вселенной.

Во время инфляционного расширения каждые 10^-34 с. все области нарождающейся Вселенной сперва удваивали свои размеры, а в дальнейшем этот процесс развертывался в геометрической прогрессии. Все части Вселенной разлетались как при взрыве. Это и был фактически Большой взрыв!

Из вакуума родилось огромное количество реальных частиц вещества с общей массой около 10⁸⁰ г. При этом вся энергия вакуума перешла в тепловую и Вселенная разогрелась до чрезвычайно высокой температуры. Одновременно с этим исчезло и свойственное состоянию «ложного вакуума» гравитационное отталкивание, сменившись обычной гравитацией, замедляющей расширение. С этого момента дальнейшая эволюция происходила в соответствии с теорией горячей расширяющейся Вселенной. Таким образом, пустое пространство самопроизвольно «взорвалось» благодаря отталкиванию, присущему ложному вакууму.

Если бы образование «пространства-времени» происходило в состоянии истинного вакуума, то инфляция не могла бы развиться и Большой взрыв свелся бы к слабому всплеску.

Теория «распухающей» Вселенной способна разрешить многие из загадок, о которых упоминалось выше, например, формирование однородности и изотропии современной Вселенной. До начала раздувания внутри общего «горизонта» в близких точках должна была установиться приблизительно одинаковая температура и другие физические условия. Но в период раздувания со сверхзвуковой скоростью эти точки оказались стремительно разнесенными на огромные расстояния друг от друга.

Но что значит «раздувание со сверхсветовой скоростью»? И не просто со сверхсветовой, а, как показывают расчеты, со скоростью, превышающей скорость света в огромное число раз? Не противоречит ли подобное утверждение одному из фундаментальных положений современной физики, согласно которому передача любых физических взаимодействий в нашей Вселенной не может происходить со скоростями, большими, чем скорость света.

Таким образом, возникает парадоксальная ситуация, требующая специального объяснения. И подобное объяснение существует…

Прежде всего попытаемся разобраться в том, каким способом можно измерить скорость тела, которое проносится мимо неподвижного наблюдателя, скажем, скорость гоночного автомобиля. Для этого выбирается некий «жесткий масштаб», своеобразная «мерная линейка», и отмечаются моменты времени, когда наш автомобиль поравняется с ее началом и концом. Поделив длину нашей «линейки» на разность зарегистрированных моментов времени, мы и определим интересующую нас скорость. Все очень просто… Между прочим, примерно таким способом пользуются при определении скоростей гоночных автомобилей во время рекордных заездов. А теперь рассмотрим более сложную ситуацию, когда наблюдатель находится от движущегося тела – того же автомобиля на очень большом расстоянии. Что может послужить нам «мерной линейкой» в подобных условиях? Ведь без нее не обойтись! Необходимо хотя бы мысленно связать с наблюдателем некую систему отсчета, некий жесткий «каркас». И продолжить этот «каркас» к тому месту, где находится движущееся тело. Измерив по отношению к нему скорость движения автомобиля, мы тем самым определим и его скорость по отношению к наблюдателю. В общем это тоже довольно обычный процесс измерения относительной скорости двух удаленных друг от друга тел.

Но при этом должно выполняться одно непременное условие! Наша система отсчета – «каркас» – обязательно должна быть жесткой и жестко связанной с наблюдателем. Нетрудно сообразить, что любые деформации системы отсчета неизбежно приведут к тому, что скорость движения автомобиля, измеренная по отношению к этой системе в том месте, где автомобиль движется, уже не будет скоростью по отношению к наблюдателю.

Возможно ли ввести такую жесткую систему отсчета, необходимую для измерения относительной скорости, в период начального «раздувания» Вселенной? Принципиально невозможно! Мощные силы гравитационного отталкивания, действующие в состоянии «ложного вакуума», будут неизбежно деформировать любой достаточно протяженный «каркас». А это значит, что в подобном состоянии понятие относительной скорости для удаленных друг от друга точек просто-напросто теряет физический смысл. Поэтому-то «распухающая» Вселенная и может раздуваться как угодно быстро, без нарушения фундаментального принципа предельного характера скорости света.

Возможно, подобные рассуждения показались вам несколько искусственными и недостаточно убедительными. Но, поверьте, они проведены со всей необходимой в физике строгостью… Итак, точки, удаленные в настоящее время на расстояния, превосходящие расстояние «оптического горизонта», в самом начале «раздувания» Вселенной могли располагаться «по соседству» и обмениваться друг с другом физическими сигналами. Однако и среда в результате стремительного расширения тоже не была абсолютно однородной. Этому помешало возникновение небольших неоднородностей плотности, которые в дальнейшем стали центрами формирования скоплений галактик.

Так с помощью новой теории была преодолена одна из главных трудностей, с которой столкнулись авторы «сценария» горячей расширяющейся Вселенной. Естественное объяснение получила и близость средней плотности вещества в современной Вселенной к критическому значению. Дело в том, что, согласно теории, плотность «ложного вакуума» в «распухающей» Вселенной в точности равна критической. Поэтому и плотность вещества, возникшего при распаде «ложного вакуума», также должна быть равна критической плотности.

Существует и еще одно весьма любопытное следствие стремительного «раздувания» Вселенной. Из теории вытекает, что после стадии «распухания» в областях, которые в начальный период достаточно далеко отстояли друг от друга, могли сформироваться различные физические условия. И между такими областями – «доменами», в процессе «раздувания» должны были возникнуть «доменные стенки».

В процессе дальнейшего расширения из таких областей образовались «мини-вселенные», а разделяющие их стенки отдалились очень далеко друг от друга, в частности, и от нас – за расстояние «оптического горизонта».

В этих достаточно удаленных друг от друга областях, различающихся своими физическими свойствами, возможно, по разному протекали и процессы свертывания многомерного пространства. В результате в различных «мини-вселенных» могли сформироваться пространства разной размерности.

Вполне логичные объяснения получают и в рамках теории «раздувающейся» Вселенной и некоторые другие свойства мироздания, не находившие истолкования в прежних теориях. Теперь, как всегда, слово за наблюдателями. Ибо только наблюдения могут подтвердить или опровергнуть теорию «раздувающейся» Вселенной.

Инфляционная теория не только помогла преодолеть трудности, возникшие в теории горячей расширяющейся Вселенной – из нее вытекал ряд важных следствий. В частности, выяснилось, что в процессе «раздувания» могли, как мы уже отмечали, сформироваться обособленные пространственные области – «домены», с различными физическими условиями, которые дали начало «мини-вселенным». Следовательно, наша Вселенная не единственная в мироздании, а лишь одна из множества вселенных, обладающих разными физическими свойствами.

И как бы ни развивалась инфляционная теория в будущем, ее появление – еще одно свидетельство теснейшей связи между микро- и макропроцессами…

Вселенная из… «ничего».

Идея, согласно которой «из ничего не родится ничто», возникла еще в V веке до н. э. в эпоху Парменидов. И оказалась одной из самых устойчивых идей, которая прошла через столетия и сохранялась в естествознании в неизменном виде почти до самого последнего времени! Еще всего какие-нибудь десять лет назад гипотезу о самопроизвольном возникновении в результате чисто физических процессов вещества и энергии из «ничего» большинство естествоиспытателей считало неприемлемой…

В невозможности возникновения «чего-либо» из «ничего» как будто убеждает нас и повседневный житейский опыт.

Мы привыкли к тому, что одни предметы или объекты всегда образуются из других предметов или объектов. И что из этого правила не существует исключений.

С другой стороны, известный современный английский астрофизик П. Девис утверждает, что возникновение «чего-то» из «ничего» не только в принципе возможно, но и реально происходит! Из чего, например, – ставит он вопрос, – возникают мысли, а также идеи? Мысли, без сомнения, существуют реально, рассуждает Девис, а для их возникновения требуется непосредственное участие головного мозга. Однако мозг обеспечивает лишь реализацию мыслей, но не является их причиной. Сам по себе мозг порождает мысли не в большей степени, чем компьютер – вычисления. Мысли могут быть вызваны (порождены) другими мыслями, а также ощущениями или сведениями, то есть информацией, хранящейся в памяти или поступающей извне. Однако эти соображения не раскрывают природу самих мыслей.

Многие творческие люди говорят, что их произведения – результат неожиданного вдохновения. Таким образом, рождение картины, или стихотворения, или музыкального произведения фактически является примером рождения «чего-то» из «ничего». В пользу подобной точки зрения свидетельствуют высказывания ряда известных современных поэтов, писателей и композиторов. Так Андрей Вознесенский утверждает: «Чувствуешь эту связь, словно кто-то диктует тебе». Об этом же говорил и Владимир Солоухин: «Писал стихи – так мне всегда казалось, что под чью-то диктовку». Аналогичные мысли высказывал и выдающийся композитор А. Шнитке: «Музыка мною не пишется, а улавливается… Вроде как я имею дело не со своей работой, а переписываю чужую»…

Можно ли, однако, считать, что из «ничего» возникают физические объекты? В том числе наша Вселенная?

В принципе можно. Подобной точки зрения придерживаются такие известные современные физики и астрофизики как Алан Гут из Массачусетского технологического института (МТИ) в США, Сидней Коулмен из Гарвардского университета, Алекс Виленкин из университета Тафта. Они считают, что «ничто» – неустойчиво и Вселенная спонтанно «распустилась из «ничего».

Классическая физика рассматривала Вселенную как гигантский часовой механизм. Новая квантовая физика раз рушила эту лапласовскую схему. На атомном уровне материя и ее движение неопределенны и непредсказуемы. Разумеется, и атомный мир не свободен полностью от причинности, но она проявляется здесь неоднозначным образом. Главная особенность «квантового поведения», которая лежит в основе материи, – утрата строгих причинно-следственных связей.

Применима ли, однако, квантовая физика ко Вселенной? И если применима, то в каких пределах? Во всяком случае, ранняя Вселенная была ограничена весьма малыми размерами! Имеющиеся в распоряжении, современной физики и астрофизики данные говорят, что квантовые законы с момента начала расширения – в так называемую эру Планка – до 10^-43 с. играли определенную роль. И действие этих законов следует принимать во внимание вплоть до 10^-32 с. с момента начала инфляции.

Как считают некоторые теоретики, именно между этими двумя «эпохами» существовал момент времени, когда возникла наша Вселенная. По словам С. Ноуммена, именно в этот момент и совершился «квантовый скачок» из «ничего» во «время». Современное «пространство-время» есть не что иное, как реликт той эпохи.

Но откуда взялась энергия, необходимая для инфляционного расширения? Ведь существует закон сохранения энергии, а энергия начальной Вселенной была равна нулю. Но дело в том, что закон сохранения энергии в его обычной форме к инфляционной Вселенной неприменим. Сам процесс инфляционного расширения формирует возрастание энергии вакуума. И лишь квантовый распад ложного вакуума положил предел этому процессу.

Существует притча о мальчике, вытянувшем себя из болота за шнурки собственных ботинок. Самосоздающаяся Вселенная очень напоминает этого мальчика – она вытянула себя за «собственные шнурки». Этот процесс получил название «бутстрэпа». Благодаря своей природе Вселенная возбудила в себе всю энергию, которая была необходима для «создания» и «оживления» материи, а также инициировала породивший ее взрыв. Этому космическому «бутстрэпу» мы и обязаны своим существованием.

Однако остается самый главный вопрос: что существовало и что происходило до инфляции? Иными словами, каким образом пространство и ложный вакуум могли возникнуть «из ничего»? По существу, идея космического «бутстрэпа» близка к теологической концепции сотворения мира из ничего сверхъестественной силой.

Возможно, предшествовавшее инфляции состояние ложного вакуума оказалось предпочтительнее благодаря характерным для него экстремальным условиям. Но Вселенная так или иначе реально возникла, и квантовая физика представляет собой единственную область современной науки, которая позволяет рассматривать события, происходящие без видимых причин.

А откуда взялось само пустое пространство? Если, согласно квантовой теории, «из ничего» могут рождаться частицы, то не может ли аналогичным образом рождаться «из ничего» и пространство? В частности, расширение современной Вселенной есть не что иное, как разбухание пространства. С каждым днем наша Вселенная увеличивается на 10¹⁸ кубических световых лет.

Согласно новой космологии, начальное состояние космоса вообще не играло никакой роли, так как вся информация о нем полностью «стерлась» в ходе инфляции. Наблюдаемая нами Вселенная несет на себе лишь отпечатки тех физических процессов, которые происходили с момента ее начала. Тысячелетиями люди считали, что «из ничего не родится ничто». Сегодня же можно утверждать, что «из ничего произошло все»!

Если бы мы жили в воображаемом мире, в котором те или иные объекты время от времени возникают «ниоткуда», то, видимо, идею возникновения «из ничего» и самой Вселенной мы воспринимали бы как нечто вполне возможное. Но, между прочим, подобный воображаемый мир не так уж сильно отличается от нашего реального мира. Если бы мы обладали способностью воспринимать поведение атомов и других микрообъектов не с помощью специальных приборов, а непосредственно с помощью собственных органов чувств, нам бы довольно часто приходилось наблюдать объекты, которые появляются или исчезают без видимых причин.

Так, например, в очень сильных электрических полях при критическом значении напряженности начинают, как мы уже отмечали, «из ничего» возникать электроны и позитроны. Значение напряженности, близкое к критическому, существует возле ядра атома урана, состоящего из 92 протонов. А если бы существовал химический элемент, в ядре атома которого содержалось 200 протонов, то вблизи такого ядра происходило бы спонтанное рождение электронов и позитронов. Это особый вид радиоактивности, когда распад испытывает пустое пространство – физический вакуум.

Аналогичные процессы происходят вблизи поверхности черных дыр, где гравитация столь сильна, что пространство вокруг буквально кишит непрерывно рождающимися частицами. Это явление, получившее название «излучения черных дыр», было теоретически открыто Стивеном Хокингом.

Таким образом, современная наука рисует картину однородной, самосогласованной и «простой» в больших масштабах Вселенной. Именно эти обстоятельства позволяют говорить о Вселенной, как о едином целом. Природа этих свойств долгое время оставалась загадочной. Но теперь мы знаем, что «инструкции» для создания такого Космоса заключались в законах природы.

Удивительные вселенные.

Английские радиоастрономы из обсерватории Джодрелл Бенк обнаружили в районе созвездия Лебедь очередной пульсар, который вошел в астрономический каталог под индексом «Джи-Пи – 1953». Напомним, что первый пульсар – космический объект, являющийся источником необычайно стабильного импульсного радиоизлучения, в котором импульсы следуют один за другим через абсолютно одинаковые промежутки времени, – был открыт в 1967 году. Причем сперва его даже всерьез приняли за искусственный радиопередатчик какой-то инопланетной цивилизации. И только спустя некоторое время удалось установить, что пульсары на самом деле представляет собой не что иное, как быстро вращающиеся так называемые нейтронные звезды. Интересно заметить, что возможность существования этих удивительнейших представителей звездного мира была за много лет до этого – еще в 1930-е годы – теоретически предсказана выдающимся советским физиком-теоретиком Л.Д. Ландау.

Вследствие небольших размеров нейтронные звезды очень быстро вращаются. Благодаря этому радиолуч, исходящий из какой-либо точки или области поверхности такой звезды, будет описывать окружности в пространстве. И его периодические пересечения с антенной радиотелескопа будут регистрироваться как непрерывная серия следующих друг за другом радиоимпульсов.

Поскольку пульсар «Джи-Пи – 1953» был уже далеко не первым пульсаром, зарегистрированным астрономами, его открытие скорее всего прошло бы незамеченным, но вскоре выяснилось, что он обладает необычными свойствами, отличающими его от всех других подобных объектов.

У первого открытого пульсара временные интервалы между последовательными радиоимпульсами были настолько одинаковы, что по ним можно было проверять ход самых точных атомных часов. Однако теория говорит о том, что этот интервал изменяется с течением времени. Дело в том, что благодаря взаимодействию вращающейся нейтронной звезды с окружающей плазмой, скорость ее вращения постепенно уменьшается и соответственно растет период радиопульсаций, то есть промежуток времени между следующими друг за другом импульсами. «Часы» пульсара как бы замедляют свой ход. Зная это замедление, можно вычислить возраст нейтронной звезды. Оказалось, что средний возраст пульсаров в нашей Вселенной составляет около 10 миллионов лет.

Однако «часы», связанные с пульсаром в Лебеде, как выяснилось, «идут почти без «отставания». Иными словами, у пульсара «Джи-Пи – 1953», в отличие от его космических собратьев, период пульсации почти не менялся. К такому заключению пришли радиоастрономы, систематически наблюдавшие за этим объектом с помощью крупнейшего радиотелескопа в Аресибо на острове Пуэрто-Рико. Во всяком случае, изменения периода оказались настолько малы, что минимальная продолжительность существования пульсара «Джи-Пи – 1953», вычисленная упомянутым выше способом, должна составлять ни много ни мало… 45 миллиардов лет!

Но 45 миллиардов лет – это промежуток времени почти в три раза превосходящий принятый современной наукой возраст нашей Вселенной. Согласно существующим астрономическим данным, с момента начала расширения первоначального «сгустка» и до сегодняшнего дня прошло всего около 18 миллиардов лет. Как же совместить эти крайне противоречивые данные?

Рассказывают, что известный американский астроном, директор радиоастрономической обсерватории в Аресибо Ф. Дрейк сказал по этому поводу приблизительно следующее: «Очень возможно, что существует небольшая часть мирового пространства, преспокойно пережившая то начальное «раздувание», которое дало начало нашей Вселенной. Вероятно, в этой зоне материя по каким-то причинам сохранилась в своем первоначальном виде».

Предположение, прямо скажем, довольно экстравагантное! Но, может быть, в нем и нет такой уж необходимости? Ведь как мы определяем возраст Вселенной? На одном из отдаленных от нас этапов ее истории из расширяющегося вещества сформировались звездные системы – галактики, которые и по сей день продолжают разлетаться во все стороны. Мысленно обращая их движение вспять, можно определить промежуток времени, отделяющий современную эпоху от начала расширения.

Не слишком ли, однако, упрощен подобный метод? Ведь простота далеко не всегда свидетельствует о том, что мы находимся на правильном пути! Почему бы, например, не допустить, что Вселенная не всегда расширялась с одинаковой скоростью – в том же темпе, что и в наше время, что в ее истории были периоды замедления, а следовательно, ее возраст может оказаться больше того, который вычислен, исходя из идеи равномерного расширения?

И для такого предположения есть основания.

Когда астрономы занялись изучением квазаров, этих удивительных объектов, расположенных у границ наблюдаемой Вселенной и излучающих колоссальные количества энергии, примерно в сто раз превосходящие излучения энергии самых больших галактик, то обнаружилось, что на некотором расстоянии от нас их сконцентрировано особенно много.

Стоит еще раз напомнить, что в астрономии расстояние до того или иного космического объекта – это мерило его удаленности не только в пространстве, но и во времени. Чем дальше этот объект от нас находится, тем в более отдаленном прошлом мы его наблюдаем. Поэтому концентрация квазаров на некотором определенном расстоянии от нас, по-видимому, означает, что либо на определенном этапе эволюции Вселенной был период, когда этих объектов возникало особенно много, либо скорость разбегания галактик, то есть расширения Вселенной, в разные эпохи была неодинакова.

В свое время известные советские астрономы И.С. Шкловский и Н.С. Кардашев высказали гипотезу о том, что расширение Вселенной происходило не непрерывно, а с «остановками». Задержка произошла в тот момент, когда радиус расширяющейся Вселенной достиг как раз той области, где наблюдается концентрация квазаров. В течение последующих примерно 50 миллиардов лет Вселенная почти не расширялась, и за это время успело образоваться много квазаров. В этом случае возраст Вселенной может достигать 70 миллиардов лет, и в ней вполне могут существовать объекты и гораздо более старые, чем загадочный пульсар «Джи-Пи – 1953».

Таким образом, модель, предложенная И.С. Шкловским и Н.С. Кардашевым, снимает вопросы, возникшие при определении возраста упомянутого пульсара. Но одновременно снимается и уже известная нам проблема теории горячей расширяющейся Вселенной, связанная с отсутствием физических неоднородностей на расстоянии оптического горизонта, проблема, которая вместе с некоторыми другими привела к разработке теории инфляционной Вселенной. За время длительной «паузы расширения» световой луч успеет несколько раз обойти всю Вселенную, и, следовательно, взаимодействие между любыми ее объектами, даже самыми удаленными друг от друга, становится вполне возможным!

К сожалению, астрономические наблюдения некоторых выводов из модели Шкловского и Кардашева, увы, не подтверждают.

Как же тогда объяснить, не прибегая к теории «инфляционной Вселенной», фактически наблюдаемую однородность и изотропию Вселенной, означающую, что свойства ее любых достаточно больших областей приблизительно одинаковы, а любые направления равноправны?

Несколько лет назад советские теоретики В.А. Белинский, Е.М. Лифшиц и И.М. Халатников обнаружили неизвестное ранее решение уравнений Эйнштейна, согласно которому расширение Вселенной может носить колебательный характер, особенно бурный на самых ранних этапах. В тот период каждый элементарный объем вещества не только испытывал расширение, но, как говорят физики, «осциллировал» – то растягивался, то сжимался.

Опираясь на этот результат, американский ученый Мизнер предложил физическую модель Вселенной, в которой на раннем этапе отсутствует оптический горизонт и возможно перемешивание неоднородностей, а следовательно, и выравнивание физических условий. Эта модель получила название «модели перемешанного мира» или «модели миксмастера». По идее Мизнера, в рамках подобной модели свет успевает обойти мир большое число раз по всем направлениям.

В модели миксмастера процесс удаления Вселенной от начала расширения носит колебательный характер, причем любой момент мирового времени отделяет от начального момента бесконечное число колебаний.

Благодаря этому в модели миксмастера, хотя и существует начальный момент Т = 0, Вселенная все равно оказывается бесконечной во времени. Бесконечной в том смысле, что с начального момента в ней произошло бесконечное число событий.

Таким образом, в модели миксмастера мы сталкиваемся с парадоксальной ситуацией: с одной стороны, космологическое время имеет начало, а с другой – оно является бесконечным. И чем дальше мы углубляемся в бесконечное прошлое, тем медленнее оно «течет».

Характерно, что подобно Эйнштейну, Мизнер в своей модели связывает время с материей: «Материя не существует «в» пространстве и «во» времени, – подчеркивает он, – она сама формирует свое пространство и свое время».

Начиная с появления теории относительности и квантовой физики, мир физики приобретал все более непривычные с точки зрения классической науки черты и вполне заслужил название «все более странного мира». И в этот «все более странный мир» отлично вписались и квазары, и космические струны, и сетчатая структура Вселенной, и частицы с дробным электрическим зарядом – знаменитые кварки… И модель миксмастера так же весьма неплохо соответствовала бы этому «все более странному миру», если бы не одно «но». Последующие расчеты астрофизиков, главным образом советских, показали, что реальность мизнеровского «перемешивания мира» весьма и весьма проблематична. Для этого Вселенной нужно приписать такие физические характеристики, осуществление которых чрезвычайно маловероятно. При любых других условиях свет в лучшем случае успеет обойти мир самое большее один раз. Но для реализации мизнеровской идеи «перемешивания» этого заведомо недостаточно. А если не происходит перемешивание, то не работает и вся модель Мизнера – ведь реальная Вселенная все-таки однородна и изотропна. Поэтому в настоящее время теоретики склоняются к тому, что однородность и изотропия были присущи Вселенной уже с первых мгновений расширения.

Но если не годятся ни модель «с остановкой», ни модель «миксмастера», то как быть с возрастом «Джи-Пи – 1953»? Принять вариант, о котором говорил Дрейк? Он, разумеется, достоин «все более странного мира», и все же к подобным предположениям следует относиться с большой осторожностью. Тем более что Дрейк известен своей склонностью к фантастическим идеям. Естественнее предположить, что подсчет возраста загадочного пульсара связан с какими-то недоразумениями. Кстати, со временем выявилось именно такое отношение астрофизиков к этой проблеме…

В конце концов дело не только в таинственном пульсаре. И без него существуют и разрабатываются различные циклические модели Вселенной…

Здесь, однако, целесообразно сделать небольшое отступление. Поскольку речь зашла о возрасте небесных тел, то стоит сопоставить между собой данные, которыми располагают современные науки о возрасте различных космических объектов, в том числе и Земли. Ведь возраст небесных тел – это их положение на «оси времени»!

Загадки возраста.

От того, в какой мере измеренная учеными продолжительность существования небесных тел соответствует истинному положению вещей, во многом зависит справедливость наших представлений об истории Вселенной и ее будущем, и прежде всего об истории и будущем планеты, на которой мы живем.

До сравнительно недавнего времени возраст Земли считался твердо установленным фактом. В 1956 году он был определен приблизительно в 4,5 миллиарда лет. Что же касается возраста Вселенной, то исходя из скорости разбегания галактик, он принимался равным промежутку времени от 10 до 29 миллиардов лет. Отличие этих чисел в два раза не слишком беспокоило астрофизиков и космологов, поскольку это расхождение считалось следствием некоторой неточности наблюдательных данных.

Однако в действительности ситуация не столь проста и очевидна, как это принято было считать. Дело в том, что за последние годы был обнаружен ряд фактов, которые не только не укладываются в существующие представления о сроках существования космических тел и их систем, но и нередко вступают в очевидные противоречия друг с другом.

Что касается возраста Земли, то возможность его экспериментального определения, не зависящего от различных мифологических представлений, по сути дела, появилась лишь в XX столетии, в связи с открытием явления радиоактивности. Уже в 1926 году были получены первые экспериментальные данные о нижнем пределе возраста нашей планеты, основанные на содержании свинца в урановых рудах, накопление которого является конечной стадией радиоактивного распада урана. Этот «нижний предел» составил тогда 1,5 миллиарда лет. Однако спустя некоторое время Э. Резерфорд, исходя из содержания в урановых рудах изотопов урана-235 и 238, увеличил этот «предел» до 3 миллиардов лет.

Наконец, в том же 1926 году было высказано предположение, что наша планета и найденные на ее поверхности метеориты образовались в процессе формирования Солнечной системы в одно и то же время. И следовательно, по возрасту «небесных камней» можно определить и возраст Земли. Используя уран-свинцовый метод, исследователи пришли к заключению, что возраст Земли составляет 4,55 миллиарда лет. К аналогичным результатам при определении возраста метеоритов приводили и другие методы, основанные на анализе так называемого изотопного состава других, содержащихся в метеоритах элементов.

При этом, однако, предполагалось, что изотопный состав этих элементов на Земле в точности совпадал с их составом в метеоритах, хотя этот факт не является строго доказанным. Поэтому полученные при указанном предположении результаты не могут считаться ни безусловно очевидными, ни тем более окончательными. По-видимому, можно лишь утверждать, что наша планета существует не менее 4,5 миллиарда лет. Дело в том, что, по мнению большинства геологов и геофизиков, твердая поверхность Земли была многократно переработана под действием как земных, так и космических факторов. А это значит, что на Земле в принципе могли сохраниться образцы пород, относящиеся к значительно более древним эпохам ее существования.

И соответствующие данные, не укладывающиеся в общепринятую хронологию, обнаруживались неоднократно. Так на Кольском полуострове были найдены породы, возраст которых около 6,5 миллиарда лет, в Карелии – около 8 миллиардов лет, а в Мончегорском массиве – даже около 11 миллиардов лет. Особый интерес представляют собой данные, полученные при бурении Кольской сверхглубокой скважины. В частности, возраст мраморов, извлеченных с глубины 5660 метров, оказался равным 13 миллиардам лет!

Справедливость требует отметить, что ортодоксально мыслящие ученые, стремясь сохранить устоявшиеся представления о возрасте Земли, пытались в каждом конкретном случае объяснить подобные результаты несовершенством методов определения возраста образцов. При этом характерно, что все подобные возражения трактовались только в пользу уменьшения их возраста.

Разумеется, было бы преждевременно утверждать, что полученные результаты о возрасте отдельных земных пород, превышающем 4,5 миллиарда лет, представляют собой окончательно установленную истину. Но они, во всяком случае, свидетельствуют о наличии весьма серьезных проблем. Тем более, что согласно последним данным результаты определения возраста некоторых метеоритов также обнаруживают весьма солидный «разброс» – от 5 до 18 и даже 26 миллиардов лет!

Естественно, необходимо сопоставить результаты определения возраста Земли по геологическим данным с представлениями современной астрономии о возрасте других космических тел и их систем.

Еще в 1930-е годы казалось, что возраст нашей Вселенной – около 2 миллиардов лет. И, таким образом, получалось, что Солнечная система в лучшем случае образовалась на самой ранней стадии расширения Вселенной. Это оказалось одной из самых серьезных проблем принятой в то время теории. Затем, когда Хэббл открыл фактическое разбегание галактик и определил значение величины, связывающей расстояния до разлетающихся объектов со скоростями их разлета (постоянная Хаббла). Но в то время значение этой постоянной отличалось от принятого в настоящее время примерно в 10 раз. Исходя из этого и возраст нашей Вселенной оценивался в 7-8 миллиардов лет. Но определенный астрономами возраст шаровых звездных скоплений оказался равным 9 и даже 12 миллиардам лет. Однако в дальнейшем на протяжении сравнительно короткого промежутка времени и эти данные вновь были пересмотрены в сторону увеличения как возраста Вселенной, так и возраста составляющих ее объектов. В результате в настоящее время возраст Вселенной считается равным 10-20 миллиардам лет, что устраняет противоречия с оценками продолжительности существования Земли.

Однако, по мнению известного дубненского астрофизика А.М. Чечельницкого, новейшее развитие космологии не только не устранило прежние проблемы, но и добавило новые. Так, например, возраст многих сравнительно небольших объектов, принадлежащих центральной подсистеме нашей Галактики, не вписывается в общепринятый в настоящее время верхний предел возраста Вселенной, составляющий, как было отмечено выше, 20 миллиардов лет. И есть веские основания предполагать, что возраст некоторых далеких от нас грандиозных по своим масштабам космических систем еще значительно больше. В то же время нет оснований сомневаться в результатах работ таких известных астрономов, как Вокулер, Сандедж и другие, определивших величину постоянной Хаббла равной 50 км/с на один мегапарсек, что соответствует возрасту Вселенной именно в 20 миллиардов лет. Возник очередной парадокс, который пока не имеет решения. Однако не исключено, что связь между постоянной Хаббла и возрастом Вселенной в действительности значительно сложнее, чем считается в современной астрофизике.

Существуют, впрочем, и другие подходы к определению возраста Вселенной. Например, опирающиеся на теорию синтеза тяжелых элементов труды Д. Фаулера, удостоенные в 1983 году Нобелевской премии, приводят к заключению, что такой синтез начался, с точностью до нескольких миллиардов лет, около 19 миллиардов лет назад. Однако сравнительно недавно был определен возраст нашей Галактики, значительно превосходящий прежние оценки. Нельзя также игнорировать полученные в последние годы данные, согласно которым расстояние от Солнца до центра Галактики составляет лишь около 0,7 того расстояния, которое принималось ранее. Этот результат и связанный с ним пересмотр шкалы космических расстояний ведет и к пересмотру продолжительности расширения Метагалактики. Очевидно, это очередное расхождение в оценках возраста Вселенной и возраста Галактики потребует новых космологических исследований.

На основании положения о том, что любые взаимодействия и возмущения не могут распространяться со скоростью, превосходящей скорость света в пустоте, делается заключение о конечности объема нашей Метагалактики, а также о существовании предельного горизонта видимости, о котором мы уже упоминали. А что же находится за этим горизонтом? На этот вопрос современные традиционные астрофизика и космология ответить не могут, точно так же как не могут однозначно ответить и на вопрос о том, что было до начала расширения? Существует, правда, теория (о ней мы уже рассказывали), согласно которой наша Вселенная образовалась в результате флюктуации физического вакуума, – теория «инфляционной» Вселенной. Однако убедительные доказательства справедливости этой теории пока не получены.

Нельзя не упомянуть и еще об одном несоответствии. В современной физике элементарных частиц время жизни протона оценивается величиной 10³² лет. Между тем считается, что время жизни нашей Вселенной составляет максимум 2*10²⁰ лет. Казалось бы, это несоответствие должно по меньшей мере настораживать. Современные космологи объясняют это тем, что возраст системы каких-либо объектов может быть существенно меньше, чем возраст составляющих ее элементов. И хотя в подобных рассуждениях есть определенная логика, стоило бы задуматься и над иной возможностью: не может ли наша Вселенная существовать минимум столько же лет, сколько составляющие ее атомы водорода?

Нельзя не обратить внимания также на то обстоятельство, что с развитием представлений об эволюции Земли и Вселенной, начиная от библейских мифов и до современной научной картины мира, оценки возраста и нашей планеты и Метагалактики неизменно возрастали. И уверенность теоретиков в окончательности тех или иных выводов нередко сменялась новым, зачастую прямо противоположными представлениями. «Красивейшие теории гибнут, истерзанные уродливыми фактами», – заметил однажды Д. Фаулер, напомнив таким образом, что нельзя превращать те или иные теоретические научные выводы в догматы веры.

А это означает, что науке принципиально противопоказан слепой консерватизм и ее развитие тесно связано с появлением новых оригинальных идей, которым, несмотря на всю их экзотичность, необходимо уделять самое серьезное внимание!

Циклические модели Вселенной.

Если фаза расширения нашей Вселенной со временем все-таки сменится фазой сжатия, то не исключено, что после этого опять произойдет новое расширение – и так без конца… И в соответствии с этой возможностью разработан ряд теоретических моделей подобных «циклических» Вселенных.

Идея «Вечного возвращения», «Круга времен» – существовала и в древнегреческой философии и в философских системах Индии, Китая и Ближнего Востока…

В 1949 году известный математик Курт Гёдель выступил в Принстонском университете, где в то время работал А. Эйнштейн, с докладом «Время в общей теории относительности», в котором доказывал возможность замкнутых «мировых линий» для некоторого класса моделей Вселенной. В переводе с языка теории относительности на обычный это означает, что при некоторых условиях Вселенная может возвращаться к своему исходному состоянию и в дальнейшем в точности повторять раз за разом уже пройденные циклы.

Ситуация весьма заманчивая для авторов научно-фантастических произведений. Если бы модель Гёделя соответствовала действительности, то это означало бы, что все события, происходящие в окружающем нас мире сегодня, когда-то уже происходили и притом не один раз.

Альберт Эйнштейн присутствовал на докладе Гёделя, однако сейчас нам трудно судить о его подлинном отношении к излагавшимся идеям. На этот счет воспоминания очевидцев расходятся. Согласно одним из них, великий физик в ходе развернувшейся дискуссии заметил, что результаты, изложенные в докладе, ему не нравятся, согласно другим – он, наоборот, отнесся к идеям Гёделя с симпатией.

Много лет спустя известный индийский физик-теоретик С. Чандрасекар подробно исследовал модель, предложенную Гёделем, и пришел к выводу, что возникающие в ней замкнутые траектории лишены физического смысла. Однако при этом Чандрасекар использовал метод так называемого физически разумного выбора. А подобный метод всегда связан с какими-либо произвольными интуитивными допущениями, и ему в полной мере доверять нельзя.

Правда, настораживает и то, что Вселенная гёделевского типа должна обладать парадоксальными свойствами. Например, в ней теряют смысл такие понятия, как «раньше чем» и «позже чем», то есть, по существу, утрачивают свое значение такие фундаментальные свойства времени, как единая направленность и необратимость.

Но в конце концов дело даже не в том, верна или неверна модель, предложенная Гёделем (судя по всему, она все-таки неверна). Ведь эта модель – только специальный частный случай. Существуют и другие модели, которые удовлетворяют уравнениям теории относительности и содержат замкнутые линии времени.

«Тот факт, что ситуация с возвращением в прошлое, описанная Гёделем, не проходит в предложенной им модели, – заметил по этому поводу Чандрасекар, – не исключает вообще подобной возможности в рамках общей теории относительности. Хорошо бы, конечно, доказать для общего случая невозможность замкнутых временоподобных мировых линий, но сейчас можно только сказать, что частный пример, предложенный Гёделем, оказался неверным».

Во всяком случае, показать, что подобные модели противоречат уравнениям общей теории относительности, никому не удалось.

Иными словами, из того, что циклические возвращения Вселенной к прошедшему невозможны в специальной модели, предложенной Гёделем, еще не следует, что вообще не может существовать мир с замкнутыми линиями времени. Это еще необходимо доказать. Кстати, возможность циклической Вселенной допускает и Дрейк. «Если наш пульсар действительно является остатком старой Вселенной, – говорит он, – то кто может утверждать, что до нее не было еще одной, а там еще и еще…».

Если повторяющая себя Вселенная в духе Гёделя пока что остается весьма маловероятной возможностью, которая хотя формально и не опровергнута, но ничем и не подтверждена, то другие варианты циклических моделей разработаны более детально. В этих моделях Вселенная пульсирует, то расширяясь, то сжимаясь и всякий раз проходя при этом стадию сверхплотной горячей плазмы.

Одна из таких моделей «сконструирована» английским астрономом Т. Голдом. Она основана на том, что современная физическая теория в принципе допускает «обращение времени». Если в уравнениях этой теории заменить направление течения времени на противоположное, то все события потекут в обратном порядке.

Вдохновившись «конструкторской» деятельностью Голда, другой английский астрофизик П. Девис решил построить свою «Вселенную», в известной мере противоположную Голдовской. В этой Вселенной направление течения времени в каждом новом цикле также меняется на противоположное, но в промежутке между соседними циклами, в период наибольшего сжатия, оно вообще не имеет направления! Что это значит с физической точки зрения, сказать трудно, поскольку в современных физике и астрофизике вопросы, связанные с поведением материи в экстремальных условиях, по существу еще не разработаны.

Любопытно также, что модель Девиса допускает проникновение через область наибольшего сжатия некоторых физических процессов из одного цикла в другой, разумеется, с соответствующей «переработкой». Именно в свете подобной возможности Девис пытается толковать так называемое реликтовое излучение. Согласно существующей теории, это излучение должно было возникнуть на одной из ранних стадий расширения Вселенной и равномерно заполнить все мировое пространство. Однако в модели Девиса реликтовое излучение приобретает совершенно иной, и, прямо скажем, неожиданный смысл. Это уже не «посланец из прошлого», а, если можно так выразиться, отголосок… будущего! Именно отголосок, а не предвестник! Своеобразная «радиозаря» того цикла в эволюции Вселенной, который еще только должен наступить в будущем. При этом во Вселенной Девиса нарушается один из фундаментальнейших принципов современного естествознания, так называемый принцип причинности – «следствия не могут опережать свои причины». Но к этому принципу мы в свое время еще вернемся, а сейчас отметим, что существует еще одна модель развития Все ленной во времени, в известном смысле противоположная как модели Девиса, так и ряду других циклических моделей. Она разработана одним из учеников Эйнштейна Дж. Уилером. И в этой модели Вселенная тоже пульсирует, то сжимаясь, то раздуваясь, но всякий раз она возрождается из сверхплотного сгустка в ином виде, с новыми характерными параметрами и даже новым набором элементарных частиц. Мало того, во Вселенной Уилера нет вообще времени в обычном понимании этого слова – нет настоящего и нет будущего!

Никто, разумеется, не возьмет на себя смелость утверждать, что модели Годда, Девиса, Уилера и им подобные – это и есть точное описание нашей Вселенной. Да на это они, пожалуй, и не претендуют. Идет поиск. Нащупываются новые направления. Оцениваются и переоцениваются различные идеи. Осмысливаются новые факты…

И ценность перечисленных выше моделей на данном этапе развития науки о Вселенной определяется не столько степенью соответствия реальному положению вещей, сколько их эвристическим характером. Они побуждают к поиску новых пространственно-временных представлений, новых неизвестных фундаментальных физических закономерностей, новых форм причинных связей…

Теория и реальный мир.

(беседа с доктором физико-математических наук А.Л. Зельмановым).

Московский космолог доктор физико-математических наук А.Л. Зельманов был одним из самых выдающихся советских астрофизиков-теоретиков второй половины XX столетия, отличавшийся оригинальным подходом ко многим проблемам современного естествознания.

Мы думаем, что предлагаемая беседа с А.Л. Зельмановым, составленная на основе нескольких интервью с этим незаурядным ученым, поможет читателям лучше разобраться в тех вопросах современной физики и астрофизики, которым посвящена настоящая книга и которые так или иначе связаны с проблемами пространства и времени…

Автор: С развитием науки нередко оказывается, что какая-то из основных физических теорий может быть выведена из более общей. В чем состоит специфика такого «перехода»?

Зельманов: Представим себе, что у нас есть две теории, одна из которых частная, то есть менее общая, другая – более общая. Общая теория применима к более широкому кругу явлений, чем частная. У этих теорий разные уравнения. И дело не просто в том, что уравнения общей теории позволяют производить более точные количественные расчеты. Между ними есть существенные качественные отличия. Если взять совокупности всех физических величин, которые входят в уравнения двух теорий, то окажется, что они различны. Есть некоторые величины, общие для обеих теорий, но есть и разные: в уравнениях общей теории одни, в уравнениях частной – другие. При этом чрезвычайно существенно, что появление новых величин в уравнениях более общей теории связано с применением новых понятий.

Когда совершается переход от частной теории к общей, оказывается, что сами понятия частной теории (понятия, а не только уравнения) носят приближенный характер. Новые понятия, применяемые в более общей теории, являются более точными. Именно поэтому частная и общая теории качественно отличаются друг от друга.

Исторически – переход от частной теории к более общей – это революция, требующая непривычных, «безумных» идей, выработки совершенно новых понятий.

Автор: Значит, вы считаете, что в процессе развития физики и астрофизики «безумные» теории, то есть резко противоречащие принятым взглядам, имеют право на существование?

Зельманов: Вообще говоря, нормальный путь развития науки состоит в том, что каждое новое явление мы стремимся объяснить на основе уже известных закономерностей. Но когда появляется уверенность в полной невозможности подобных объяснений, наступает время «безумных» идей.

Автор: Что же может послужить критерием этой уверенности?

Зельманов: Такого рода критерий подсказывает нам история естествознания. Иногда в науке создается положение, когда совокупность всех известных фактов хорошо укладывается в определенную систему физических принципов. Но обнаруживаются новые факты (явления), которые не могут быть объяснены в рамках прежних теорий.

Может случиться и так, что основные физические теории, хорошо объясняющие разные факты, логически исключают друг друга. Тогда создается положение, при котором невозможно уложить в одну теоретическую схему все факты – и старые и новые: одни факты как бы противоречат другим. Так, по-видимому, можно сформулировать критерий революционной ситуации в физике.

В таких случаях необходимы принципиально новые идеи, с точки зрения которых факты перестают противоречить друг другу. Конечно, то, что одни факты противоречат другим, далеко не всегда очевидно, поэтому и необходимость новых «безумных» идей может быть осознана уже после того, как они будут фактически высказаны и приведут к созданию новой теории, которая впоследствии окажется основной.

Теоретическая астрофизика строится на основе физики. Поэтому «безумные» идеи в астрофизике непосредственно относятся к области физики; это прежде всего те же «безумные» идеи, в которых может нуждаться физика. Вот почему применительно к астрофизике интересующий нас вопрос сводится к следующему: можно ли без логических противоречий объяснить совокупность всех известных в настоящее время астрофизических фактов в рамках существующих основных физических теорий, или же для этого нужны новые, еще неизвестные принципы («безумные» идеи), необходимость которых в самой физике достаточно очевидна?

Поскольку основным источником эмпирических сведений в астрофизике служат наблюдения, а не эксперименты, ответить на этот вопрос гораздо труднее, чем на вопрос о необходимости «безумных» идей в физике. Поэтому, пытаясь объяснить всю совокупность открытых фактов на основе известных физических закономерностей, нужно иметь в виду также возможность и вероятность того, что некоторые из этих фактов могут получить правильное объяснение лишь с точки зрения новых, еще неизвестных физических принципов.

Автор: Как вы в таком случае относитесь к идее «все более странного мира», открываемого в процессе развития естествознания?

Зельманов: Разумеется, всякий раз, когда очередные «безумные» идеи органически входят в науку, они перестают казаться странными и безумными. Но на последующих этапах развития науки возникает необходимость в новых идеях, «безумных» с точки зрения тех, которые уже стали привычными. В этом смысле ожидание открытия «все более странного мира» и соответственно ожидание своеобразного «нарастания безумия» основных идей (презумпция нарастающего «безумия») парадоксальным образом оказываются наиболее разумной психологической позицией.

И если вдуматься, это совершенно естественно: ведь «безумные» идеи в науке в конечном счете всего лишь «непривычные» идеи, с которыми мы раньше не встречались.

Автор: А есть ли возможность на основе уже существующих теорий предсказывать еще неизвестные нам явления во Вселенной?

Зельманов: Есть. Ведь открытие фактов, лежащих вне круга применимости существующих теорий, не означает, что последние исчерпали себя внутри этого круга. В частности, еще далеко не исчерпаны возможности общей теории относительности в астрофизике.

Автор: Мы постоянно употребляем термин «Вселенная» в разных смыслах и в разных контекстах. Что же такое Вселенная?

Зельманов: Можно сказать, что Вселенная – это предмет изучения астрономии; астрономия – наука о Вселенной. Но астрономия, как и любая конкретная наука, изучает материальный мир со стороны некоторых интересующих данную науку аспектов… Таким образом, Вселенная – это материальный мир, рассматриваемый со стороны его астрономических аспектов.

Автор: Что же представляют собой эти «астрономические аспекты» материального мира?

Зельманов: Для ответа на этот вопрос нам необходимо обратиться к одному из самых поразительных эмпирических фактов – к факту существования последовательности материальных структурных образований разных масштабов и различной степени сложности – от элементарных частиц до Метагалактики. Эту последовательность иногда называют структурно-масштабной лестницей. Ступенями этой лестницы служат элементарные частицы и атомные ядра, атомы и молекулы, макроскопические тела, космические тела, системы космических тел вплоть до Метагалактики. Такова известная нам в настоящее время часть структурно-масштабной лестницы, которая охватывает гигантский интервал масштабов, составляющий более 40 порядков – от 10^-13 сантиметра до 10²⁸ сантиметра.

С точки зрения масштабов человек принадлежит к классу макроскопических тел, а Земля, на которой мы живем, – к классу космических тел. Это обстоятельство – положение человека на структурно-масштабной лестнице – определяет применяемые им методы изучения объектов, составляющих различные ступени той же лестницы: от макроскопических тел в сторону меньших масштабов – главным образом эксперимент, прежде всего физический эксперимент, от космических тел в сторону больших масштабов – астрономические наблюдения.

Это значит, что Вселенная – это материальный мир, изучаемый в больших масштабах.

Автор: А что вы понимаете под материальным миром?

Зельманов: С моей точки зрения, понятие материального мира в принципе равнозначно понятию материи. В словосочетании «материальный мир» подчеркивается целостность материи, это – материя как целое. Целостность же материального мира – это единство всех его аспектов. А когда речь идет о Вселенной, мы рассматриваем только материю, взятую в больших масштабах, и уже тем самым ограничиваем себя, в частности, рассмотрением неживой материи и вообще отвлекаемся от существования всех других ее аспектов, не связанных с этими большими масштабами.

Автор: Но Вселенную изучает не только астрономия, но и космология. В чем различие между ними?

Зельманов: Космология – один из разделов астрономии. В отличие от других ее разделов, изучающих конкретные космические объекты с различных точек зрения; космология претендует на изучение Вселенной как целого. Точнее, космология – есть физическое учение о Вселенной как целом, включающее в себя теорию всего охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной.

Автор: Если я вас правильно понял, вы различаете теорию и учение.

Зельманов: Совершенно верно. Учение – более общее понятие, чем теория. Теория – такое учение, которое может и должно быть проверено эмпирическими данными. Учение же может быть такой проверке и не доступно. Что же касается космологии, то поскольку она основывается не только на эмпирических данных, но и на основных законах физики, на основных физических теориях, область применимости которых в принципе выходит далеко за пределы охваченного наблюдениями мира, то она может представлять собой именно учение о Вселенной как целом.

Автор: Но выводы этого учения, которые выходят за границы охваченного наблюдениями мира, очевидно, не доступны непосредственной эмпирической проверке. Что же в таком случае может явиться критерием справедливости космологических построений?

Зельманов: Таким критерием может служить сохранение выводов космологии при замене основных физических теорий, лежащих в ее основе, новыми теориями, более общими и, следовательно, опирающимися на несравненно более широкий круг фактов.

Разумеется, кроме эмпирических и физико-теоретических данных для космологии весьма существенны и философские принципы, поскольку она соприкасается с коренными вопросами философии и, кроме того, не может обойтись без далеко идущих обобщений и экстраполяции.

Автор: В научной литературе встречаются термины: «Вселенная Эйнштейна», «Вселенная Фридмана», «Вселенная Наана», в том числе и «Вселенная Зельманова». Как это понимать?

Зельманов: Под этими терминами имеются в виду различные модели, то есть теоретические схемы Вселенной, соответствующие разным представлениям о ней как целом.

Автор: Однако существует мнение, согласно которому разные теоретические «вселенные» – это действительно реальные космические системы, существующие где-либо в пространстве мироздания.

Зельманов: Говорить о реальном существовании других вселенных имеет смысл лишь в том случае, если самый факт их существования допускает проверку или непосредственную, или хотя бы косвенную, теоретическую. В частности, теория инфляционной Вселенной допускает теоретическую возможность существования бесчисленного множества обособленных космических миров. Нельзя исключить, что дальнейшее развитие этой теории логически свяжет факт существования множества вселенных с какими-то реальными свойствами каждой из них: в том числе и той, в которой мы живем. Это будет означать, что между различными вселенными все же существует некая взаимная связь. Хотя эта связь и будет отличаться от обычной причинно-следственной связи. А это означает, что косвенные подтверждения существования других вселенных могут быть в принципе обнаружены и при изучении нашей собственной Вселенной.

Автор: Как известно, наши взгляды на мир в значительной степени связаны с существованием в природе законов сохранения. Можно ли представить себе такие условия, при которых эти законы не действуют? Что в таком случае произойдет? Могут ли существовать в природе законы еще более общие?

Зельманов: Современная физика действительно знает ряд законов сохранения, однако не все они универсальны! Некоторые из них, например, при сильных взаимодействиях выполняются, а при слабых – нет. Но наиболее общие законы сохранения остаются справедливыми всегда, по крайней мере во всех известных нам случаях. К их числу относятся законы сохранения массы, энергии, количества движения, момента количества движения.

Между прочим, законы сохранения весьма «устойчивы» по отношению к смене физических теорий. Весьма вероятно, что и фундаментальные принципы будущей единой физической теории также будут связаны с идеей сохранения. Хотя какую именно форму примут тогда законы сохранения, сказать трудно. Но даже если все известные сейчас законы сохранения окажутся следствием каких-то других более общих законов, которые не являются законами сохранения в привычном для нас смысле, то никакой катастрофы при этом не произойдет.

Автор: Что вы думаете о тех трудностях, с которыми в обозримом будущем могут встретиться физика и астрофизика в процессе дальнейшего изучения Вселенной, в частности, проблем пространства и времени?

Зельманов: История науки показывает, что какие бы затруднения ни встречались в ее развитии – а она и не развивается иначе, как через затруднения, – они обязательно рано или поздно преодолеваются. При этом обычно рождаются новые трудности, иногда в еще большем числе, но преодолеваются и они. Таков диалектический ход развития науки…

Фрактальная Вселенная.

До начала 80-х годов XX столетия в астрофизике господствовало представление о расширяющейся однородной и изотропной Вселенной, то есть о такой Вселенной, основные свойства которой приблизительно одинаковы для достаточно больших областей пространства и для всех направлений. Однако исследования последних десятилетий заставили всерьез задуматься над тем, что привычная фридмановско-хаббловская модель расширяющейся Вселенной, обладающей поперечником от 10 до 20 миллиардов лет, слишком проста, чтобы быть достаточно точным отражением реальной Вселенной и, тем более, нашей области мироздания.

В начале 1980-х годов в качестве дополнения к теории горячей расширяющейся Вселенной, у истоков которой стояли выдающийся русский физик Георгий Гамов и католический ученый Жорж Леметр, американским теоретиком Гутом и советским астрофизиком Линде была разработана уже упоминавшаяся нами теория «инфляционной» или «раздувающейся» Вселенной, которая возникла в результате флюктуации физического вакуума и за короткие мгновения увеличившая объем первоначального небольшого сгустка вещества по меньшей мере в 10⁵⁰ раз. Уже одно это обстоятельство наводит на мысль о том, что по отношению к материальному миру, частью которого мы являемся, вполне применимо представление о «практической бесконечности». Кроме того, из теории «раздувающейся Вселенной» вытекает, что в ней должно было образоваться великое множество обособленных областей – «доменов», каждый из которых может обладать свойствами, не похожими на свойства нашей Вселенной. Это могут быть иные фундаментальные законы физики, иная геометрия, иное, возможно даже, дробное число измерений, а также иной характер течения времени. Как справедливо отметил известный физик-теоретик Р. Толмен, «Вселенная в целом вовсе не обязательно обладает теми же свойствами, что и видимая нами ее часть».

Такая картина формирования окружающей нас области мира весьма напоминает рост дерева из отдельного семечка и обзаводящегося множеством ветвей с бесчисленными отростками и ответвлениями. Как пишет московский астрофизик Ф. Цицин, «древо – суть и символ глубинных связей между причинами и следствиями, корнями и кроной, тем, что вытекает из небытия, и тем, к чему устремлено развитие Вселенной – частный, но чрезвычайно типичный случай отсутствия непрерывности и целочисленности, присутствия дискретности, квантованное T, при сохранении подобия на всех масштабах – в пространстве и во времени. Древо – универсальный образ для самых разнообразных процессов, способ, коим ткется пространственное лоно Вселенной, выражение Единства и целесообразности всего сотворенного в мире. Такие дробные свойства Вселенной, именуемые фрактальностью, стали серьезно обсуждаться лишь последние пятнадцать лет, поколебав тем самым пятидесятилетнее господство классической релятивистской космологии».

Речь идет о том, что за последние примерно 20 лет получил право на существование совершенно новый и довольно неожиданный аспект окружающего нас Мира. Оказалось, что наша Вселенная является не «целомерной», а, как принято сейчас говорить, «фрактальной», состоящей сплошь из «фрактальных» систем. Астрофизики с некоторым удивлением осознали, что мир, в котором мы живем, состоит из объектов и систем «дробной размерности». Это оказалось весьма неожиданным по той причине, что до самого недавнего времени мы имели дело с объектами, во-первых, целочисленной, а, во-вторых, сравнительно небольшой, минимальной размерности. В самом деле, размерность точки равняется нулю, размерность прямой линии – единице, плоскости – двум, а различных тел – трем.

Но в 1908 году Г. Минковский предложил четырехмерную трактовку теории относительности, в которой роль четвертого измерения играет время. И это был только первый толчок. Вслед за тем появились модели с 5 и 6 измерениями, а сравнительно недавно – в различных теориях возникли операции с 10 и 11-мерными физическими пространствами. В конце же концов дело дошло до… 506 измерений!

Что же касается математиков, которые в меньшей степени, чем физики, ограничены реальными свойствами материального мира, то с легкой руки великого Д. Гильберта они уже давно оперируют и с пространствами «бесконечномерными».

Однако до последнего времени речь шла лишь о целых числах. А теперь оказалось, что наша Вселенная на самых разных уровнях заполнена объектами с… дробной размерностью.

Это открытие произвело, пожалуй, не меньший эффект, чем обнаружение частиц с дробным электрическим зарядом – знаменитых кварков. Но если кварки до сих пор остаются «теоретическими объектами», то в данном случае оказалось, что фрактальной природой, то есть дробными размерностями, обладает не только Вселенная, но и многие привычные объекты и структуры окружающего нас мира. К их числу относятся такие процессы, как эрозия почвы, сейсмические явления, химические реакции, солнечные пятна и скрытая масса галактик, фрагментация протогалактической среды, переменные звезды, и даже совокупность «ресничек» на стенках кишечника. Иными словами, «фрактальные формы» существуют буквально повсюду. Как пишет американский математик Бенуа Мандельброт, стоявший у истоков фрактальных представлений, «ученые с немалым удивлением и восторгом… уясняют для себя, что многие и многие формы, которые они до сих пор вынуждены были характеризовать как зернистые, гидроподобные, похожие на морские водоросли, странные, запутанные, ветвистые, ворсистые, морщинистые и т. п., отныне могут изучаться и описываться в строгих количественных терминах… Фрактальные множества, считавшиеся до сих пор чем-то исключительным… в некотором смысле должны стать правилом».

Остается лишь удивляться тому, что ученые столетиями не замечали того, что сейчас выглядит как совершенно очевидное. Но как уже не раз бывало в науке, стоит хотя бы одному это «очевидное» обнаружить, как вслед за ним очень быстро «прозревают» и все остальные. И это влечет за собой существенные изменения в научной картине мира.

Известный писатель-фантаст и ученый-палеонтолог И. Ефремов писал: «Смотрите, как повсюду окружают нас непонятные факты, как лезут в глаза, кричат в уши, но мы не видим и не слышим, какие большие открытия таятся в их смутных очертаниях». А Ф. Левольд говорил: «Истина бывает часто настолько проста, что в нее не верят»…

История обнаружения фрактальности довольно характерна для развития естественных наук и весьма поучительна. Все началось с мысленного эксперимента, осуществленного Б. Мандельбротом. Он обратил внимание на то, что длина участка береговой линии моря между какими-либо двумя пунктами зависит от того, как ее измерять, то есть от «длины линейки». Однако осознав довольно очевидный факт, Б. Мандельброт на этом не остановился, как поступили все его предшественники. А задумавшись над проблемой «устройства» Вселенной, пришел по аналогии к выводу и об ее фрактальном строении. Тем самым догматический барьер в устоявшемся сознании научного сообщества, убежденного в том, что во Вселенной для фрактальности нет места, был, наконец, преодолен. И картина мира, в том числе и его астрономическая картина, необратимо изменилась. По мнению Ф. Цицина, какие бы изменения эта картина ни претерпела в дальнейшем, «аспект фрактальности» вошел в ее «твердое ядро» принципов-постулатов и не будет изъят ни при какой ревизии.

Таким образом, современное естествознание приходит к выводу о том, что все системы, существующие в окружающей нас природе – от микромира до Метагалактики, – имеют фрактальную структуру, то есть обладают дробной размерностью. Возникает, однако, законный вопрос: какой физический смысл имеет, скажем, пространство с дробной размерностью или вообще любой фрагмент с фрактальными свойствами? По мнению Ф. Цицина, это структура пространственно-иерархического типа с постепенно убывающим, но в то же время строго закономерным единообразным «заполнением объема». Пример: крона «зимнего дерева» с опавшими листьями.

А существуют ли в самой природе пространства с дробной размерностью? И мыслимо ли такое пространство вообще? По утверждению Ф. Цицина, такой объект в последние годы, наконец, появился, правда, только в теории. Этот уникальный и пока что единственный объект – сама Большая Вселенная в модели хаотического раздувания, разрабатываемой А. Линде. Она обладает фрактальной природой по «построению» в силу случайного (или, как говорят математики, стохастического) процесса раздувания в пространстве и во времени.

Правда, многое еще остается неясным. Например, мы не в силах представить себе, что могла бы означать дробная размерность времени. Но, видимо, прав был выдающийся физик-теоретик Л.Д. Ландау, заявлявший, что если надо, мы можем понять даже то, что не можем представить…

Хорошо известно, что математика в процессе своего самостоятельного развития, происходящего по законам внутренней логики, так сказать, заблаговременно не раз подготавливала математический аппарат, понятия, методы, алгоритмы и даже целые «исчисления», которые в период своего появления казались чистой воды абстракциями, но затем находили себе важнейшие практические приложения в физике, астрономии и в ряде других точных наук. Достаточно напомнить о теории «конических сечений», разработанной за несколько сотен лет до нашей эры древнегреческим математиком и астрономом, одним из учеников Евклида Аполлонием Пертским и примерно 2 тысячи лет спустя использованной И. Кеплером при формулировании законов движения планет вокруг Солнца. Или о «тензорном исчислении», разработанном Риччи и нашедшем важнейшие применения в современной теоретической физике. Или о теории групп, без которой не обходятся многие физические теории. Или, наконец, о «воображаемой» геометрии Лобачевского, ставшей математической основой обшей теории относительности.

«Нельзя избавиться от ощущения, – отмечал великий физик Генрих Герц, – что математические формулы живут независимой жизнью, что они умнее своих изобретателей, что мы получаем из них больше, чем в них было в свое время вложено».

Поэтому можно считать симптоматичным, что математический аппарат, соответствующий фрактальным представлениям, подготавливался уже на протяжении нескольких сотен лет трудами таких выдающихся математиков, как Лейбниц, Эйлер, Лаплас, Фурье, Лиувиль и Риман. Хотя достаточно полное обобщение этих исследований было достигнуто только во второй половине XX столетия в работах итальянского математика Тарди, а затем независимо А. Летинковым в России и Л. Грюнвальдом в Праге.

В дальнейшем, правда, наступил период «невостребованности» математических достижений в рассматриваемой области. Но у этого факта существуют вполне объективные причины. Дело в том, что долгое время казалось, что такие объекты, системы и процессы, которые требовали бы для своего понимания и описания «фрактального математического исчисления» в окружающем нас мире, отсутствуют.

Пока фрактальная картина мира находится только в стадии становления. Однако уже можно не опасаться того, что «фрактальный математический анализ» и «фрактальные уравнения» останутся и в обозримом будущем без применения, окажутся невостребованными. В свое время английский астрофизик и известный популяризатор науки Джеймс Джине утверждал, что есть творчество математиков, которое никогда не пригодится за пределами самой математики. И в качестве примера он приводил теорию групп, с которой в настоящее время, как мы уже отмечали, связана едва ли не половина современных физических теорий. История науки не раз подтверждала также правоту видного французского математика Т. Эрмита, утверждавшего, что самым абстрактным спекуляциям математического анализа соответствуют реальные соотношения, существующие вне нас, которые когда-нибудь достигнут нашего сознания.

И, наконец, самый главный вопрос: что принесет современному естествознанию дальнейшее развитие представлений о «фрактальной картине мира»? Опыт развития науки убедительно показывает, к какому величайшему прогрессу в наших знаниях о природе приводит обнаружение каких-либо общих черт в различных естественных процессах. Но можно с полным правом утверждать, что за всю историю развития естествознания науке еще никогда не удавалось находить общее в столь многообразных и разнообразных, казалось бы, весьма далеких друг от друга явлениях и процессах, какое было обнаружено с открытием фрактальности.

Поэтому есть все основания ожидать, что уже в недалеком будущем дальнейшее развитие соответствующих идей и получение соответствующей принципиально новой информации об окружающей природе не только заставит нас внести кардинальные изменения в существующую научную картину мира, но и позволит понять глубинную сущность очень многих явлений, о которых до сих пор мы вынуждены судить весьма поверхностно.

Семантическое поле «мэона».

Дальнейшее развитие физической науки позволило обнаружить поистине удивительные факты. Оказалось, что «вакуумы» бывают разные, отличающиеся друг от друга своими свойствами и процессами, которые в них происходят. Например, так называемый хиггсовский вакуум ответственен за то, что различные частицы обладают разными массами. Тем самым получила подтверждение мысль академика Г. Наана о том, что существующий вокруг нас мир материальных объектов представляет собой порождение физического вакуума.

Несколько лет назад известный московский физик и математик Л. В. Лесков высказал предположение о том, что в нашей Вселенной, наряду с миром материальных объектов, существует особая разновидность физического вакуума – «мэон», обладающая свойствами особого «информационного пространства» – «семантического поля» (или «поля смысла»). К сожалению, о конкретных физических свойствах мэона нам пока что известно очень немногое. Тем не менее, опираясь на общие фундаментальные представления современной физики, кое о чем можно догадываться.

Как известно, существуют четыре основных физических взаимодействия: «сильное» или «ядерное», «электромагнитное», «слабое» (связанное с нейтрино) и гравитационное. По своей «силе» эти взаимодействия относятся друг к другу как 1:10^-2:10^-12:10^-39. Однако в масштабах 10^-33 сантиметра и 10^-43 с. эти взаимодействия сливаются в одно общее «универсальное взаимодействие», пространство перестает быть трехмерным, а время теряет свою однонаправленность.

Фактически единым «пространством-временем» на масштабах, о которых идет речь, является физический вакуум, в том числе и мэон. Поскольку мэон не содержит реальных частиц, в нем не действует второй закон термодинамики, согласно которому в природе должно происходить постоянное обесценение энергии и накопление энтропии. Но поскольку, по мнению многих физиков, именно накопление энтропии определяет однонаправленность времени – «стрелу времени», то в «мэоне» эта «стрела» полностью отсутствует. А следовательно, прошлое и будущее существуют здесь как бы одновременно – синхронно.

Кроме того, не исключено, что мэон свободен и от тех ограничений, которые вытекают из общей теории относительности, в частности, от запрета на передачу физических взаимодействий со сверхсветовыми скоростями. Если это так, то мэон способен передавать информацию со скоростью, намного превышающей скорость света, то есть практически мгновенно.

В 1978 году известный московский физик Н.И. Кобозев высказал предположение, что в атомно-молекулярных структурах нейронных сетей головного мозга человека существует своеобразный вакуум, состоящий из особых сверхлегких частиц – «психонов». Именно эти частицы воспринимают информацию, поступающую из внешнего мира, и передают ее нашему мозгу. В результате этого процесса и возникают такие удивительные явления, как интуиция, озарения и тому подобные феномены. Однако для их реализации необходимо, чтобы в окружающем нас мире существовали источники такой информации, своеобразная среда, способная выполнять функции носителей этой информации.

В настоящее время существует несколько теоретических концепций, описывающих явления, происходящие в физическом вакууме. Одна из них разрабатывается российскими физиками А.Е. Акимовым и Г.И. Шиповым. В ее основе лежит предположение о существовании «абсолютного вакуума», обладающего свойствами кривизны и кручения. Эти ученые изучают так называемые торсионные взаимодействия и торсионные поля, возникающие при вращении и кручении различных материальных объектов. Долгое время считалось, что сила этих полей на много порядков уступает силе других физических взаимодействий. Однако Акимову и Шилову удалось показать, что это представление справедливо только для статических торсионных полей, а поля динамические, возникающие в результате физических процессов, происходящих в физическом вакууме, могут обладать силой, сравнимой с силой электромагнитных взаимодействий, и к тому же такие поля распространяются со сверхсветовой скоростью.

Контуры новой картины мира.

(беседа с профессором Л.В. Лесковым).

Автор: Как известно, история науки – это постоянная смена представлений, гипотез и теорий. И обычно этот процесс протекает довольно плавно и постепенно, в результате последовательного накопления и освоения новых фактов, данных экспериментов и наблюдений… Однако время от времени происходит своеобразное «перенасыщение» совокупности знаний (суммы знания) новыми фактами, не укладывающимися в прежние представления о мире новой информацией. И тогда происходят научные революции, которые в конечном счете приводят к кардинальным изменениям существующей научной картины мира.

Насколько мы знаем, вы считаете, что время очередной революции в науке о мироздании уже наступило. И что в настоящий момент в современном естествознании сложилась, образно говоря, «взрывоопасная» ситуация. Накопилось достаточное количество экспериментальной и теоретической информации, которая свидетельствует о том, что очередная революция в этой области современной науки – не за горами. Она еще не произошла, и новая картина мира еще не сформировалась, но, как считают некоторые философы, она будет существенно отличаться от суммы существующих знаний. Но так как очередная новая картина мира будет формироваться в значительной степени в результате «экстраполяции» уже имеющихся знаний, то вполне правомерно уже сейчас, хотя бы в основных, главных чертах, попытаться представить себе, какой она окажется.

Что, по вашему мнению, будет представлять собой новая модель миропонимания?

Лесков: Исходный постулат новой модели миропредставления состоит в том, что в качестве наиболее фундаментального структурного уровня, определяющего всю совокупность свойств Универсума, на мой взгляд, является физический или квантовый вакуум. При этом его свойства проявляются в двух слоях реальности – в мире материальных объектов и в информационном или семантическом (смысловом) поле, носителем которого является особая форма физического вакуума, которую я предложил назвать «мэоном» (мэон – по-гречески означает «отсутствие бытия», «ничто»). Иными словами, речь идет о «бинарном» строении Вселенной. Именно модель «бинарной мэонической Вселенной» и должна составлять основу концепции, которая должна сформировать фундамент новой картины мира. Я бы назвал эту концепцию «ноокосмической» («поо» по-гречески означает «разум»).

Автор: Если мы правильно вас поняли, то речь идет о принципиально новом взгляде на мир, как на единство материи и сознания. Но хотелось бы уточнить, каковы те основные научные проблемы, которые не находят решения в современном естествознании и тем самым требуют формирования принципиально новых взглядов на строение мира?

Лесков: Таких проблем несколько. Остановлюсь на самых главных. Прежде всего это проблемы, связанные с формированием и эволюцией нашей Вселенной, возникшей в результате фазового перехода в физическом вакууме. Можно не сомневаться в том, что со временем физикам удастся построить теорию этого процесса и описать его с помощью соответствующих уравнений. Но возникает принципиальный вопрос, который был сформулирован С. Хокингом: «Что вдыхает жизнь в эти уравнения и создает Вселенную, которую они могли бы описывать?».

Вторая группа проблем связана с так называемым антропным принципом, утверждающим, что фундаментальные свойства нашей Вселенной именно таковы, какими они должны быть, чтобы обеспечить существование и потребности человека. Вероятность того, что подобные уникальные условия могли сложиться случайным образом, ничтожно мала. Это наводит на мысль, что в формировании нашей Вселенной принимало участие некое «сознательное начало».

Не меньше трудностей возникает и при попытке разгадать тайну возникновения жизни и «генетического кода», единого для всей биосферы Земли. Вероятность возникновения случайным образом молекул ДНК столь же мала, как и вероятность случайного возникновения свойств нашей Вселенной!

Еще один комплекс загадочных проблем связан с явлениями человеческой психики, такими как феномен памяти, интуитивные озарения, сверхбыстрый счет в уме, выход индивидуального сознания за пределы соматической капсулы и т. д. А также с тайнами коллективной жизнедеятельности таких общественных насекомых, как муравьи, пчелы и термиты. Не решена и проблема автономии человеческого сознания по отношению к материальным структурам мозга.

Автор: Как следует из ваших слов, все проблемы, о которых вы упомянули, в той или иной степени связаны с активной ролью фактора сознания. Не означает ли это, что пришло время, когда явлением сознания необходимо интересоваться не только психологам, психотерапевтам и физиологам, но и физикам?

Лесков: Действительно, я прихожу к выводу, что следующим чрезвычайно важным шагом теории в области изучения свойств пространства и времени должны стать математические обобщения, включающие фактор сознания. И я не единственный, кто придерживается подобной точки зрения. Так, известный физик-теоретик А. Линде высказал мысль о том, что со знание имеет свои «степени свободы», без учета которых описание Вселенной будет принципиально неполным. Но и этого, по-видимому, еще недостаточно. Как известно, законы биологической эволюции записаны в генетическом коде, в молекулах ДНК. «Но где были записаны законы физики, – ставит вопрос тот же Линде, – когда Вселенной не было?» Я думаю, говорит он, что ключ к построению теории, объединяющей материю и сознание, спрятан в физическом вакууме!

Автор: Вы упомянули о концепции «мэонной Вселенной». Какие представления могут быть положены в ее основание?

Лесков: Две гипотезы. Согласно первой из них, существует такая разновидность физического вакуума как мэон, способная хранить неограниченно большие объемы информации. А вторая – заключается в том, что существуют механизмы информационного обмена между мэоном и различными материальными объектами, в том числе нашим мозгом. Таким образом, мэон – это такая разновидность физического вакуума, которая связана с функцией сознания. Вообще – весь материальный мир – это порождение физического вакуума. Вакуум – есть все, и все – есть вакуум, – утверждал эстонский философ Г. Наан. А известный советский физик-теоретик Я.И. Померанчук говорил, что «вся физика – это физика вакуума».

Автор: Но если мэон является банком информации, то, по-видимому, он как разновидность физического вакуума обладает какими-то специфическими особенностями?

Лесков: Одной из таких особенностей является способность мэона осуществлять, в отличие от всех других искусственных и естественных систем, синтез информации без накопления энтропии. Это связано с тем, что в мэоне не действует второе начало термодинамики, согласно которому все материальные процессы приводят к обесценению энергии и накоплению так называемой энтропии. А отсюда – еще одно весьма важное следствие. Согласно некоторым представлениям, именно накопление «энтропии» определяет существование «стрелы времени». Если нет энтропии, то нет и «стрелы времени». Иными словами, для мэона прошлое, настоящее и будущее как бы синхронны. Между ними нет семантического различия!

Автор: Не этим ли объясняются эффекты ясновидения, о которых немало говорится и пишется? Если индивидуальное сознание некоторых людей способно получать информацию из семантического пространства мэона, то ведь в нем хранятся сведения и о будущем.

Лесков: По этому вопросу пока трудно сказать что-либо определенное.

Автор: Но отсутствие «стрелы времени» означает также, что нет ни начала, ни конца, ни каких-либо изменений, вообще нет движения. Невольно рождается образ застывшей и неизменной вечности.

Лесков: Это совершенно не так. Физический вакуум, включая мэон, буквально «кипит». В нем происходят бесчисленные флюктуации и фазовые переходы, которые могут приводить к возникновению «из ничего» миров, подобных нашей Вселенной.

Автор: Насколько я понимаю, необычные свойства мэона свидетельствуют о том, что к нему неприменимы закономерности общей теории относительности. Что из этого следует?

Лесков: Следует ожидать необычных эффектов. Например, передачи информации со скоростями, на много порядков превышающими световую, а также «считывания» информации из прошлого, будущего, а также из отдаленных пространственных областей. Возможно, именно этими эффектами и объясняются такие явления, как, ясновидение и проникновение мысленным взором на значительные расстояния.

Автор: Вернемся к вопросу о взаимосвязи материи и сознания. Хотелось бы уточнить, что представляет собой сознательная деятельность человека, что является ее содержанием, всех ее форм? Каковы основные функции сознания?

Лесков: Эти формы и функции сводятся к различным операциям с информацией. К ним относятся получение информации извне, в том числе и интуитивное, ее запоминание и обработка. Это и свободная игра воображения, и взаимодействие с программами, закодированными в подсознании. И, наконец, заключительный этап – выдача новой информации вовне и сигналов к действию.

Автор: Но судя по тому, что известно современной науке, человеческое сознание не единственный существующий в природе «оператор информации»?

Лесков: Да, многими функциями оператора информации обладает, например, машинный интеллект, а некоторыми даже элементарные частицы. Вообще можно утверждать, что способность синтеза информации является универсальным свойством всех материальных объектов. Но полным набором функций получения и обработки информации, по-видимому, обладает только человеческое сознание. Можно сказать, что мозг – это универсальный «оператор смыслов» или биокомпьютер. Именно это обстоятельство открывает возможность обобщения мэонной модели Вселенной, включения в нее фактора сознания. Это дает право говорить о формировании нового естественно-научного направления – мэоники, или ментальной физики (mental – по-английски означает «психический», «умственный»).

Автор: Очевидно, в рамках этого нового научного направления могут быть предприняты попытки создания моделей таких психических и парапсихологических явлений, которые не удается объяснить в рамках традиционной науки?

Лесков: Коллективное бессознательное, концепция которого сформулирована К. Юнгом, может быть истолковано как комплекс наследственных «кодов» или «фильтров», обеспечивающих автоматическое «взвешивание» информации, поступающей в мозг непосредственно из семантического пространства мэона. Похожим комплексом наследуемых-генетических кодов могут обладать и общественные насекомые.

Автор: Как известно, современная психология утверждает, что каждый человек при рождении получает некоторый ресурс способностей, дальнейшая реализация которых зависит от воспитания и среды. Соотносится ли подобная точка зрения с вашей концепцией?

Лесков: С одним уточнением. Наследуемый ресурс – не что инее, как «базовый набор мэоновых «кодов» и «ключей», открывающих «доступ» в информационную «библиотеку» семантического поля мэона. При этом в результате обучения и автотренинга человек может развить свои природные способности и пополнить набор кодов, которыми владеет.

Автор: Не значит ли это, что несходство внутреннего мира разных людей как раз и объясняется разнообразием наборов мэоновых кодов и фильтров, полученных по наследству?

Лесков: Я считаю, что в этом несходстве – величайший источник творческих порывов и гарантия непрерывности эволюции человеческого рода. А всякая унификация и стандартизация человеческих качеств – прямая дорога в эволюционный тупик. Вместе с тем я рискну утверждать, что никакой личной памяти не существует вообще, подобно тому как нет источника энергии на борту электровоза. Вся необходимая информация хранится в семантическом поле мэона. А доступ к этой информации человек может получать практически мгновенно, если располагает необходимым набором кодов. Этим механизмом может, в частности, объясняться явление интуиции. А, согласно Бергсону, «абсолютное знание может быть дано только в интуиции, тогда как все остальное открывается в анализе». Но анализ – это операция, которая сводит предмет к уже известным элементам. Между прочим, из этого следует, что искусственный интеллект никогда не достигнет уровня естественного, поскольку машинному интеллекту интуиция принципиально недоступна!

Эйнштейн, Пуанкаре, Менделеев, Кекуле и многие другие ученые подчеркивали, что все великие открытия хотя и происходят после большой предварительной работы, но путем внезапного озарения, интуиции. Исходя из модели мэонической Вселенной можно высказать гипотезу: интуиция – это не что иное, как прорыв индивидуального сознания к смыслосодержащему потенциалу мэона.

Автор: В публикациях, посвященных парапсихологическим явлениям, описываются и такие необычные эффекты, как реинкарнация, переселение душ и тому подобные явления. Вероятно, к объяснению этих явлений также можно подойти с позиций мэонной концепции? В частности, одной из самых волнующих проблем, связанных с человеком, является вопрос о том, что происходит с ним, точнее, с его «я», после смерти? И раньше многие видные философы придерживались мнения, согласно которому у каждого человека есть «бессмертная душа», продолжающая существовать и после того, как он покинет этот мир. А великие мудрецы древности Платон и Пифагор считали, что происходит так называемое переселение душ, то есть душа умершего человека со временем вселяется в тело другого живого существа. Особый интерес к этой проблеме возник после выхода в свет книги врача и психолога Р. Моуди «Жизнь после смерти». Автор опросил несколько десятков человек, перенесших состояние клинической смерти. Многие из них утверждали, что, находясь в коматозном состоянии, они покидали свое тело и могли со стороны наблюдать, как вокруг них хлопочут врачи. Лично мне также приходилось беседовать с некоторыми людьми, пере несшими клиническую смерть, и они рассказывали приблизительно то же самое. Что можно сказать по этому поводу с точки зрения мэоновой концепции?

Лесков: Действительно, следует признать, что существует ряд документально зафиксированных случаев так называемой реинкарнации, то есть перевоплощения умершего человека в другого, живущего на Земле. Специалисты Бенгалорского института психического здоровья и невропатологи разных стран (в основном Индии) собрали материалы о 250 подобных случаях. То маленький мальчик «вспомнит», как его сожгли на погребальном костре, и расскажет об этом подробности, которых ребенок никак не может знать. То девочка начинает уверять всех, что она не Луранси Ваннет, а Мэри Рофф, и в подтверждение этого сообщит имена всех родственников этой Мэри, что окажется совершенно верным… И так далее, и тому подобное…

Автор: Однако, насколько мне известно, информация, имеющаяся в распоряжении науки о явлениях реинкарнации, неточна и неопределенна и носит в основном косвенный характер, поскольку целиком основывается лишь на свидетельствах «очевидцев».

Лесков: Но существуют и весьма достоверные, с точки зрения науки, сообщения о явлениях, сходных с этим феноменом. Я имею в виду необычные опыты московского психолога и гипнотизера В. Райкова. Он пытался под гипнозом добиться перевоплощения пациента в другую личность. Например, он внушал одному испытуемому, что тот – известный американский шахматист начала века Пол Мэрфи. И хотя испытуемый ничего не знал о Мэрфи, во время сеанса у него проявились незаурядные способности шахматиста. Эксперимент проводился в присутствии М. Таля, который засвидетельствовал, что эти способности по крайней мере на «два разряда» превосходят его собственный уровень.

В других опытах Райкова речь шла не о перевоплощении в какого-то конкретного человека, а испытуемому внушали, что он художник или танцор и даже в том случае, если он был совершенно лишен соответствующих способностей, испытуемый начинал совсем неплохо рисовать или танцевать. На мой взгляд, эти и другие подобные факты требуют достаточно серьезного отношения. Отмахнуться от них как от выдумки – легче всего.

Автор: Нельзя ли подойти к объяснению этих и других подобных им явлений с позиций концепции мэонической Вселенной?

Лесков: Можно, если в число операций, выполняемых сознанием, действительно входит и непосредственное взаимодействие с информационным пространством мэона. В таком случае, согласно новой теории, наше сознание, обусловленное мэонным уровнем реальности, должно обладать поистине чудесной властью над пространством и временем.

Человеческое «Я» существует в материальном мире и живет во времени. Однако через мэоновые каналы связи мы можем получить доступ в смыслосодержащий потенциал такого информационного пространства. Эти каналы могут служить и для установления казавшихся прежде невероятными контактов между людьми – через бездны пространства и времени.

Преимущество мэонической модели состоит в том, что она позволяет «снять» противоположность материи и дознания, материального и идеального.

Автор: Но позволяет ли эта модель разобраться в том, что именно представляет собой реинкарнация? Какова ее природа?

Лесков: Рассмотрим типичный случай реинкарнации, как он описан индийскими учеными, и попытаемся истолковать его в рамках мэонической модели. В момент, когда человеку, находящемуся в расцвете сил, угрожает внезапная гибель, все силы его организма мобилизуются. Предельно активизируется деятельность мозга. Это может вызвать мощный импульс, который поступает в мэоновые каналы связи и через посредство мэоновых структур может быть воспринят как угодно далеко от места происшествия и в совершенно другое время, причем не только в будущем, но и в прошлом. Перевоплотиться в ушедших веках – это звучит еще фантастичнее, чем любые традиционные рассказы о реинкарнации.

В рамках мэонической модели можно предсказать и такой парадоксальный эффект, как неоднократные или «параллельные» перевоплощения. Известно, что в Тибете в процессе многовековой практики отработана сложная «ритуальная технология», позволяющая отследить длинную череду последовательных возвращений в жизнь одних и тех же заслуженных человеческих сущностей. Быть может, здесь как раз и проявляется мэоновый эффект, о котором идет речь.

Автор: Вернемся, однако, к мэоновому импульсу, содержащему «след» психики умершего человека. Что с этим импульсом произойдет в дальнейшем?

Лесков: Предположим, что этот импульс, содержащий набор сведений о чужом «Я», получит ребенок, психика которого еще не вполне сформировалась. Он невольно отождествит себя с той индивидуальностью.

Автор: И что дальше?

Лесков: Можно предположить, что по мере того, как собственная индивидуальность ребенка будет укрепляться, «отблеск» чужеродной личности бесследно исчезнет из его сознания.

Автор: А как быть с перевоплощением под гипнозом в шахматиста Мэрфи?

Лесков: Я думаю, что этот опыт был поставлен недостаточно «чисто». Все дело в том, что при этом присутствовал такой выдающийся шахматист, как Михаил Таль. А он, конечно, многое знал и о самом Мэрфи и о его игре. И то, что произошло, объяснялось не «перевоплощением» испытуемого, а скорее всего телепатией, то есть подключением Таля к мыслительному потенциалу пациента. Разумеется, и в этом случае, по всей вероятности, работали мэоновые каналы передачи информации.

Автор: Не кажется ли вам, однако, что мэоновая модель реинкарнации несколько суха и прозаична? По существу, она означает отказ от таких романтических образов, как душа, покидающая бренное тело и устремляющаяся в царство бестелесных духов, как возможность общения с этими духами и тому подобные представления?

Лесков: Но ведь не перестали же мы с радостью встречать восход Солнца после того, как выяснилась правота Коперника. Пусть мэоновая модель реинкарнации и выглядит достаточно прозаично, но зато она конструктивна и позволяет предложить научную концепцию феноменов самопроизвольного и направленного перевоплощения личности. Хотя пока только качественную…

Но самое важное состоит в том, что «самоидентификация» возможна после утраты собственного тела, причем даже спустя многие годы после того, как это произошло. В частности, можно всерьез поставить задачу «пересадки» психомэонового дубликата индивидуального «Я» из собственного тела на другую материальную структуру. Этой другой структурой может, например, послужить мозг иммунночистого организма, выращенного методом клонирования из собственной клеточной ткани человека. Нельзя исключить и другое инженерное решение – использование искусственно сконструированной биоэлектронной или биомеханичекой системы, проще говоря – киборга. Независимо от того, какой способ будет выбран, это означает, что в случае утраты своего тела – вследствие неизлечимой болезни, старения или аварии – человек обретает надежду получить новое тело и избежать таким образом смерти и небытия.

Автор: Но возвратимся к проблемам более общим… Если способность синтеза информации является универсальным свойством всех материальных объектов, то можно предположить, что в природе существуют и универсальные каналы поступления информации в материальный мир из семантического пространства мэона.

Лесков: По-видимому, это так. И поступающая по этим каналам информация формирует «вектор эволюции». В свое время ученик и последователь Вернадского Тейяр де Шарден задавал вопрос: «Что за особая энергия заставляет развиваться Универсум по своей главной оси в менее вероятном направлении все более высоких форм сложности и внутренней сосредоточенности?» Я думаю, теперь мы можем дать ответ на этот вопрос: вектор эволюции материального мира формируется под действием «давления семантического потенциала» мэона. Здесь содержится и ответ на вопрос, поставленный Линде, – о том, где были записаны законы нашей Вселенной и программа ее эволюции до того, как она образовалась. Вся необходимая информация была закодирована в мэоне.

Автор: Похоже, что с давлением семантического поля мэона связаны и некоторые экологические проблемы, в частности, нежелательные последствия антропогенного воздействия человечества на биосферу.

Лесков: Устойчивость биосферы как сложной самоорганизующейся системы непосредственно связана с известным принципом Ле Шателье – Брауна, согласно которому при внешних воздействиях, способных вывести материальную систему из состояния равновесия, в этой системе развиваются процессы, ослабляющие эффект внешнего воздействия. Нельзя исключить, что решающую роль в подобном механизме играет давление мэона. Однако принцип Ле Шателье – Брауна действует лишь при том условии, что интенсивность внешнего воздействия не превосходит некоторой критической величины. Согласие существующим расчетам, предельная величина антропогенных возмущений не должна превышать 1% от полной производительности биосферы. Между тем в настоящее время она уже достигла 10%.

И если бездумное насилие человечества над биосферой будет продолжаться, то она, в соответствии с принципом Ле Шателье – Брауна, способна на ответную реакцию с весьма нежелательными последствиями.

Автор: Попытаемся подвести некоторые итоги. Если мэонная концепция себя оправдает, то какие практические выгоды сможет извлечь человечество в результате применения соответствующих «мэонных технологий»?

Лесков: Похоже, что колоссальные!

Минус-материя.

(беседа с доктором физико-математических наук B.C. Барашенковым).

Автор: Как известно, в свое время Поль Дирак, пытаясь объединить квантовую механику с теорией относительности, обнаружил, что полученные им уравнения имеют решения с отрицательной массой и энергией. Что произошло в этой области теоретической физики в дальнейшем?

Барашенков: Вскоре после этого теоретикам удалось преобразовать теорию относительности таким образом, что подобные решения стали «ненаблюдаемыми», так сказать, ушли в «физическое подполье». Однако идея «минус-вещества» полностью не умерла. Я бы сказал, что она подобно призраку до сих пор продолжает «маячить» на «краях теории». Во второй половине XX столетия появились любопытные работы английского физика Роберта Форварда, вновь посвященные интригующей загадке отрицательных масс. Изучая взаимодействия тел с положительными и отрицательными массами, он пришел к теоретическому заключению, что не существует никаких противоречий между идеей «минус-материи» и известными законами физики, а также правилами логики.

Автор: Но где эта «противоположная» форма материи может реально существовать?

Барашенков: По мнению Р. Форварда, не исключено, что в условиях только что родившейся, еще совсем юной Вселенной, – «плюс» и «минус-материя» были беспорядочно перемешаны. Но в последующем под действием гравитации положительная материя сгустилась в планеты, звезды и галактики, а отрицательная, отталкиваясь от положительных объектов, образовала огромные «дыры-пустоты» в пространстве Вселенной. Не исключено, что именно этим и объясняется необычное распределение вещества в Метагалактике, похожее на гигантские «соты» с пустыми ячейками, заполненными «минус-материей» и ограниченными «стенками» из «плюс-материи».

Автор: Но разве сотовая структура не находит вполне удовлетворительное объяснение в гипотезе «космических струн»?

Барашенков: Представление о космических струнах – пока тоже только гипотеза. В космосе подобных объектов пока тоже никто не наблюдал. К тому же многие теоретики считают, что струны весьма неустойчивы в космических масштабах и быстро разрываются на мелкие куски. Так что вполне вероятно, что гипотезы космических струн окажется недостаточно для объяснения столь грандиозного явления, как формирование сетчатой структуры мира.

Несомненный интерес представляет собой и еще один вывод Форварда. Согласно существующим представлениям, наше Солнце представляет собой гигантский природный термоядерный реактор, в недрах которого протекает термоядерная реакция синтеза гелия из водорода. Однако наблюдения недавнего времени показали, что в этом случае Солнце должно было бы испускать значительно большее количество нейтрино, чем фактически наблюдается. Это означает, что одних только термоядерных реакций недостаточно, чтобы объяснить фактический выход солнечной энергии. Поэтому Форвард высказывает предположение о том, что, быть может, у Солнца имеется некий «дополнительный» источник энергии, неизвестный современной науке. И что таким источником может оказаться «поток» «минус-материи», идущий из мировых глубин.

Автор: Но существует ли «минус-материя» вообще? Есть ли факты, свидетельствующие в пользу подобной гипотезы?

Барашенков: Вполне возможно, что в нашей Вселенной ее нет и искать ее здесь – бесполезно. По той же самой причине, по которой в ней отсутствуют и объекты, состоящие из антивещества – антипротонов и позитронов (антиэлектронов).

Кстати, это обстоятельство тоже долгое время оставалось загадочным, пока академик А.Д. Сахаров не обратил внимание на то, что античастицы при очень высоких температурах вступают в реакции значительно чаще, «охотнее», чем частицы. И поэтому в бурных физических процессах, происходивших на ранних стадиях Вселенной, они «выгорели» без остатка. Возможно, что по аналогичной причине не сохранилось до нашего времени и «минус-вещество».

При этом особенно поразительно, что существование «плюс» и «минус-материи» само по себе не противоречит ни законам физики, а также ни одной из фундаментальных физических теорий. И тем не менее «минус-материя» ничем себя не проявляет, не обнаруживает. Возможно, это объясняется тем, что в наших знаниях о природе и ее законах есть какая-то брешь…

«Тень» Вселенной.

На протяжении ряда столетий физическая теория была тесно связана с опытом, с экспериментом, образно говоря, следовала «по их пятам». Однако к настоящему времени все как бы «перевернулось» – лидирующее положение прочно заняли теоретические исследования. А эксперименты, как правило, либо подтверждают, либо опровергают, либо корректируют генетические предвидения. И есть такие области природных явлений, в которые эксперимент на современном уровне наших знаний не в состоянии проникнуть. К их числу относятся, например, ультрамалые области пространства или предельно большие интервалы «пространства-времени». Разумеется, теоретические представления о явлениях и процессах, происходящих в этих областях, не вполне однозначны и не отражают с достаточной степенью достоверности свойства реальности. А некоторые из них настолько экзотичны и необычны, что граничат с фантастикой. И тем не менее – это не просто безответственная фантазия. Ибо эти теоретические конструкции имеют в своей основе физические принципы и представления, которые согласуются с экспериментальными данными в области хорошо изученного круга явлений. Вопрос в том, насколько правомерно их распространение (экстраполяция) на область неизвестного.

При этом есть надежда на то, что благодаря всеобщей взаимосвязи и взаимозависимости явлений природы рано или поздно удастся даже самые «сумасшедшие» теоретические построения проверить экспериментально – либо непосредственно, либо путем сравнения их следствий с косвенными результатами.

Одним из таких «безумных» теоретических предположений, которое в то же время представляет собой одно из следствий теории «суперструн», является представление о существовании так называемой теневой Вселенной. Согласно этой гипотезе, наша Вселенная на каком-то этапе своей эволюции «расщепилась» на две взаимно проникающие друг в друга половины, которые совпадают всеми своими точками, но очень слабо связаны друг с другом. А может быть, они образовались одновременно из двух разных форм или видов материи. Таким образом, каждая из этих Вселенных является как бы своеобразной «тенью» другой. Они пронизывают друг друга, словно гравитационные «призраки», и не исключено, что мы, живя где-либо в Европе или в Азии, находимся в то же самое время на дне океана или среди горных вершин «теневой Вселенной», а вокруг нас плавают или бродят тени ее обитателей…

Некоторые в высшей степени абстрактные и плохо исследованные обобщения теории относительности свидетельствуют о том, что в первичной флюктуации физического вакуума Вселенная могла расщепиться на две «половины», вещество которых хотя и во всем подобно одно другому, но вещество, заполняющее одну «половину Вселенной», взаимодействует с веществом другой ее «половины» только благодаря гравитации.

Как утверждает теория, это взаимодействие должно сказываться на поведении двойных звезд и, следовательно, в принципе может быть обнаружен» в ходе астрономических наблюдений.

Кроме того, взаимодействие между «соседствующими» мирами должно определенным образом влиять на величину масс космических объектов. И если измерять массу, скажем, нашей планеты, разными способами, наблюдая за движением искусственных спутников Земли и гравиметрическими и сейсмическими методами, то полученные значения должны отличаться друг от друга. Такие различия действительно обнаружены, однако делать далеко идущие выводы пока еще рано, так как несовпадение результатов измерений, о котором идет речь, может объясняться не воздействием «теневого мира», а неучтенными ошибками наблюдений.

Однако есть один факт, который может служить указанием на то, что в нашей Галактике «теневого вещества», быть может, содержится достаточно много. Дело в том, что определенная на основе астрономических данных величина ее гравитационной массы намного превосходит массу ее светящегося вещества. И нельзя исключить, что именно «теневая материя» и является так называемой скрытой массой, загадка которой так волнует современных исследователей Вселенной.

Между прочим, не исключено, что расщепление Вселенной на «нашу» и ее «теневую» части было каким-то образом связано с существованием «плюс» и «минус» материи. Но может быть, все объясняется и совершенно иначе…

В «теневом мире» действуют те же самые физические законы, что и в нашем. Однако это обстоятельство вовсе не обеспечивает и одинаковости существующих в них физических условий. Ведь при одних и тех же физических законах очень многое зависит от конкретных обстоятельств, в которых они действуют: пример – различие физических условий на разных планетах Солнечной системы.

Возникает ряд увлекательных проблем. Если все обстоит именно так, как только что было описано, и в «теневом мире» есть разумные обитатели, то нельзя ли установить с ними контакт? Оказывается, в принципе это возможно, поскольку чувствительные детекторы могли бы фиксировать гравитационные излучения. А с помощью передатчиков и приемников гравитационных волн такие излучения можно было бы передавать в «теневой мир», а следовательно и определенную информацию. К сожалению, современные наука и техника пока что соответствующей аппаратурой не располагают, хотя работы над ее созданием ведутся во многих лабораториях мира.

Между прочим, творец кибернетики Норберт Винер мечтал о том, что со временем появится возможность с помощью специальной сверхчувствительной аппаратуры записывать полную информацию о физическом, физиологическом и психическом состоянии того или иного человека и передавать эту информацию на любые расстояния, в том числе и космические, с тем чтобы восстанавливать с ее помощью в точке приема такого же точно человека, ничем не отличающегося от оригинала. Это – один из способов тех «нуль-транспортировок», которые описаны фантастами во многих произведениях, посвященных космическим полетам.

И еще один волнующий вопрос. Нельзя ли в случае реального существования «теневого мира» каким-то образом зарегистрировать присутствие в окружающем нас пространстве «теневой материи»? Здесь вся надежда на гравитационные силы, которые ничтожно слабы в области микроявлений и в обычном макромире, но колоссальны в пространстве мегакосмоса. И если «теневой мир» реально существует, то его гравитационное поле должно каким-то образом проявлять себя. В то же время расчеты приводят к заключению, что в целом «теневого вещества» во Вселенной по крайней мере в несколько раз меньше, чем обычного. Хотя в отдельных регионах его могло накопиться намного больше. Как показывают вычисления, если бы «теневой материи» в Солнце было столько же, сколько обычной, то его светимость была бы в 5 раз выше. Наблюдения показывают также, что его почти нет и внутри Земли, во всяком случае «теневая материя» может присутствовать в глубинах нашей планеты только в весьма незначительных количествах.

Однако не исключено, что «теневая материя» может составлять определенную часть той загадочной «скрытой массы», о которой мы подробно рассказывали в одной из предыдущих глав.

Энергия из… физического вакуума.

Ученые уже давно обсуждают вопрос о возможности извлечения энергии из внешней, окружающей среды. В этом отношении весьма интересны идеи, которые развивал один из создателей радиолокации советский ученый доктор физико-математических наук П.В. Ощепков. Их суть состоит в том, что в природе происходит не только рассеяние энергии, но и ее концентрация. Эти идеи были изложены в монографии «Можно ли использовать энергию окружающей среды?», завершенной Ощепковым в конце 1943 года. Он назвал этот процесс «энергоинверсией». Идеи эти были положительно восприняты Президентом АН СССР академиком С. И. Вавиловым, а также одним из руководителей Академии академиком И.П. Бардиным.

Уже в послевоенные годы Ощепков написал еще одну монографию на эту тему, в которой он математически и физически показал, что при выполнении определенных условий можно с помощью специальных устройств получать электрический ток непосредственно из окружающей среды.

Таким образом, речь идет о вполне реальной возможности использования принципиально нового возобновляемого источника энергии – энергии, рассеянной в окружающей среде, то есть в атмосфере, воде, земле и вообще везде во Вселенной.

Расчеты показывают, например, что если бы удалось позаимствовать у земного шара энергию, эквивалентную понижению его температуры на 1 градус, мы получили бы количество энергии, в миллиарды раз превосходящее годовую выработку энергии всеми электростанциями мира.

Интересно отметить, что проблему извлечения энергии из внешней среды активно развивал и К.Э. Циолковский. «Эти идеи, – писал он, – новы или по крайней мере не в моде. Напротив, модны идеи о тепловой смерти Вселенной и равномерном рассеянии энергии. Но если не будем свободно высказывать новые мысли, то наука не будет идти вперед».

К.Э. Циолковский немало сделал для обоснования своей гипотезы о круговороте энергии в природе. «Это противоречит учению об энтропии, – писал он. – Однако наша гипотеза, противоречащая энтропии, не противоречит природе…» «Обратимость явлений, – утверждал Циолковский, – подтверждает вечную юность Вселенной и даст… великие технические перспективы сосредоточения энергии…».

Но теперь мы знаем, что окружающая среда – это не только атмосфера, вода, земля и космическое пространство, заполненное различными видами материи, но и физический вакуум. И, судя по всему, именно физический вакуум представляет собой настоящую «сокровищницу», в которой хранятся практически неисчерпаемые запасы энергии.

В немецком журнале «Пространство и время» была опубликована серия статей, посвященных описанию удивительных опытов, продемонстрированных инженером-изобретателем Д. Сэрлом с вращающимися дисками, составленными из специальным образом сконструированных магнитов. Раскрученные до некоторой определенной скорости, диски Сэрла затем начинали вращаться сами по себе без видимых источников энергии и в конце концов стремительно взмывали вверх. При этом, согласно свидетельствам очевидцев, края дисков сильно разогревались и начинали светиться, а на месте старта оставались вырванные комья земли.

Если допустить, что все, о чем написано в немецком журнале, соответствует действительности, то невольно возникает предположение о том, что английскому инженеру удалось найти неизвестный способ аккумуляции энергии из окружающей среды, а, возможно, из физического вакуума. К сожалению, дальнейшие события развивались в полном соответствии с фантастическими аналогами: в результате неблагоприятного стечения обстоятельств диски Сэрла были уничтожены, а здоровье самого изобретателя настолько ухудшилось, что он уже не может никому ничего рассказать и помочь восстановить свои удивительные устройства…

Но как бы там ни было, проблема использования энергии вакуума настолько важна и сулит такие грандиозные перспективы, что ею стоит заниматься всерьез, даже в том случае, если она на уровне наших современных знаний представляется абсолютно неразрешимой. Тем более что сообщения, вселяющие определенные надежды, в научной печати время от времени появляются. Так, несколько лет назад в 20 томе еженедельника «Электрикал Индия», а также в нескольких индийских журналах были опубликованы сообщения об удивительном изобретении индийского инженера, сотрудника одной из индийских АЭС. Подобно дискам Сэрла, в них тоже использованы магниты и вращающиеся детали. К сожалению, дальнейших сообщений об этом изобретении не последовало. Тем не менее, поскольку мы теперь знаем, что физический вакуум не просто «пустота», а особая материальная среда, богатая внутренними движениями, попытки извлечения из вакуума энергии уже не выглядят как очередные и заведомо ошибочные попытки изобретения вечного двигателя.

О подобной возможности говорит и открытие, сделанное еще в конце 1940-х годов голландским физиком Казимиром. Уже из второго закона Ньютона каждому школьнику хорошо известно, что если на тело действует сила, сообщающая ему ускорение, то существует либо другое тело, либо некоторое физическое поле, которое является носителем этой силы. Но ведь подобное представление основано на законах классической физики, которая во многих отношениях оказалась несостоятельной.

И действительно, известны случаи, когда силы возникают буквальным образом из «пустоты», иными словами, когда «пустое пространство» оказывает определенное воздействие на погруженные в него тела. К такому выводу и пришел Казимир, на основе расчетов, выполненных в ходе исследования энергии квантовых флюктуации, в промежутках между двумя параллельными пластинами.

Согласно одному из мифов Древней Греции, богиня Афродита родилась из морской пены у побережья острова Кипр – то есть фактически почти из «ничего». Когда современные физики утверждают, что пары частиц, например пары частиц из «плюс» и «минус» вещества, могут рождаться из физического вакуума, то их суммарная энергия, импульс и электрический заряд, так же как и все другие параметры – равны нулю. Таким образом, при своем рождении подобные пары не нарушают никаких законов сохранения. А это и значит, что они возникают из «ничего». Следовательно, и проблема извлечения энергии из «ничего», то есть из физического вакуума – задача вполне реальная.

Об этом же говорят и некоторые весьма интересные исследования так называемого торсионного излучения и разработки торсионных технологий.

Торсионное излучение.

Опыт изучения природных явлений, в первую очередь в области физики, убеждает в том, что любые изменения, происходящие в окружающем мире, неизбежно вызывают те или иные следствия. Так, появление каких-либо масс приводит к возникновению полей тяготения – гравитационных полей, а движение электрических зарядов – к образованию электромагнитных полей. Однако научное описание различных явлений всегда носит в той или иной степени идеализированный характер. Учитываются только наиболее существенные изменения, а те, которые оказывают на происходящее сравнительно незначительное влияние, во внимание до поры до времени не принимаются.

Общая теория относительности А. Эйнштейна позволила обнаружить тесную связь между геометрией пространства и силами тяготения, гравитацией. Ученые предпринимали многочисленные попытки геометризации и других физических полей. В 1922 году французский математик Э. Картан обратил внимание на особую роль еще одной геометрической характеристики – «кручения» пространства, то есть искривления пространства, вызванного вращением.

Хотя в своей повседневной жизни мы почти не обращаем на это внимания, одним из наиболее распространенных типов движения в окружающей нас действительности является вращение. Собственным осевым вращением обладают Солнце и звезды, а также планеты. Земля вместе с другими планетами обращается вокруг Солнца – это тоже вращательное движение. Звезды обращаются вокруг центра нашего звездного острова – Галактики. Вращаются и огромные воздушные массы в атмосфере нашей планеты, образуя циклоны, антициклоны и смерчи. Вращается вода в водоворотах и излучинах рек. Вращение является универсальным свойством не только космических объектов, но и микромира. Подавляющее большинство элементарных частиц тоже вращается, обладает так называемым ненулевым спином. А электроны, подобно планетам, обращаются вокруг атомных ядер.

В связи с этим возникли две задачи. Во-первых, построить теорию, способную описать соответствующий круг явлений, и, во-вторых, создать генераторы и приемники торсионного излучения. За решение первой из них взялся молодой московский физик Г.И. Шипов. На первых порах это занятие представляло собой своеобразное научное хобби, поскольку до недавнего времени в официальные планы научных учреждений проблемы, связанные с изучением «вращения», не включались. И только в 1989 году в Москве была создана специализированная научная организация для исследования торсионной проблемы. Ее руководителем был назначен известный физик-экспериментатор А.Е. Акимов. В настоящее время эта организация преобразована в Международный институт теоретической и прикладной физики. В рамках этой организации Г. Шипов получил возможность продолжать свои теоретические исследования, итогом которых явилась научная монография «Теория физического вакуума».

Дальнейшее развитие этой теории привело к предсказанию принципиально новых физических эффектов, связанных с кручением, или, что то же самое, с вращением. Эти эффекты стали называть «торсионными», а физические поля, которые при этом возникают, – «полями кручения» или «торсионными полями».

В настоящее время существуют несколько теоретических концепций строения физического вакуума. Одна из них разрабатывается московскими физиками А.Е. Акимовым и Г.И. Шиповым. В ее основе лежит предположение о существовании «абсолютного вакуума», обладающего свойствами кривизны и кручения.

На протяжении довольно долгого времени существовало представление о том, что торсионные воздействия по своей силе примерно в 30 раз уступают гравитационным. А это означало, что если торсионные эффекты реально и существуют, то они не могут внести сколько-нибудь ощутимый вклад в наблюдаемые явления. Однако Акимов и Шипов показали, что вывод о слабости торсионных взаимодействий относится только к статическим торсионным полям, которые порождаются вращающимися источниками без излучения. Однако подобные представления неприменимы к вращающимся источникам с излучением (динамическое вращение). Ученые получили ряд экспериментальных результатов, которые не находили объяснения в рамках известных науке физических взаимодействий и которые скорее всего как раз и представляют собой проявления торсионных эффектов.

Оказалось, что динамическое торсионное излучение способно создавать весьма сильные поля. Это подтвердилось и в процессе дальнейшего развития теории «физического вакуума»…

Интересно отметить, что на торсионные поля в физическом вакууме не распространяется «запрет» теории относительности о невозможности сверхсветовых скоростей. Не менее важно и то, что торсионное излучение способно переносить ценнейшую информацию. А поскольку генераторами такого излучения практически являются любые объекты – ведь любые материальные тела состоят из микрочастиц, для которых вращение – практически универсальное свойство, то торсионные поля могут стать источником всеобъемлющей информации об окружающем мире.

Что же касается приемников торсионного излучения, то одним из них в принципе может служить фотоэмульсия. Поэтому на любом фотоснимке, помимо видимого изображения, незримо присутствуют еще и следы торсионного излучения.

Есть основания предполагать, что «фиксаторами» торсионного излучения могут быть не только фотоэмульсии, но и практически любые материалы, подвергшиеся облучению торсионными волнами. И если когда-нибудь удастся найти способ извлечения и расшифровки подобной информации, накопленной, быть может, на протяжении целых тысячелетий, открылись бы поистине удивительные возможности решения очень многих задач в самых разных областях человеческой деятельности. И не только в криминалистике, но и в уточнении подлинного характера многих исторических событий, а также в понимании явлений, происходивших в глубинах Вселенной и в жизни нашей планеты.

В области изучения торсионных взаимодействий есть одно весьма любопытное направление, которое пока еще не вышло за рамки поисковых исследований и границы научных лабораторий, но тем не менее уже не является чисто теоретическим и даже приносит вполне реальные практические результаты.

Речь идет о создании устройств, принципы действия которых выходят за пределы представлений и принципов классической механики. Так, например, с точки зрения этой науки считается, что если на тело не действуют никакие силы – внешние или внутренние, то никакими внутренними перемещениями масс его нельзя привести в движение. Образно говоря, самого себя вытянуть за волосы из болота абсолютно невозможно…

Однако оказалось, что из этого правила все же бывают исключения. Еще в 1934 году была создана довольно простая установка – небольшая тележка размером 10х20 сантиметров, на поверхности которой осуществлялось встречное движение вращающихся маховиков, насаженных на общую ось. . Их вращение было неравномерным: оно то ускорялось, то тормозилось, но за счет этого вращения, то есть за счет действия сугубо внутренних сил, тележка приходила в поступательное движение. Кстати, на этой основе московским физиком-теоретиком Г. Шиповым была предпринята попытка построения новой механики с учетом возможностей и особенностей вращательного движения, механики, которая является обобщением механики Галилея, Ньютона и Эйнштейна.

К этому же направлению относятся и эксперименты с необычными энергетическими устройствами и установками. Судя по публикациям как отечественным, так и зарубежным, в настоящее время в мире существует больше 20 устройств – тепловых, электрических и магнитных, различной конструкции, которые своим существованием демонстрируют некое чудо: они обладают коэффициентом полезного действия (КПД) от 200 до 500%.

Одна из таких установок, сконструированная доктором технических наук Потаповым из Кишинева и запатентованная как у нас, так и за рубежом, с КПД от 120 до 400%, изготовляется целым рядом организаций, в том числе НПО «Энергия». И это несмотря на то, что даже из курса школьной физики известно, что КПД вообще не может превосходить 100%.

Но если установка является «открытой», то есть может обмениваться энергией с окружающей средой, то это правило не действует. За счет такого «обмена» ее КПД может в принципе достигать и миллиона процентов! Однако при этом возникает законный вопрос: откуда эта внешняя энергия поступает, что является ее источником? К сожалению, подобные исследования еще никем не проводились… А жаль, потому что есть серьезные основания предполагать, что в устройствах, КПД которых превосходит 100%, энергия поступает из физического вакуума за счет того, что в нем существуют особые «квантовые вихри». Теоретические исследования этой волнующей проблемы, которыми занимается Г. Шипов, позволяют предполагать, что физический вакуум, как уже отмечалось выше, обладает бесконечно большими запасами энергии. Кстати, эти теоретические работы представляют собой дальнейшее развитие исследований Эйнштейна, подобно тому как сам Эйнштейн развивал физику Ньютона. Еще около 30 лет назад американский физик-теоретик Д. Уилер, ученик Эйнштейна, выполнил ряд расчетов, показавших, что энергия флюктуации физического вакуума эквивалентна плотности 10⁹⁵ г/см³, в то время как плотность атомного ядра – 10¹⁴ г/см³. Соотношение этих величин свидетельствует о соотношении «энергетической емкости» физического вакуума и термоядерных источников. Конструкции упомянутых источников энергии с КПД выше 100% позволяют предположить, что они работают на торсионных принципах: видимо, макроскопическое вращение их деталей обеспечивает взаимодействие с квантовыми вихрями физического вакуума.

«Микро» и «мега».

Одним из величайших достижений естествознания во второй половине XX столетия явилось обнаружение взаимосвязи между явлениями, протекающими в глубинах микромира, и процессами космического порядка.

Хотя микромир и мегакосмос – это два как бы совершенно противоположных полюса окружающего нас мира, две крайности, исследования последних десятилетий в физике элементарных частиц и астрофизике убедительно показали, что эти «крайности» тесно соприкасаются, а иногда и переходят друг в друга. И в этом нет ничего неожиданного – такова диалектика природы.

К числу подобных феноменов относятся, например, проявления квантовых свойств материи в сугубо макроскопических эффектах. На существование таких явлений неоднократно обращал внимание известный советский физик-теоретик доктор физико-математических наук Я.А. Смородинский.

Как известно, любая квантовая система характеризуется так называемой постоянной Планка – h. Но, оказывается, существуют и такие макроскопические обстоятельства и ситуации, при которых постоянная Планка тоже «выступает на сцену». К их числу относится, например, открытый несколько лет назад эффект Джозефсона. Состоит он в следующем. Если имеются два сверхпроводника, между которыми находится слой изолятора, и к этим проводникам приложена разность потенциалов, между ними возникает барьер с туннельным переходом. И по разности потенциалов можно в этом случае с очень большой точностью измерить отношение h/e, где е – заряд электрона. А следовательно, поскольку величина е известна, можно получить значение h.

Если в недавнем прошлом считалось, что квантовая физика описывает одни лишь микроявления, то в последние десятилетия пришло понимание того, что в лабораторных условиях можно создавать квантовые макроскопические процессы и что весь окружающий нас мир представляет собой «квантовое явление». Поэтому нет ничего удивительного в том, что каждое новое достижение в физике элементарных частиц сейчас же проектируется на проблемы астрофизического порядка.

Целое и части.

В последние годы в физике и астрофизике очень популярна идея множественности вселенных – «разноустроенных» космических миров. Ученые приходят к заключению, что в природе, в мироздании, наряду с нашей Вселенной может существовать бесчисленное множество других вселенных, обладающих различными свойствами и граничащих друг с другом сложным образом.

Но обратите внимание: в тех случаях, когда мы сопоставляем между собой пространственные «размеры» различных природных объектов, то невольно складывается представление о некой «иерархии» от мельчайших «элементарных микрочастиц» до Галактики и Метагалактики. И создается впечатление, что эта иерархия может тянуться бесконечно далеко в обе стороны. Что касается космических миров, то очень возможно, что подобное представление не так уж далеко от истины.

Но с микрообъектами все обстоит значительно сложнее. Как известно, современная физика высоких энергий с помощью гигантских ускорителей позволила заглянуть в сокровенные глубины микромира. Представлялось, что если увеличить мощность соответствующих экспериментальных установок, то удастся обнаружить еще более «мелкие» частицы материи, чем те, которые нам уже известны, и что подобное все более глубокое проникновение в микромир можно в принципе продолжать неограниченно. Стоит заметить, что с точки зрения классической физики и обыденного здравого смысла, подобная операция выглядит вполне осуществимой. Но, как мы знаем, многие утверждения и экстраполяции классической физики оказались ошибочными. Ненадежным основанием для далеко идущих заключений и выводов является и так называемый здравый смысл. Особенно в тех случаях, когда речь идет о фундаментальных свойствах и закономерностях окружающего нас мира. И вот еще один пример. Выяснилось, что в области микромира наши привычные представления о соотношении части и целого во многих случаях не оправдываются. В ходе исследований, проведенных в последние годы в области микропроцессов, обнаружились удивительные вещи. Так, например, оказалось, что элементарная частица может содержать в качестве своих составных частей несколько точно таких же частиц, как и она сама. В частности, протон (ядро атома водорода) на очень короткое время распадается на протон и еще пи-мезон, а каждый пи-мезон, в свою очередь, еще на три пи-мезона. Мало того, излучив входящий в его состав пи-мезон, протон может превратиться в более тяжелый нейтрон.

Таким образом, в микромире обычные представления о простом и сложном, о целом и части теряют свой привычный смысл. Часть может оказаться… массивнее целого и не менее сложной по своему строению. Следовательно, теряет смысл и привычное представление о том, что одна частица состоит из других частиц, а вместе с тем утрачивает смысл и сама идея бесконечной механической делимости материи. Может быть, недалеки от истины те физики, которые считают, что пространство нельзя делить бесконечно.

Среди адронов.

Нельзя ли использовать некоторые свойства элементарных частиц для выяснения физической сущности тех или иных процессов космического порядка? В частности, закономерностей эволюции материи во Вселенной?

Одна из таких попыток была в свое время предпринята научным сотрудником Ереванского физического института доктором физико-математических наук P.M. Мурадяном.

Хотя с тех пор, как Мурадян проводил свои исследования, прошло уже довольно значительное время, мы тем не менее посчитали необходимым на них специально остановиться, поскольку, с одной стороны, они представляют несомненный интерес, открывая новую малоисследованную сторону взаимосвязи «микро» и «мега», а с другой, насколько нам известно, никто после Мурадяна этими вопросами всерьез не занимался.

Еще в 1960-е годы в теории сильных взаимодействий на основе работ итальянского физика Т. Рэдже была предложена формула для определения момента количества движения элементарных частиц, которая связывала величину этого момента с соотношением массы элементарной частицы с массой протона – ядра атома водорода.

Астрономам хорошо известно, что такие космические объекты как астероиды, планеты, звезды, галактики – вращаются. Собственное вращение – это такое же «врожденное» их свойство, как и наличие некоторой массы.

В этом отношении космические объекты, о которых идет речь, в какой-то мере подобны элементарным частицам, также обладающим собственным вращением. С этим вращением связана одна из важных физических характеристик элементарных частиц, так называемый спин. Его аналогом для обычных вращающихся тел, в том числе и космических, является момент количества движения.

В микрофизике, в теории так называемых сильных взаимодействий, есть довольно общая формула для определения спина элементарной частицы. Из этой формулы, которая при определенных допущениях может быть применена и к адронам, следует, что в зависимости от числа измерений частицы (то есть от того, является ли она «плоской» или «объемной») ее спин с увеличением массы может возрастать либо как некоторая величина в степени 3/2 – в «плоском» случае, либо в степени 4/3 – в «объемном» случае.

Р. Мурадян решил проследить, как связаны с массами моменты количества движения космических объектов: астероидов, планет, звезд, галактик, а также скоплений галактик. Эти моменты могут быть определены с помощью астрономических наблюдений.

И здесь обнаружилась весьма любопытная закономерность.

Оказалось, что моменты астероидов, планет и отдельных звезд связаны с массами космических тел соотношением, включающим в себя отношение их массы к массе протона в степени 4/3 («закон 4/3»), а моменты галактик и их скоплений относятся к массе протона в степени 3/2 («закон 3/2»).

Не исключено, что полученные результаты указывают на глубокую внутреннюю связь, существующую между миром элементарных частиц и миром космических объектов. В физике элементарных частиц существует гипотеза о том, что «спектр масс» этих частиц простирается до бесконечности. Она основывается на попытке провести определенную аналогию между строением всего семейства элементарных частиц и структурой атома водорода, обладающего бесконечным числом энергетических уровней.

Если подобное предположение справедливо, то это значит, что при определенных условиях в ультрамалых пространственно-временных областях могут в принципе рождаться макроскопические и даже мегаскопические объекты. Во всяком случае современная теория элементарных частиц подобную возможность допускает.

Исходя из этого, Р. Мурадян попытался выявить более тесную зависимость между свойствами космических объектов и свойствами одного из классов элементарных частиц – так называемых адронов.

В современной физике все элементарные частицы, на основе некоторых весьма общих соображений, делятся на три основные класса. Первый класс включает в себя фотон – порцию электромагнитного излучения, второй – электрон и нейтрино, третий класс – класс адронов, самый многочисленный, их известно сейчас несколько сотен. К нему относятся сильно взаимодействующие частицы, в частности, протон, нейтрон и мезоны – частицы с массами, промежуточными между массами электрона и протона. Значительная часть адронов – нестабильные частицы с временем жизни от 10^-8 до 10^-23 секунды. Особо короткоживущие адроны получили название резонансов.

Одной из самых интригующих проблем современной астрофизики является так называемая космогоническая проблема, т.е. проблема происхождения звезд, звездных островов-галактик и их грандиозной совокупности – Метагалактики.

Что касается Метагалактики, то в настоящее время можно считать установленным, что она возникла в результате взрывного расширения компактного сгустка материи, находившейся в состоянии чудовищной плотности.

Относительно же формирования галактик и звезд в современной астрофизике существуют, как мы уже говорили, две противоположные концепции. Согласно одной из них, наиболее распространенной – ее обычно называют классической, – космические объекты, в том числе звезды и галактики, формируются путем сгущения, конденсации диффузной материи – газа и пыли.

Другая концепция, развиваемая академиком В.А. Амбарцумяном и его школой и получившая название Бюраканской, наоборот, исходит из того, что эволюция космических объектов идет от более плотных состояний к менее плотным и что, в частности, «зародышами» звезд и галактик являются гипотетические сверхплотные объекты весьма малых размеров, взрывной распад которых и ведет к образованию различных небесных тел.

Длительное время между сторонниками обоих направлений ведется острая дискуссия, и отдавать кому-либо из них предпочтение пока еще рано. Это объясняется, с одной стороны, недостатком данных, а с другой – возможностью различного, иногда прямо противоположного истолкования одних и тех же фактов.

В частности, одним из основных возражений, выдвигаемых сторонниками классического направления против гипотезы сверхплотных тел, является ссылка на то, что подобные тела никто никогда не наблюдал и об их физической природе не только ничего не известно, но и не существует даже никаких сколько-нибудь обоснованных теоретических предположений. Гипотеза Р. Мурадяна представляет собой попытку восполнить этот пробел.

И оказалось, его, на первый взгляд, весьма неожиданная идея открывает известные перспективы к построению единой теории образования космических объектов.

Согласно гипотезе Мурадяна, Метагалактика образовалась в результате распада сверхтяжелого суперадрона с массой 10⁵⁶ г. Это и был тот «первоатом», тот сверхплотный «сгусток» материи, который дал начало нашей Вселенной. Его распад на более мелкие адроны привел к образованию протоскоплений галактик, а последующие распады на адроны с еще меньшими массами – к образованию галактик. Следующим этапом был распад на адроны с массами, меньшими 10²⁸ г. Дальнейшие распады, по мысли Мурадяна, должны были привести к образованию диффузного облака, внутри которого в результате конденсации вещества сначала возникли сгущения – «протозвезды», а затем процесс образования звезд протекал в соответствии с обычной классической схемой…

Однако за то время, которое отделяет нас от работ Мурадяна, была создана уже знакомая нам теория «инфляционной Вселенной», которая фактически снимает вопрос о начальной «сингулярности».

Стоит только отметить, что если в обычной классической картине образования космических объектов диффузная среда, из которой они формируются, состоит из водорода и гелия, то в схеме Мурадяна она может иметь различный химический состав, зависящий от особенностей распада предшествующих ей объектов. А это, в частности, значит, что тяжелые химические элементы могут возникать не только за счет взрывов сверхновых звезд, как принято считать в классической астрофизике, но и в результате деления еще более тяжелых частиц. Это обстоятельство весьма существенно, так как классическая теория происхождения тяжелых элементов встречается с рядом серьезных трудностей.

Таким образом, если в обычной классической астрофизике эволюционный процесс идет от объектов более разреженных к менее разреженным и от «беспорядка» к «порядку», то в модели Мурадяна на весьма значительном интервале существования Метагалактики эволюция, наоборот, идет от объектов более плотных к менее плотным и от более упорядоченных к менее упорядоченным.

Нетрудно видеть, что в этой части эволюционная схема Мурадяна согласуется с идеями В.А. Амбарцумяна. Однако с момента фазового перехода от адронной материи к ядерной – она ближе к классической космогонии.

Вообще, по мысли Мурадяна, в природе существуют две формы материи – адронная и ядерная. Как уже было сказано выше, исходным объектом для образования Метагалактики является сверхтяжелый суперадрон. Спины подобных частиц связаны с их массами «законом 3/2». Иными словами, суперадроны – двумерные, плоские образования. Как считает Мурадян, они представляют собой комбинации шести кварков (гипотетических фундаментальных частиц с дробными электрическими зарядами, из которых могут быть построены все основные элементарные частицы), расположенных чрезвычайно близко друг к другу.

Однако в цепи последовательных распадов «плоских» адронов наступает момент своеобразного фазового перехода от адронной формы к ядерной. Это происходит тогда, когда в результате распадов начинают возникать объекты с массами порядка 10¹¹ г и меньше. При таком переходе кварки перегруппировываются по три, образуя обычные частицы. У возникающих при этом космических объектов моменты связаны с массами уже «законом 4/3». Следовательно, подобные объекты являются уже не плоскими, а сферическими. По своему же физическому состоянию – это объекты типа нейтронных звезд, однако обладающие намного большими, колоссальными моментами. Их распад и приводит к образованию диффузных облаков, из которых в дальнейшем и могут формироваться звезды.

Как известно, одним из самых важных и существенных критериев справедливости той или иной теоретической модели является ее способность предвидеть, то есть предсказывать еще неизвестные явления. Если гипотеза Мурадяна все же верна и Метагалактика действительно возникла в результате распада суперадрона, то она обязательно должна обладать собственным вращением. Так что открытие вращения Метагалактики явилось бы если и не подтверждением модели Мурадяна, то во всяком случае важным свидетельством в ее пользу.

Иногда высказывается мысль о том, что вообще любые космогонические модели (а гипотеза Мурадяна относится к их числу) являются чисто умозрительными, поскольку они не могут быть проверены наблюдениями.

Однако соображения подобного рода нельзя признать убедительными. Современная космогония стоит на прочной наблюдательной основе. Современные, более мощные и совершенные, средства астрономических исследований позволяют непосредственно наблюдать и изучать все более удаленные космические объекты. А, как известно, чем дальше расположен тот или иной космический объект, тем в более глубоком прошлом мы его наблюдаем. Единственный в своем роде случай, когда мы, можно сказать, непосредственно, своими собственными глазами можем увидеть события давным-давно минувших времен. А это означает, что вопрос о соответствии тех или иных космогонических моделей реальной действительности в принципе может быть решен наблюдательным путем.

Но, пожалуй, самое интересное в исследованиях Р. Мурадяна даже не космогонические идеи, а вывод о взаимосвязи параметров элементарных частиц и космических объектов. Вывод, сделанный на основе исследования закономерностей их вращения.

Полученные результаты еще раз свидетельствуют о том, что между явлениями, происходящими в мире элементарных частиц, и процессами космического порядка существует глубокая внутренняя связь, пока что полностью еще не понятая. Не исключена возможность, что сильные и гравитационные взаимодействия связаны друг с другом нетривиальным образом. И можно надеяться, что в будущей более общей теории, которая по-настоящему объединит эти взаимодействия, такая связь станет, наконец, более отчетливой.

В мире элементарных частиц.

(беседа с докторами физико-математических наук B.C. Барашенковым и В.И. Манько).

Автор: В настоящее время большинство физиков склоняется к мысли, что кварки, несмотря на то, что их до сих пор не удалось обнаружить «в чистом виде», – все же вполне реальные образования.

Барашенков: Любопытно, что можно провести некую аналогию между кварками и лептонами – легкими частицами, в число которых входит электрон. Не исключено, что именно кварки и лептоны и есть те «кирпичики», из которых состоят все остальные частицы, и, таким образом, физики в своих поисках фундаментальных частиц уже приблизились к одной из «конечных станций». Впрочем, вряд ли такая станция вообще существует…

Теория элементарных частиц ведет нас все дальше от наглядных представлений, она обрастает все более сложными математическими и другими образами, у которых нет аналогов в непосредственно окружающей нас действительности… Совершается проникновение во все «более странный мир» современной физики…

Автор: Некоторые физики-теоретики считают, что трудные времена, которые не так давно наступили в теории элементарных частиц, уже остались позади. Придерживаетесь ли и вы такого же мнения?

Барашенков: Действительно, после некоторого периода, я бы сказал, кажущегося застоя в этой области современной физики произошел серьезный прорыв, в частности, по линии объединения различных типов взаимодействия, в первую очередь слабых и электромагнитных – построена так называемая электрослабая теория. А теперь – и к объединению этих взаимодействий с сильными. И делается все это на очень глубоком кварковом уровне.

Автор: И каковы, по вашему мнению, дальнейшие перспективы развития наших представлений об элементарных частицах?

Барашенков: Очень важное значение будет иметь открытие так называемых пси-частиц, обладающих необычными свойствами. Несмотря на то, что теоретические предпосылки, допускающие существование в природе подобных частиц, были высказаны довольно давно, их экспериментальное обнаружение оказалось все же довольно неожиданным. Хотя, повторяю, теоретические предпосылки для такого открытия были.

Автор: Кварки?

Барашенков: Да, кварки. С другой стороны, открытие новых частиц явилось важным аргументом в пользу справедливости теории кварков. Дело в том, что без этой гипотезы было бы очень трудно объяснить необычные свойства «пси-частиц». Напомню, что на протяжении некоторого времени кварки воспринимались лишь как чисто теоретические объекты, поскольку обнаружить их экспериментально никак не удавалось. Открытие пси-частиц не только подтвердило, что кварки – вполне реальные частицы, но и показало, что их должно существовать не три, а четыре. Кроме того, мы теперь знаем, что каждый из этих кварков может быть трех цветов, или «ароматов», – красным, белым или желтым.

Этим не совсем обычным термином физики условились обозначать некое подобие заряда, с помощью которого они взаимодействуют друг с другом. И по аналогии с электродинамикой ту часть физики, которая изучает взаимодействие кварков, стали называть «хромодинамикой».

Автор: Какое место, по вашему мнению, занимает теория элементарных частиц в современном естествознании? Ведь речь, по существу, идет о том, чем заполнено пространство на уровне микропроцессов?

Барашенков: Теория элементарных частиц, наряду с астрофизикой, всегда играла чрезвычайно важную роль в формировании новых представлений о явлениях окружающего нас мира. Так, например, современная теория элементарных частиц подводит нас к новому пониманию элементарности…

Автор: Вы имеете в виду то обстоятельство, что в результате новейших исследований выяснилась сложная внутренняя структура таких «элементарных» частиц, которые прежде считались «точечными» – протона, нейтрино, пи-мезона?..

Барашенков: Еще сравнительно недавно считалось само собой разумеющимся, что Вселенная представляет собой последовательность вложенных друг в друга физических систем, от Метагалактики до неделимых элементарных частиц, не имеющих внутренней структуры. Подобная картина хорошо согласовывалась и с нашим повседневным здравым смыслом, согласно которому целое всегда больше составляющих его частей. Но теперь мы знаем, что элементарная частица может содержать в качестве своих составных частей несколько точно таких же частиц, как и она сама. Так, например, протон на очень короткое время распадается (диссоциирует) на протон и три пи-мезона, а каждый пи-мезон – еще на три пи-мезона. Таким образом, в микромире теряют смысл привычные представления о целом и части, о простом и сложном, а следовательно, теряет смысл и привычное для нас понятие элементарности. В частности, обсуждалась даже идея «предкварков» – еще более фундаментальных частиц, из которых, возможно, состоят сами кварки…

Автор: Но если так обстоит дело внутри микромира, то не нуждаются ли в серьезном пересмотре и существующие представления о соотношении микромира и мегакосмоса? Чего вы ждете от теории элементарных частиц в ближайшем будущем? Каких новых достижений, каких открытий?

Барашенков: Прежде всего окончательного построения единой теории сильных, слабых и электромагнитных взаимодействий. Кроме того, должна быть понята природа кварков и получен вразумительный ответ на вопрос, почему их не удается наблюдать. Весьма интересных результатов можно ожидать и от дальнейшего изучения нейтрино, играющего очень важную роль в слабых взаимодействиях. Было бы также очень интересно понять до конца, почему нарушается так называемая Т-инвариантность при распаде Ка-два-мезона?..

Хочу пояснить, о чем идет речь. Дело в том, что в физике микромира действует очень важный закон сохранения, известный под названием СРТ-теоремы. Согласно этому закону, состояние физической системы не изменится, если все частицы заменить соответствующими им античастицами (С-преобразование), осуществить зеркальное отражение рассматриваемой системы (Р-преобразование) и изменить течение времени на обратное (Т-преобразование). В этом случае уравнения, описывающие поведение системы, не изменят своего вида. До 1964 года считалось, что и СР-преобразования сами по себе также не изменяют состояния системы (закон комбинированной четности). Считалось также само собой разумеющимся, что ничего не меняется и в результате одного Т-преобразования. Однако в 1964 году выяснилось, что явление распада Ка-два-мезона на два пи-мезона несовместимо с законом комбинированной четности.

Но если не выполняется этот закон, то есть уравнения в результате СР-преобразования все же меняют свой вид, то, следовательно, в микромире прямое и обратное течение времени обладают какими-то существенными различиями.

Автор: Не значит ли это, что современная физика элементарных частиц нуждается в каких-то принципиально новых, может быть «безумных» идеях?.. Прошу извинения за этот вопрос, насколько мне известно, многие современные физики относятся к нему далеко не однозначно, а порой даже весьма агрессивно…

Барашенков: Нет, ваш вопрос вполне закономерен. Что же касается ответа, то ситуация далеко не ясна. Экспериментальных данных в этой области очень много, но много и непонятного… Не исключено, что стараниями теоретиков в конце концов удастся преодолеть возникающие трудности и объяснить экспериментальные данные, не прибегая к каким-то принципиально новым взглядам. Но могут потребоваться и совершенно новые идеи, в том числе и весьма необычные.

Автор: Хотелось бы узнать ваши соображения о современном состоянии теории элементарных частиц, изучающей один из «полюсов» грандиозной иерархии различных объектов, заполняющих пространство нашей Вселенной. Чему может научить эта область физики не только ученого-исследователя, но и любого современного человека?

Барашенков: Теория элементарных частиц поучительна прежде всего тем, что здесь с особенной силой проявляется мощь научной теории. Ведь не случайно, например, кварки были «изобретены» теоретиками, а не обнаружены в опыте. Поучительно и то, что в процессе развития этой теории постоянно возникает масса неожиданных понятий и образов, потрясающих привычные основы. Достаточно опять-таки напомнить о тех же кварках. Тем самым наглядно и убедительно демонстрируется неправомерность любой абсолютизации научных знаний. Физика, как наука, никогда не закончится.

Автор: А какие, по вашему мнению, философские проблемы связаны с современной теорией элементарных частиц?

Барашенков: Одна из основных проблем такого рода, на мой взгляд, состоит в выяснении того, что же такое «пространство-время» в физическом смысле? Другая важная проблема, имеющая философское значение, – обобщение существующего понятия причинности, которое в ряде случаев может оказаться недостаточным.

Есть еще и ряд проблем методологического характера, которые так или иначе связаны с изучением элементарных частиц. Что значит – хорошая теория? Что значит – объяснить? Что предпочтительнее – система уравнений или модель? Что значит – единая теория? И ряд других…

Взаимосвязь микро- и макро- – одно из конкретных выражений диалектики природы, всеобщей взаимосвязи и взаимозависимости ее явлений. Уже сейчас в ряде случаев трудно разделить, где космология, изучающая строение и эволюцию Вселенной, и где теория элементарных частиц. В центре внимания современной астрофизики находятся объекты, отличающиеся необычайно высокой плотностью, а порой и очень малыми размерами. В частности, в качестве объектов, где связь микро- и макро- реально проявляется, можно привести черные дыры с радиусом 10^-13 сантиметра. Их масса должна составлять 10⁸ тонн! Экспериментальное обнаружение подобных экзотических объектов – одна из интереснейших задач современной физики. Подобные экстремальные состояния материи не могут быть описаны в рамках одной лишь общей теории относительности Эйнштейна, так как при столь больших плотностях неизбежно возникают специфические квантовые эффекты. Поэтому одной из важнейших задач современной физики является развитие квантовой гравитационной теории, которая объединила бы общую теорию относительности и квантовую физику.

А это значит, что путь к пониманию физической природы многих удивительных явлений, обнаруженных в последние годы во Вселенной, быть может, начинается в глубинах микромира.

Однако для того, чтобы где-то в ультрамалых пространственно-временных областях нащупать кончик той нити, которая словно «нить Ариадны» должна привести нас к разгадке сокровенных тайн космических объектов, сперва, видимо, надо еще понять что-то непонятое в самом микромире.

Между тем во второй половине XX столетия в физике микромира наступило заметное затишье. Во всяком случае, в начале 1970-х годов многие известные специалисты высказывали мнение, что физика микромира явно отступает на второй план и что ее роль в современном естествознании значительно скромнее, чем у физики атома в начале века, когда этот раздел физической науки занимал доминирующее положение и в умах людей и в области практических приложений. А сегодня?..

Вот что рассказывает доктор физико-математических наук Владимир Иванович Манько.

Манько: На мой взгляд, в последнее время ситуация в физике микромира изменилась самым существенным образом. В частности, получила развитие новая область физики элементарных частиц: так называемые новые частицы. Как известно, новые частицы открывали и раньше, но недавно были обнаружены так называемые пси-частицы, обладающие весьма интересными свойствами. Кстати, за их открытие двум американским физикам были присуждены Нобелевские премии за 1976 год.

Автор: Чем же замечательно это открытие? Тем, что обнаружены какие-то совершенно необыкновенные частицы, или тем, что их существование подтвердило какие-то важные теоретические идеи?

Манько: Еще в 1964 году М. Гелл-Манн и Г. Цвейг на основе некоторых теоретических соображений выдвинули весьма смелую и оригинальную идею об особых фундаментальных частицах – кварках с дробными электрическими зарядами. Согласно этому предположению, существуют три кварка и три соответствующих им антикварка, из которых могут быть построены протоны, нейтроны, гипероны, мезоны и некоторые другие элементарные частицы.

В теоретическом отношении гипотеза кварков оказалась весьма интересной и многообещающей. Во всяком случае, в мире элементарных частиц все происходит именно так, как если бы кварки действительно существовали.

Автор: Но, как известно, кварки, несмотря на большие экспериментальные усилия, обнаружить до сих пор так и не удалось. Чем это объяснить?

Манько: В самом деле, в период с 1964 по 1970 год во многих лабораториях мира предпринимались весьма активные поиски кварков. Их искали на ускорителях элементарных частиц, в космических лучах и даже в образцах лунного грунта. Однако обнаружить кварки в свободном состоянии к со жалению, действительно так и не удалось, Правда, время от времени в печати появляются сообщения о том, что кварки, наконец, открыты. Но дальнейшие исследования эти сообщения не подтверждают.

Но в то же время без гипотезы кварков было бы очень трудно объяснить многие свойства элементарных частиц.

Автор: Каков же выход из сложившейся ситуации?

Манько: Несмотря ни на что, гипотеза кварков продолжает развиваться. В частности, не так давно теоретики пришли к выводу о существовании еще одного – четвертого кварка, который должен характеризоваться и особым, так называемым квантовым числом, получившим название «очарования» или «чарма».

Автор: У физиков явная склонность к поэтическим названиям… Но если есть четвертый кварк, то, видимо, должны существовать и частицы, в состав которых он входит?

Манько: Именно одна из таких частиц – джей-пси-мезон и была открыта в ноябре 1974 года американскими физиками С. Тингом и Б. Рихтером. Есть предположение, что джей-пси-мезон представляет собой своеобразную атомоподобную систему, которая состоит как раз из упомянутого мной четвертого кварка и его антикварка. Кстати, эту систему назвали «чармонием». Обнаружены и некоторые другие пси-частицы той же природы.

Автор: Насколько я понимаю, открытие новых частиц является немаловажным косвенным свидетельством в пользу гипотезы кварков. Но в таком случае вновь возникает все тот же вопрос: почему эти объекты не удастся обнаружить на опыте?

Манько: Есть любопытная идея – так называемого удержания кварков. Речь идет о том, что, быть может, вообще в природе существуют частицы (в том числе и кварки), которые в принципе невозможно оторвать друг от друга и выделить в чистом виде.

Автор: И какое же теоретическое объяснение можно дать подобному феномену?

Манько: Предложено, например, такое объяснение. Возможно, что силы, связывающие между собой два кварка, имеют не электромагнитную, а какую-то иную природу. Не исключено, что по своему характеру они напоминают бесконечно узкую, упругую, как бы «резиновую» трубку. Такая упругая трубчатая связь не позволяет оторвать один кварк от другого – «растягиваясь» при внешнем воздействии, она затем сокращается и возвращает кварк на место.

Таким образом, не исключена возможность, что кварки представляют собой особый тип образований, которые могут существовать только в совокупности и которые принципиально невозможно разделить.

Автор: Итак, гипотеза кварков получила новый мощный импульс. Каковы же ее дальнейшие перспективы?

Манько: Не исключено, что дальнейшее развитие физики элементарных частиц покажет, что помимо четырех кварков, фигурирующих в настоящее время, существуют еще и другие, более тяжелые. Видимо, ответ на этот вопрос будет получен уже в самое ближайшее время…

К секретам мироздания.

(беседа с доктором физико-математических наук И.Д. Новиковым).

Автор: Каковы, на ваш взгляд, отличительные особенности астрономии как одной из наук о природе?

Новиков: Астрономия, точнее объект ее исследования – Вселенная является самой большой в мире физической лабораторией. Физики работают в земных условиях. Астрономы – выходят за эти рамки. Поэтому перед ними открывается реальная перспектива, создаются особенно благоприятные возможности для познания наиболее глубоких, фундаментальных законов природы. Хотя, если говорить о лаборатории Вселенной совершенно строго, то, в отличие от лабораторий земных, непосредственные эксперименты в ней только начинаются.

На мой взгляд, одной из главных отличительных особенностей астрономии является своеобразное соотношение между теорией и практикой. В физике теория дает активные предсказания типа: «сделай так-то – получится то-то». В астрономии же теоретические модели строятся в основном на базе не экспериментальных, а наблюдательных фактов. И здесь теория выдает предсказания типа: «посмотри – и увидишь».

Так, например, теория атомных реакций в физике дает значение критической массы урана, – если создать массу этого элемента, большую критической, – пойдет цепная реакция. В данном случае справедливость вывода теории может быть непосредственно проверена на практике.

Из астрофизической теории, в свою очередь, могут быть выведены, скажем, критические условия для некоторой массы вещества, при которых должен начаться ее гравитационный коллапс и произойдет образование черной дыры. Но, в отличие от физиков, астрономы лишены возможности проверить этот вывод путем эксперимента – изготовить черную дыру искусственным путем нельзя. Проверка может быть осуществлена только с помощью наблюдений, – надо искать объекты такого типа во Вселенной. Астрофизическая теория может выдавать и такие результаты, которые в настоящее время вообще невозможно проверить наблюдениями. В этом – характерная особенность теоретических моделей в астрофизике…

История развития астрономических знаний может служить прекрасным пособием для понимания диалектики научного познания. Если глубоко вдуматься в содержание сменявших друг друга учений о мире, то мы в каждом из них обнаружим нечто непреходящее, определенный элемент, так сказать, «зерно» абсолютной истины. Надо только понимать, что хотя все эти учения претендовали на описание мира в целом, в действительности, каждое из них фактически относилось лишь к ограниченной области Вселенной, границы которой при переходе от одного учения к другому постепенно расширялись. Так, система мира Аристотеля – Птолемея верно отразила некоторые особенности строения Земли как небесного тела: то, что Земля – шар, что все тяготеет к ее центру… Таким образом, это было фактически учение о Земле. Система мира Коперника фактически описывала строение Солнечной системы, а система мира Гершеля – строение нашей Галактики.

Астрономия поучительна еще и тем, что эта наука особенно наглядно и убедительно демонстрирует неправомерность и бесперспективность каких бы то ни было догматических представлений о Вселенной. Можно напомнить хотя бы один из наиболее ярких и свежих примеров. Еще в начале XX века считалось, что мир стабилен и в среднем стационарен, что во Вселенной совершается вечный круговорот. Однако оказалось, что все не так – Вселенная нестационарна, она расширяется, на разных уровнях в ней происходят взрывные процессы.

Автор: Каким вам представляется будущее астрономической науки?

Новиков: Астрономия во всех аспектах все более тесно будет сплетаться с физикой. В частности, физика должна обеспечить астрономам новую более мощную технику наблюдений. Уже ведутся наблюдения с борта космических аппаратов в оптическом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах электромагнитных волн. А в самом недалеком будущем на космические орбиты выйдут и радиотехнические средства изучения Вселенной. Космические радиотелескопы позволят измерять углы с точностью в миллиардные доли угловой секунды. Это значит, что появится возможность точно измерять расстояния до объектов, расположенных у самых границ наблюдаемой Вселенной.

Автор: Следует ли ожидать от астрономии каких-либо сверхфундаментальных открытий?

Новиков: Астрономия всегда этому служила – в частности, именно в результате астрономических исследований были открыты такие основополагающие законы природы, как закон инерции и закон тяготения. В то же время основные физические законы все же открываются физиками. В космических явлениях, с которыми сталкивается современная астрономия, проявления природных закономерностей часто весьма необычны, их комбинации нетривиальны, но это, как правило, законы, уже известные современной физике. Это вовсе не означает, что от астрофизики вообще нельзя ждать открытия новых законов природы, но их обнаружение может произойти лишь при изучении необычных физических условий и состояний материи. Возможно, одним из таких состояний является состояние высокой плотности вещества внутри нейтронных звезд. Во всяком случае, законов, действующих в подобных условиях, мы пока не знаем. Так, например, есть предположение, что существует некая «элементарная длина», которая как раз и проявляет себя в сверхплотных состояниях. И не исключено, что именно астрофизические исследования помогут ее обнаружить.

Автор: Каковы, на ваш взгляд, основные проблемы современной астрономии и астрофизики?

Новиков: Я бы сказал, что главной проблемой является изучение «сильных явлений» во Вселенной. Прежде всего, взрывных процессов в ядрах галактик.

Подобные процессы наблюдаются уже на протяжении ряда лет, но физической сущности того, что происходит, мы пока не понимаем. К этой же группе проблем примыкает и выяснение физической сущности процессов, происходящих в квазарах и сопровождающихся выделением чудовищной энергии.

Второй аспект – проблема происхождения черных дыр и нейтронных звезд. Нейтронные звезды – это уникальные образования. Плотность вещества здесь достигает сотен миллионов и миллиардов тонн в кубическом сантиметре; огромной величины достигают гравитационные и электромагнитные поля.

Что касается черных дыр, то к настоящему времени их теория достаточно хорошо разработана: мы поняли, что эти объекты могут иметь весьма сложное строение, что они являются дырами не только в пространстве, но и во времени. Вообще, черные дыры – одно из конкретных выражений диалектико-материалистической идеи взаимосвязи свойств движущейся материи и свойств пространства и времени. И если теоретические представления о существовании черных дыр подтвердятся – это будет, на мой взгляд, одним из величайших завоеваний науки XX столетия. Вот почему так важно обнаружить во Вселенной реальные черные дыры – хотя бы несколько штук.

Кроме того, в современной астрофизике есть и много других проблем, в частности, изучение «невидимых» состояний материи, таких, например, как нейтринное излучение и гравитационные волны. Но все эти задачи, по сравнению с теми, о которых я говорил выше, имеют в общем-то второстепенное значение.

Еще одна проблема связана с изучением квантовых процессов в сильно переменных гравитационных полях. Как выяснилось, эти процессы играют в космологии очень важную роль.

Быстрее света!

(«круглый стол» с эстонским философом академиком Г.И. Нааном, бывшим ученым секретарем отделения физики АН СССР В.А. Лешковцевым, доктором философских наук В.В. Казютинским, докторами физико-математических наук B.C. Барашенковым и А.Л. Зельмановым и врачом-психологом А.А. Магалифом).

Лешковцев: Как показала теория относительности А. Эйнштейна, характер течения времени зависит от скорости движения. По мере ее увеличения темп течения времени замедляется. Оно замедляется также и с ростом сил тяготения.

Автор: В частности, астрофизики считают, что во Вселенной существуют объекты – так называемые черные дыры, образовавшиеся в результате катастрофического сжатия под действием сил тяготения огромных масс вещества (так называемого гравитационного коллапса). В районе подобных образований в результате действия колоссальных сил тяготения со временем могут происходить удивительные метаморфозы.

Наан: На границах черной дыры сила тяготения настолько велика, что время здесь не только сильно замедляется, но практически должно… останавливаться. Поэтому, если какой-либо объект, скажем, неосторожно приблизившийся к черной дыре космический корабль, падает в нее, то внешний наблюдатель никогда не дождется того момента, когда он пересечет ее границу.

И вообще, как показывают теоретические выкладки, в области гравитационного коллапса пространство и время могут приобретать совершенно удивительные с нашей привычной точки зрения свойства. Так, например, здесь могут существовать такие участки, где время течет с умопомрачительной быстротой. Для наблюдателя – разумеется, теоретического, то есть воображаемого, – оказавшегося в таком районе, целая вечность от бесконечно далекого прошлого до бесконечно далекого будущего длилась всего лишь какое-то мгновение! Иными словами, здесь вообще нет ни прошлого, ни настоящего, ни будущего – вообще не существует времени.

Более того, в области гравитационного коллапса могут существовать зоны, где временная координата меняется ролями с одной из пространственных, то есть время как бы превращается в расстояние, а расстояние – во время.

Казютинский: Но хорошо известно, что с помощью теоретических выкладок можно получить в принципе все, что угодно. Думаю, что в рамках наших современных физических знаний явления, о которых только что говорилось, выглядят физически невозможными и даже бессмысленными.

Наан: И тем не менее в области коллапса – впрочем, опять с теоретической точки зрения, возможно еще одно удивительное явление. В нашем обычном пространстве любой замкнутый контур можно непрерывной деформацией стянуть в любую точку, расположенную внутри этого контура. Это значит, что пространство является топологически «односвязным» – в нем нет «оторванных» друг от друга «кусков», разделенных непреодолимыми «пропастями». Однако в районе очень сильных гравитационных полей односвязность, по-видимому, может нарушаться. А если пространство становится многосвязным, состоящим из отдельных «кусков», то в каждом из них течение времени может происходить независимо и в разных направлениях. Так что при переходе из одного «куска» в другой (если, разумеется, такой переход вообще возможен) наблюдатель обнаружил бы, что время потекло иначе, чем раньше, например, вспять!

Казютинский: Но до сих пор ни одна реальная черная дыра во Вселенной со стопроцентной достоверностью не обнаружена. Так что все сказанное пока что относится к области чистой теории.

Лешковцев: Я думаю, все дело в том, что время – лишь одна из характеристик состояния материи. Скорее всего, существует и множество других. И для того, чтобы заново воссоздать минувшие состояния, необходимо «повернуть вспять» не только время, но и все другие характеристики. А это вряд ли возможно.

Автор: Однако, как уже рассказывалось на страницах этой книги, не так давно американский физик-теоретик Кип Торн опубликовал сенсационное исследование, в котором ему удалось показать, что в принципе путешествия во времени вполне возможны, и притом как в будущее, так и в прошлое.

Лешковцев: Но все же это больше похоже на научную фантастику, чем на серьезную физику.

Автор: Относительно близости к фантастике вы совершенно правы, но это, на мой взгляд, близость несколько особого рода. Я имею в виду то уже известное нашим читателям обстоятельство, что исследования Торна получили толчок в результате ознакомления с научно-фантастическим романом Карла Сагана «Контакт». Все остальное – полноправная научная теория!

Лешковцев: И все же основное свойство времени, которое подтверждается колоссальным историческим опытом человечества, – его однонаправленность! Так называемая стрела времени. Если бы путешествия в прошлое и будущее были возможны, то наши далекие потомки наверняка создали бы «машину времени» и совершали бы с ее помощью путешествия в различные эпохи, в том числе и в XX столетие. Но тогда вокруг нас происходили бы всевозможные поразительные явления, которых в действительности мы не наблюдаем.

Барашенков: Хотя Кипу Торну действительно удалось теоретически показать, что путешествия во времени не противоречат в принципе фундаментальным положениям теории относительности, но нельзя не обратить внимания на то, что они вступают в противоречие с принципом причинности, объявляющим, что следствия не могут оказывать воздействие на свои причины!

Автор: Хотелось бы напомнить, что вопрос о всеобщем характере принципа причинности мы уже обсуждали и довольно подробно. Поэтому сейчас было бы полезно услышать, что вообще думают о проблеме времени философы!

Казютинский: На мой взгляд, существуют различные категории времени. Это прежде всего физическое время, которое можно измерить. Затем «время различных наук», о котором говорил В.И. Вернадский. И, наконец, общечеловеческое время, как явление культуры. И сейчас на первое место по своему значению выдвигается как раз общечеловеческая категория времени.

Автор: Еще мы хотели бы обратиться к вопросу о субъективном ощущении и восприятии времени. Вероятно, в различные исторические эпохи, а также в различных конкретных условиях и обстоятельствах это ощущение неодинаково. И у людей с разной психологией, и тем более у людей, страдающих теми или иными нарушениями психической сферы.

Магалиф: С точки зрения психотерапевта – это действительно так. Например, для больного депрессией время тянется необычайно медленно. Для него «прожить день» – это прожить целую вечность. Наоборот, для возбужденного человека время течет необычайно быстро, его ни на что не хватает, – у человека масса планов, но он не успевает их реализовать.

Автор: Видимо, это справедливо не только в отношении отдельных людей, но и общества?

Магалиф: Конечно. Так, в годы застоя мы жили с иным ощущением времени, чем сейчас, – медленно и нудно. Сегодня жизнь резко ускорилась! Время течет в совершенно бешеном ритме. И ощущение ритма времени у личности и у массы совершенно одинаково.

Автор: В заключение нашей беседы мы хотели бы заметить, что, несмотря на все усилия и достижения современного естествознания, категория времени продолжает во многом оставаться загадочной. И так как все мы живем во времени, его дальнейшее изучение, бесспорно, является одной из актуальнейших задач науки наших дней!

Но как понимать, что на границе черной дыры, как и вообще в любой области с практически бесконечно большой плотностью (так называемой сингулярности), время может останавливаться, то есть его как бы не существует? Не противоречит ли подобное утверждение нашим представлениям о том, что пространство и время являются формами существования материи? Может ли существовать материя без времени?

Зельманов: Физические условия в областях с бесконечно большой плотностью могут отличаться от всех нам известных столь радикальным образом, что к ним могут оказаться неприменимыми все существующие физические теории. Более того, для описания подобных физических условий могут оказаться непригодными многие из тех основных понятий, которыми мы пользуемся в современных теориях. Поэтому, когда физики говорят о том, что в сверхплотных состояниях может не существовать времени, то этим они обычно хотят сказать только то, что в таких условиях не существует привычного нам времени, то есть времени с теми физическими свойствами, с которыми встречаемся и имеем дело мы!