Кварки, протоны, Вселенная

В разной форме гипотеза «многоэтажной вселенной» высказывалась в науке не раз. Она пришла к нам из глубокой древности. Более двух тысяч лет назад греческий философ Анаксагор говорил, что мир состоит из бесчисленного количества мельчайших частиц — гомеомерий, каждая из которых, в свою очередь, состоит из неисчерпаемо огромного числа еще более мелких гомеомерий и так далее, без конца. В отрывках из его дошедших до нас трудов говорится, что любая из этих частиц содержит в себе все свойства Вселенной. Внутри каждой из них, какой бы малой она ни была, «есть города, населенные людьми, обработанные поля и светит солнце, луна и звезды, как у нас».

Эта замечательная идея о бесконечной цепочке вложенных друг в друга миров поражала и занимала воображение многих ученых. В XVII в. ее разделял великий Лейбниц. Сходные мысли высказывал еще до него Джордано Бруно, а в XVIII в.— французские энциклопедисты. Подумывал о ней и XIX в. — уж очень привлекательна и вместе с тем правдоподобна была мысль о том, что в каждом зернышке, в каждой пылинке, пляшущей в луче света, спрятана целая бесконечность миров, где процветают какие-то формы жизни, может быть, похожие на нашу, а может быть, и совсем другие. Тем более что, кроме малоубедительных ссылок на Ветхий завет, этой идее трудно было что-либо противопоставить.

Бурное развитие экспериментального естествознания в XIX и XX вв., изучение молекул и атомов, открытие быстро распадающихся и превращающихся одна в другую элементарных частиц, казалось бы, полностью разрушили наивную картину мира, построенного на манер вложенных друг в друга матрешек. Однако в последнее время появились соображения, которые неожиданно заставляют серьезных ученых вернуться к идее бесконечной иерархии миров.

Развитие теории относительности привело к мысли о том, что резкой границы между космосом и микромиром нет, и в природе действительно могут существовать объекты, которые извне выглядят как микрочастицы, а изнутри — как безграничная Вселенная.

По-видимому, дело обстоит именно так. «По-видимому», так как это — выводы одной из самых трудных и плохо разработанных областей современной физики, лежащей на стыке квантовой механики и теории относительности. Здесь еще много нерешенных вопросов, и к теоретическим предсказаниям приходится относиться пока с осторожностью. В них можно было бы поверить, если теорию относительности Эйнштейна действительно допустимо экстраполировать на микроскопические явления. Но применима ли там эта теория или нет, никто пока не знает. Судьей будут эксперименты, которые еще только предстоит выполнить.

А началось все с математики. В 1922 г., исследуя уравнения общей теории относительности, мало кому в то время известный петроградский физик и математик Александр Александрович Фридман сделал сенсационное открытие. Он обнаружил, что уравнения Эйнштейна имеют решения, которые описывают полностью замкнутый мир.

Чтобы понять, что это значит, представим себе обычный шар. Его поверхность — двухмерный мир. Этот мир замкнут и в то же время безграничен — ведь по поверхности шара можно двигаться в любом направлении и нигде не натолкнуться на границу. Двухмерным существам на поверхности шара было бы очень трудно представить себе ограниченность их мира. Для этого им пришлось бы иметь дело с воображаемым трехмерным миром, который они могли бы изучать лишь с помощью математических формул.

Точно таким же образом решения Фридмана описывают замкнутый трехмерный мир — поверхность некоего четырехмерного мира. Реально никакого четырехмерного пространства не существует, иначе четвертое измерение проявлялось бы в наших экспериментах. Это всего лишь вспомогательный математический образ. Однако это не мешает трехмерному миру обладать свойством кривизны и, подобно двухмерной сфере, иметь конечный радиус.

В научно-популярной литературе идею о том, что окружающее нас пространство может быть искривленным и только в первом приближении кажется нам абсолютно плоским, часто связывают лишь с общей теорией относительности Альберта Эйнштейна. Это не точно. Еще раньше к этой идее пришел профессор Казанского университета Николай Иванович Лобачевский. Открытие им неевклидовых геометрий прямо поставило вопрос: какова же реальная геометрия нашего мира? Плоская евклидова или же искривленная неевклидова? Работы Лобачевского, а также выполненные независимо от него расчеты венгерского математика Яноша Бойяи и немецкого математика Карла Фридриха Гаусса послужили идейным фундаментом для всех последующих теорий искривленных пространств, в том числе для теории Эйнштейна и следующей из нее теории Фридмана.

В этой теории радиус искривленного мира зависит от его массы. Чем больше масса, тем большим радиусом должен обладать мир. Они пропорциональны друг другу. Например, радиус замкнутого мира с такой же приблизительно массой, как у нашей Вселенной, составляет около триллиона триллионов километров, что выражается единицей с 24 нулями. Чтобы пересечь такой мир, световому лучу потребовалось бы более 10 миллиардов лет.