Тайны пространства и времени

Представьте себе обычный шар конечного радиуса. Шаровая поверхность – это двумерное образование, искривленное в трехмерном пространстве. Представьте себе некое фантастическое плоское существо, обитающее на этой поверхности и даже не подозревающее, что существует еще какое-то третье измерение. Путешествуя по своему искривленному миру в любых направлениях, существо это нигде не наткнется на какую-либо границу. И в этом смысле поверхность шара есть неограниченное пространство. Но поскольку радиус нашего шара конечен, то и площадь его поверхности также имеет конечную величину. Таким образом, неограниченный и в то же время конечный мир предстал перед нами во всей своей реальности. Оказалось возможным то, что на первый взгляд представлялось абсолютно неосуществимым.

Следующий шаг потребует от нас еще большей силы воображения. Речь пойдет о трехмерном шаре, который находится в четырехмерном пространстве… К сожалению, наглядно представить себе подобную ситуацию нам – существам трехмерного мира – не менее трудно, чем воображаемому обитателю шаровой поверхности представить себе двумерную сферу, изогнутую в трехмерном пространстве.

Но в теории относительности наш мир выглядит именно таким: он искривлен в четырехмерном пространстве, где, впрочем, роль четвертого измерения играет время. По Эйнштейну, мы живем в четырехмерном «пространстве-времени». При этом великий физик считал, что наш искривленный мир обладает конечным объемом, он как бы замкнут в самом себе.

История изучения геометрических свойств Вселенной совершила еще один крутой поворот. От классических ньютоновских представлений о бесконечном и безграничном пространстве пришлось отказаться. Они сыграли свою роль, но мир оказался сложнее.

Так был осуществлен очередной, чрезвычайно важный шаг в понимании сокровенных свойств нашего мира. Впрочем, математическая, точнее, геометрическая, модель нашей Вселенной, построенная общей теорией относительности, сама по себе еще не могла считаться доказательством конечности реального пространства. Но сам Эйнштейн считал такой вариант наиболее разумным.

Однако и это еще не был конец пути. До него было еще очень и очень далеко. Новый уровень, на который вышло изучение геометрических свойств нашего мира, породил целый ряд вопросов, на которые и сегодня пока не найдены ответы.

Третье – не «от лукавого»

Немного более ста лет назад, когда наивысшего расцвета достигла «классическая наука», в основе которой лежали механические представления о природе, ученые непоколебимо верили в то, что все события и явления можно разложить на чисто механические составляющие и все происходящее и предстоящее абсолютно точно рассчитать и предусмотреть.

Задавая свои вопросы природе и тем самым формируя очередные «знания о незнании», ученые той эпохи отчетливо представляли, чего хотят добиться. А хотели они на свои вопросы получить однозначные окончательные ответы типа «да» или «нет». Основу естествознания составляла так называемая формальная логика, в которой действует «закон «исключенного третьего» – либо «да», либо «нет», третьего быть не может, третье «от лукавого».

Ведь и в жизни мы обычно стремимся к однозначности. Уж лучше твердое «нет», чем раздражающая неясность, расплывчатая неопределенность. А еще хуже, когда ситуация то и дело меняется: сегодня «да», завтра «нет», а послезавтра снова «да». Неплохо бы, конечно, раз и навсегда все разложить по полочкам, все установить или хотя бы предвидеть наперед. Увы, жизнь значительно сложнее, в чем каждый из нас то и дело убеждается на своем собственном опыте.

Но в классической физике однозначность казалась незыблемой и нерушимой. Там более что она была уже в самых основных фундаментальных понятиях классической механики. Может быть, именно поэтому представители классической физики так за нее цеплялись, когда она стала давать сбои. Не хотелось покидать твердую землю и пускаться в рискованное плавание по океану неопределенностей. Их можно понять – это ведь так по-человечески.

А когда сбоев еще не было, механическая картина мира казалась «классикам» практически завершенной. Пределом мечтаний было научиться рассчитывать любой процесс как угодно далеко и с максимальной точностью. Все трудности, которые могли встретиться на этом пути, представлялись чисто техническими, вычислительными, а потому принципиально преодолимыми. Но если бы кто-нибудь из «классиков» на машине времени был перенесен в нашу эпоху, он был бы не просто удивлен, а сражен наповал. Развитие физики по шло совсем не по тому направлению, которое виделось его современникам. Природа оказалась намного сложнее механических представлений о ней. Особенно в микромире и в мегакосмосе. И узнал бы «классик» об этом не в какой-то сверх ультрасовременной научной лаборатории, а побывав на обычной рядовой лекции для студентов…