Тайны пространства и времени

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.