Глеб Анфилов - Бегство от удивлений

• Название: Бегство от удивлений
• Автор: Глеб Анфилов
• Издательство: "Детская литература"
• Жанр: Физика
• Год: 1974

Книга рассказывает о рождении и развитии механики как науки, искавшей и ищущей ответы на самые простые и глубокие вопросы об устройстве природы.

---

Так задача была облегчена. В достаточно крупных масштабах гипотетическая кривизна мира становилась величиной постоянной, повсюду одинаковой.

Но понять ее характер, вычислить ее было необычайно сложно.

Решение никак не получалось. Не удалось найти неизменный «радиус кривизны» всего мира. Вселенная выходила какой-то зыбкой, нестабильной.

Тут-то Эйнштейн и допустил оплошность, за которую впоследствии сам себя изрядно поругивал. По традиции предков он прибег к услугам... Атласа. Навязал природе нечто неведомое, придуманное специально для того, чтобы уравнения можно было решить так, как хотелось их автору.

Математический Атлас

На должность Атласа, держащего мир в целости и сохранности, была принята всего лишь маленькая закорючка, добавленная Эйнштейном в выражение фундаментального метрического тензора для всего мира. Она именовалась «космологической постоянной» или «ламбда-членом». Этот математический символ (греческая буквам — ламбда, отсюда название), внесенный в метрические коэффициенты, так скорректировал теоретически вычисляемую кривизну пространства — времени, что стала возможна ее стабильность, независимость от времени. Этого и хотел Эйнштейн. Так он достиг целостности, постоянства своей модели мироздания.

На языке Ньютона наличие ламбда-члена означало весьма много: произвольно признавалось, что в большой Вселенной существуют, помимо тяготения, еще какие-то другие силы. Они-де и гарантируют сохранность мира.

И впрямь вышел невидимый вездесущий богатырь, держащий на плечах само небо! Он не дает звездам падать друг на друга, бережет их, сдерживает. Чем не Атлас!

Этой-то ценой и заплатил Эйнштейн за свою модель Вселенной. Но она вышла конечной, а не бесконечной, как у Ньютона. Ее пространство — замкнутым, как в шарике Пуанкаре со страницы 223. Шагая прямо вперед, мы в этом мире обязательно вернулись бы в точку старта, хоть она и поднялась бы «вверх по времени», так как время для всей Вселенной было единым и неизменно равномерным. Брошенный камень, двигаясь по инерции, не покрыл бы путь больший, чем «вокруг Вселенной». Так же повел бы себя и световой луч: яркую звезду можно было бы увидеть сразу впереди и сзади, в диаметрально противоположном направлении — в виде слабенькой звездочки. Появилась надежда даже найти на небе такие «задние» изображения ярких звезд (их хотели отождествить по сходству спектров). Ничего, однако, найти не удалось.

В модели Эйнштейна, как и в шаре Пуанкаре, отсутствовали достижимые изнутри границы, «обрывы» пространства.

Всюду, следуя давнишнему совету Лукреция Кара и других античных мудрецов, можно было «бросить копье» — оно полетело бы вперед, что доказало бы отсутствие каких бы то ни было границ. (Пользуюсь случаем восхититься простотой и остроумием этого древнего рецепта проверки пространства «на безграничность».)

В беспредельном, но конечном мире Эйнштейна любая точка могла считаться центром пространства. Делались попытки вычислить «радиус кривизны» этого мира, подсчитать его объем, полную массу материи в эйнштейновской Вселенной, даже полное количество ее звезд и прочих материальных тел[19].

Звезд тут и в самом деле должна была набраться всего «горсть», большая, но конечная. И поэтому казалось, что наконец-то фотометрический парадокс разрешился, нашлось разумное объяснение ночной темноты: разумеется, конечное число звезд не создало бы бесконечного обилия света.

Однако за эту «разгадку» было заплачено слишком уж дорого — признанием существования в природе неведомых космических сил (в лице ламбда-члена), придуманных специально для того, чтобы получить приемлемое для Эйнштейна решение мировых уравнений. Пусть конечность и неизвестные силы, лишь бы мир не менялся во времени, — вот девиз этой модели.

Материю — по углам

Сразу же вслед за Эйнштейном (это было в 1917 году) другую модель построил его датский последователь профессор де Ситтер. Он отыскал новое решение системы мировых уравнений — опять с космологической постоянной, но без всяких условий о состоянии и плотности вещества. Это было теоретическое исследование пустой Вселенной. Она тоже вышла конечной. Призрак Атласа, обернувшийся ламбда-членом, согнул ее и запер. Но тут вместе с пространством искривилось время. Ход часов стал замедляться с удалением от наблюдателя, и «на горизонте мира» полностью тормозился.

Когда прикинули, что будет с веществом, если осторожно внести его в пустой мир де Ситтера, уравнения дали любопытный ответ: материя сосредоточится в периферийных областях пространства — времени. В центре (возле наблюдателя) ее не будет. Эддингтон заметил по этому поводу, что у де Ситтера «вещество разметено по углам Вселенной». И роль уборщика сыграла все та же искусственно привнесенная космологическая постоянная. На сей раз призрак Атласа исполнил обязанности дворника!

В начале двадцатых годов обе модели подробно изучались. Постепенно в них обнаруживались изъяны — и те, о которых я уже сказал, и другие. В том числе главный: ни Эйнштейн, ни де Ситтер не добились, оказывается, того, к чему стремились. Постоянства, незыблемости Вселенной не устроилось, несмотря на рискованное введение ламбда-члена.

В модели Эйнштейна равновесие мира, как выяснилось, было очень неустойчивым, как у тарелки на острие ножа. Стоило где-то в равномерном «киселе» вещества объявиться случайному сгущению, оно обязано было расти лавиной, и мир летел кувырком, разваливался на куски.

У де Ситтера же демонстрировались печальные последствия — пустынная, чисто выметенная Вселенная, в которой если и есть немного вещества, то оно убрано подальше от наблюдателя и сковано кандалами вечности.

Все это очень и очень сомнительно. Как ни говорите, космическая материя мало схожа с киселем. Всюду комки вещества, и они, по всей видимости, не покушаются на стройность Вселенной. Не заметно и абсолютной пустоты. Словом, нет признаков, что модели Эйнштейна и де Ситтера близки к реальному мирозданию.

Доктрина неподвижности

Почему же вышло так нескладно? Могло ли сразу получиться лучше?

Наверное, не могло. Не мог Эйнштейн дать другого решения. Видимо, даже он, ниспровергатель абсолютов классики, не был способен сразу отречься от бесспорной, как тогда казалось, очевидности — монументального покоя звездной Вселенной.

Причинам к такому отказу неоткуда было взяться. Их не давала астрономия, всюду в космических далях она находила неподвижность, подтверждая древнюю веру людей в монументальную неизменность мироздания. Эта вера, продиктованная памятью бесчисленных поколений, подкрепленная каждым взглядом на небо, стала аксиомой. Может быть, самой прочной и живучей аксиомой.

Отсюда, от этой твердой убежденности, и сделала первый шаг релятивистская космология. Другого пути никто не видел. Лишь задним числом, значительно позднее, профессор де Ситтер признал, что в ту пору «смутно чувствовалась» ограниченность такого подхода.

Но далее последовали новые шаги.

Мало-помалу идеи, метод Эйнштейна ушли из-под контроля гениального первооткрывателя, зажили новой, более свободной жизнью. И как закономерное следствие, в конце концов из уст исследователей прозвучал решительный отказ от аксиомы неподвижности мироздания.

Эволюция взглядов, правда, длилась долго. Лишь в наши дни окончательно пала крепость всемирной неподвижности.

А первый удар по ней нанес еще в двадцатые годы замечательный советский ученый Александр Александрович Фридман.

О нем, о его идеях — отдельный рассказ.

Глава 27. МИР — ВЗРЫВ

Математик, летчик, космолог

Кто такой Фридман?

Математик ответит:

О, это тот, что еще гимназистом опубликовал серьезное исследование, автор бесчисленных математических работ...

Метеоролог скажет:

Кроме того, он — создатель превосходной теории атмосферных циклонов, видный геофизик, организовавший и .возглавивший у нас службу погоды. Отличный организатор, человек заразительной активности...

Летчик добавит:

Фридман был в рядах первых авиаторов, он энтузиаст воздухоплавания, участник рекордного исследовательского подъема на высоту 7400 метров. Вторым участником был знаменитый Федосеенко, погибший впоследствии вместе с двумя товарищами при штурме 22-километровой высоты...

Астроном или физик-теоретик заключит:

Все это так. Но главная заслуга Фридмана — его работы в области космологии.

Да, этот человек был многогранен, разносторонне талантлив, очень деятелен. По складу характера — прямая противоположность Эйнштейну. Вместо заветной эйнштейновской тишины и уединения, вместо «башни из слоновой кости» (по мнению Эйнштейна — идеальное место для научной работы) у Фридмана — корзина аэростата, директорство в Аэрологической обсерватории, яростное воспитание молодых ученых. Он расценивал эту свою черту как недостаток, как склонность разбрасываться. Нарочно ограничивал себя, сдерживал в рамках главной увлеченности, которой считал геофизику атмосферы, теоретическую метеорологию. И сделал в этой области немало.