Виктор Комаров - По следам бесконечности

— Аналогию? — И, немного подумав, Зельманов предложил такой поясняющий пример.

Представим себе, что из одного пункта одновременно на совершенно прямое шоссе выезжают несколько автомашин и начинают движение с разными скоростями. Через некоторое время они, очевидно, расположатся друг относительно друга в соответствии со своими скоростями: те, что движутся быстрее, уйдут вперед, более медленные — отстанут.

Теперь каждая впереди идущая машина будет, очевидно, двигаться с большей скоростью, чем следующая за ней. Представим себе наблюдателя, который находится в одной из средних машин и видит все остальные машины впереди и сзади, но не видит шоссе. Тогда, независимо от того, в какой из машин он едет, ему будет казаться, что именно он находится в центре расширения, вернее растяжения вереницы машин, так как все остальные машины — и передние и задние — будут от него удаляться: передние уходить все дальше и дальше, задние — все сильнее отставать.

Точно так же и метагалактическое красное смещение свидетельствует лишь об увеличении расстояний, отделяющих от нас другие галактики, но вовсе не о том, что именно мы находимся в центре. Если бы мы переместились в какую-либо иную галактику, нам стало бы казаться, что именно она является центральной.

— А теперь, — сказал я, — мне хотелось бы взглянуть на всю проблему, так сказать, с противоположной стороны. Что было бы, если бы Метагалактика не расширялась, а, скажем, сжималась?

— Если бы сжатие длилось уже миллиарды лет, мы вместо красного смещения в спектрах галактик наблюдали бы фиолетовое, — заметил Зельманов. — Сдвиг излучения происходил бы в сторону более высоких частот и яркость неба была бы не ослаблена, как это имеет место в действительности, а, наоборот, усилена. В подобных условиях в нашей области Вселенной жизнь не могла бы существовать.

— Значит, мы отнюдь не случайно живем именно в расширяющейся системе галактик и наблюдаем именно красное смещение в их спектрах?

Зельманов улыбнулся:

— По этому поводу я обычно говорю так: мы являемся свидетелями природных процессов определенного тина, потому что процессы иного типа протекают без свидетелей. В частности, жизнь невозможна на ранних стадиях расширения и на поздних стадиях сжатия.

Итак, почти не приходится сомневаться в том, что мы живем в расширяющейся Вселенной и наблюдаем разбегание звездных систем — галактик. Причем словечко «почти» — здесь всего лишь необходимая дань философской убежденности в относительном характере научных истин.

Что же касается геометрии расширяющегося мира, то в однородной изотропной Вселенной она целиком зависит от количества материи. Или, что то же самое, от ее средней плотности.

И от этого, в частности, целиком зависит конечность или бесконечность пространства.

Или — или… Третьего не дано!

Но, увы, даже в рамках этой теории возможность столь простого выбора между конечным и бесконечным в значительной степени обманчива. Ведь, помимо бесконечности пространственной, могут быть и другие бесконечности и притом куда более неопределенные.

Например, теория однородной изотропной расширяющейся Вселенной приводит к такой явно парадоксальной бесконечности — бесконечной плотности вещества до начала расширения. Современная астрофизика знает плотности до 100 миллионов тонн в одном кубическом сантиметре: таковы плотности нейтронных звезд-пульсаров. Еще выше плотность атомного ядра. Но бесконечно большая плотность?

Какое реальное состояние за этим скрывается, трудно сказать. А может быть, появление бесконечно большой плотности свидетельствует просто о неблагополучии теории?.. Может быть, все дело в том, что общая теория относительности, не учитывает квантовых эффектов, которые в области сверхвысокой плотности должны сильно возрастать?

Здесь астрофизика и космология непосредственно смыкаются с физикой микромира. Но эта проблема еще ждет своего решения.

Вернемся, однако, к геометрии. Она определяется средней плотностью материи. В однородной Вселенной. А если Вселенная неоднородна?

— Однородные изотропные модели, видимо, следует рассматривать лишь как одно из приближений к реальной картине мира, — утверждает Зельманов. — Есть веские основания полагать, что структура и свойства реальной Вселенной гораздо сложнее.

И поясняет свою мысль:

— Ведь если Вселенная в самом деле однородна, то из этого автоматически следует, что поведение и свойства мегаскопических характеристик в каждую данную эпоху везде одинаковы. Такое положение вещей не только допускает возможность безудержной экстраполяции, но прямо ее требует. Другими словами, любые данные, характеризующие охваченную наблюдениями область (например, средняя плотность вещества и т. п.), не только могут, по и должны быть распространены на бесконечную Вселенную. А такая экстраполяция вряд ли может быть оправдана!

Разумеется, это — соображения уже философского порядка. Но здесь как раз тот случай, когда вмешательство философии крайне необходимо. Ведь проблема, о которой идет речь, расположена вблизи самых границ современного знания. А именно в таких ситуациях философские соображения могут оказать незаменимую помощь в выборе наиболее правильного пути.

Впрочем, накопилось немало наблюдательных фактов, которые указывают на то, что материя во Вселенной распределена далеко не равномерно, в особенности если речь идет о сравнительно небольших областях пространства.

А если так, то о чем, собственно, может рассказать нам средняя плотность, даже если мы вычислим ее с предельной точностью? Ведь ото все равно, что, скажем, подсчитать средний годовой доход жителя какого-нибудь крупного города в капиталистической стране. Он может оказаться вполне приличным и даже впечатляющим. Но в действительности за этим «средним благополучием» наверняка будут скрываться самые разительные контрасты. Ведь в это среднее войдут, с одной стороны, ужасающая нищета десятков тысяч людей, а с другой — баснословные доходы нескольких мультимиллионеров.

У различных областей неоднородной Вселенной может быть своя средняя плотность. А значит, и своя кривизна. И своя геометрия.

Известный американский физик Р. Оппенгеймер рассмотрел в свое время любопытную теоретическую возможности Если очень большак масса вещества оказывается в сравнительно небольшом объеме, то ее сжатие под действием собственного тяготения может быть неудержимым. Наступит беспрецедентная катастрофа — гравитационный коллапс.

Впрочем, это было лишь чисто теоретическое исследование, построенное по принципу: «рассмотрим некоторую воображаемую ситуацию и попытаемся выяснить, что из нее получается…»