Почему вопросы четвертого измерения привлекают внимание не только ученых, но и всего общества? Возможно, всех нас манит неизвестное, таинственное — одним словом, то, что мы не можем даже вообразить. Кроме того, для некоторых людей другие измерения могут служить способом ухода от действительности, от проблем социума, в котором они живут (вспомним, например, тяжелые условия жизни во времена викторианской Англии), или просто от личных неприятностей. Но прежде всего четвертое измерение представляет собой новую неизученную вселенную со всеми вытекающими отсюда возможностями развития науки, философии, религии и искусства.
Широкую публику четвертое измерение привлекало в основном своей связью с верой и религией, особенно тех, кто интересовался спиритуализмом. Мы расскажем об этом подробнее в пятой главе. Однако были и другие удивительные и, возможно, даже магические аспекты четвертого измерения, которые возбуждали воображение людей. О них речь пойдет в этой главе.
Взгляд из четвертого измерения
Представьте себе, что наша трехмерная вселенная является частью четырехмерного гиперпространства. Тогда такое гиперпространство можно разделить на две части, которые Чарльз Хинтон называл ана и ката. Точка нулевой размерности делит прямую на две полупрямые — «правую» и «левую». Прямая линия делит плоскость на две полуплоскости — «ближнюю» и «дальнюю». Плоскость делит пространство на два полупространства, которые мы можем назвать верхним и нижним, хотя, как и в других случаях, это просто вопрос выбора. В общем случае n-мерное гиперпространство будет делить (n + 1) — мерное гиперпространство на два полугиперпространства.
Точка нулевой размерности делит одномерную прямую на два отрезка, левый и правый. Прямая линия делит двумерную плоскость на две области, ближнюю и дальнюю. Плоскость делит трехмерное пространство на два полупространства, верхнее и нижнее. Аналогично трехмерное пространство будет делить четырехмерное гиперпространство на две отдельные области, ана и ката.
Некоторые христиане, интересовавшиеся четвертым измерением, увидели в этой теории способ определения местонахождения ада и рая. Рай, Бог и его ангелы находятся с одной стороны нашей видимой вселенной, например в ана, в то время как ад, дьявол и его демоны обитают в ката. Иными словами, ангелы и демоны разделены нашим земным миром.
* * *
ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ВСЕЛЕННЫЕ
Мы можем предположить, что наша вселенная не единственная в гиперпространстве и что существуют другие параллельные вселенные. В простейшем случае две параллельные вселенные — физический мир и астральный. Затем христианская версия трех параллельных вселенных — рай, ад и земной мир. И, наконец, бесчисленное количество параллельных вселенных, содержащих всевозможные варианты нашего мира. Например, в одном из них математик пишет книгу о четвертом измерении, а в другом мире тот же человек решил заняться философией и немецким языком, тогда как в третьем мире этого человека просто не существует, потому что у его родителей не было детей. Можно даже найти вселенную, в которой люди имеют крылья.
Параллельные вселенные: две вселенные (наш мир и астральный), три вселенные (земной мир, ад и рай), бесконечное количество вселенных.
Также могут существовать перпендикулярные вселенные, пересечением которых — так называемым порталом — будет плоскость. Другая возможность — наша вселенная искривлена в гиперпространстве и даже пересекает сама себя, образуя пространственные туннели, соединяющие две отдаленные точки.
Две вселенные в четырехмерном пространстве могут быть перпендикулярны, образуя тем самым портал, связывающий их. Более того, вселенная не обязана быть плоской, она может быть искривлена в гиперпространстве и даже пересекать саму себя, образуя туннели, через которые можно путешествовать из одного конца вселенной в другой в мгновение ока.
* * *
В таком случае возникает вопрос: как существо из четвертого измерения, например ангел, находящийся в ана, может предстать перед нами, существами трехмерного пространства? Для ответа на этот вопрос можно использовать трехмерные аналогии, описанные Эбботтом во «Флатландии» в эпизоде, когда Сфера появилась перед Квадратом. На рисунке ниже показано, что Сфера, глядя из Спейсландии, видит Квадрат одновременно и снаружи, и изнутри, как и все дома Флатландии: она видит не только их периметр, но и всех их обитателей.
Глядя на Флатландию из Спейсландии, мы одновременно видим Квадрат у порога его дома и всю его семью внутри дома. Мы также видим сам Квадрат и его внутренности.
Как мы уже рассказывали в первой главе, когда флатландец смотрит на Квадрат или на любого другого жителя Флатландии, он видит только часть его внешнего периметра, а именно отрезок, и в некотором смысле глубину как результат действия тумана. Однако когда Сфера смотрит на Квадрат, она видит полный периметр — все его четыре стороны — а также его внутренности: желудок, кишечник, сердце и легкие. Если положить на стол монету и посмотреть на нее, находясь на уровне поверхности стола, мы сможем представить, как видят жреца жители Флатландии.
Однако если мы посмотрим на монету сверху, мы увидим не только ее окружность, но и изображение на ней.
Аналогично в нашем мире, когда мы смотрим друг на друга, мы видим одну сторону нашей внешней поверхности — плоское изображение с некоторой глубиной за счет эффекта перспективы. Объемное изображение получается благодаря расположению наших глаз (люди с одним глазом не видят объемных изображений).
Но как видят нас гиперсущества? В соответствии с описанной выше аналогией можно сказать, что они будут видеть всю нашу поверхность одновременно (грудь, спину, ноги, голову и другие части тела), а также все наши внутренности (сердце, легкие, печень, вены, кости и прочее). И все это с одного взгляда. Врач из четвертого измерения одним взглядом произведет медицинский осмотр и узнает, например, есть ли у нас проблемы с сердцем, камни в почках или трещины в костях, без хирургических операций и даже без рентгенографии или ультразвука.
Как такое возможно, что гиперсущество может увидеть нас и изнутри, и снаружи одновременно? Сетчатка глаза человека похожа на двумерный диск, с которым связаны окончания зрительных нервов. Они несут в мозг информацию от наших сферических глаз. Когда мы смотрим на Квадрат, живущий во Флатландии, каждая его точка соединяется в трехмерном пространстве лучом света с точкой на нашей сетчатке, в результате чего мы видим изображение квадрата, как будто Квадрат, уменьшившись, перенесся через пространство и попал в наш глаз.
* * *
ЖЕЛУДОК ДВУМЕРНОГО СУЩЕСТВА
Не всегда аналогии в различных измерениях настолько прямолинейны. Рассмотрим, например, пищеварительную систему двумерного существа. Если предположить, что это всего лишь двумерная версия нашего пищеварительного тракта, то возникает проблема: житель Флатландии будет разделен на две части. Очевидно, что так он выжить не сможет. В конце XIX в. пищеварительная система двумерных существ вызывала большой интерес и даже споры. Одним из возможных решений этой проблемы является такая форма пищеварительного тракта, когда он закрывается и открывается по мере прохождения пищи: своего рода застежка-молния, которая не дает двумерному существу распасться надвое.
Пищеварительный тракт Квадрата делит его пополам. Чтобы Квадрат не распался на две половины, его кишечник может иметь форму канала с воротами, которые открываются и закрываются.
* * *
Аналогичным образом сетчатка гиперсущества может быть трехмерной сферой с нервными окончаниями (сам глаз будет гиперсферой). Когда гиперсущество смотрит на нас, оно видит полный образ всего нашего тела, так как каждая точка нашего тела и снаружи, и внутри будет соединена с точкой на сетчатке гиперсущества лучом света, проходящим через ана и ката. Это походит на то, как если бы наша уменьшенная копия была перенесена лучами света на сетчатку гиперсущества. Дополнительное измерение необходимо, чтобы лучи света соединили каждую точку нашего тела с точкой на сетчатке.
В романе Эбботта Квадрат рассказывает, что он смог воспринять трехмерное пространство, лишь когда Сфера вынесла его из Флатландии и дала ему возможность посмотреть на его двумерный мир из Спейсландии. В этом эпизоде предполагается, что зрение Квадрата в трехмерном пространстве работало так же, как и у Сферы. Но давайте разберем эту ситуацию подробнее. Сетчатка глаза Квадрата представляет собой отрезок прямой с нервными окончаниями. Когда он смотрит на Флатландию, он видит лишь сечение своей страны плоскостью, в которой он находится в трехмерном пространстве. Точнее, несколько сечений по мере того, как Сфера перемещала его. Другими словами, его глаз работал бы как сканер, создавая серию сечений Флатландии, что с литературной точки зрения выглядит не так увлекательно и не совсем подходит для целей сюжета.
Квадрат, смотрящий на Флатландию из Спейсландии. В романе Эбботта Квадрат видит свой мир также, как Сфера, хотя его двумерный глаз на это не способен.
Аналогично если бы ангел из четвертого измерения взял нас в рай, то, глядя на наш мир из ана, мы бы увидели лишь двумерные сечения нашей вселенной, полученные пересечением нашего трехмерного пространства с тем трехмерным пространством, в котором наше тело будет находиться в четвертом измерении.
Великолепный вид
Еще одним интересным вопросом является обратная ситуация: как выглядит для нас гиперсущество из четвертого измерения, которое посетило наше пространство? Те, кто считает духов существами из четвертого измерения, думают, что, когда мы встретим некоторых из них, они будут выглядеть похожими на нас. Однако «на самом деле» это может быть совсем не так.
В книге Эбботта, когда Сфера пересекает Флатландию, Квадрат видит плоские сечения пришельца. Для него Сфера похожа на двумерное существо, в частности на жреца. Но что увидели бы жители этой двумерной вселенной, если бы ее посетил человек? Например, на рисунке из рассказа Руди Рукера «Послание, найденное во Флатландии» (1983) показано, как главный герой провалился сквозь Флатландию, которая удивительным образом оказалась расположена в подвале одного из пакистанских ресторанов. Флатландцы увидели плоские сечения человеческого тела: различные фигуры и кольца, образованные тканями кожи, волос и одежды.
Понятно, что вместо пальцев руки они бы увидели пять маленьких дисков с кожей и волосами на их окружностях, а вокруг диска тела — большие окружности тканей одежды.
Человек, провалившийся сквозь Флатландию. Ее житель Квадрат увидел бы лишь быстро меняющиеся темные области.
Гиперсущество, пересекая нашу трехмерную вселенную, будет выглядеть похожим образом. То есть, принимая во внимание дополнительное измерение, мы увидим ряд деформированных тел разных размеров. Некоторые из них будут окружены кожей и волосами, другие — тканью и частями плоти. Эти тела будут являться пересечением гиперсущества и нашей вселенной. Разве это не ужасное зрелище? Конечно, нужно признать, что мы не знаем, какую форму имеют гиперсущества, поэтому мы можем позволить себе представить их похожими на нас, но с дополнительным измерением.
* * *
КАК ПОЙМАТЬ ЧЕТЫРЕХМЕРНОЕ СУЩЕСТВО
Если бы жители Флатландии захотели поймать человека, увидев его в своей двумерной вселенной, они могли бы захватить с помощью лассо или железных наручников одно из сечений человеческого тела. Человек смог бы убежать «вверх», если бы этой частью оказалось сечение пальца, но не запястья или лодыжки.
Главный герой романа «Монстр из ниоткуда» (1974) Нельсона Бонда во время путешествия в Перу обнаруживает четырехмерное существо и прибегает к аналогичному способу поимки. Он спрятал одно из сферических сечений существа в сумку, пригвоздив ее для надежности копьем, и таким образом не дал чудовищу убежать из нашей вселенной.
Ограбление века
Если четвертое измерение существует и если бы некоторые люди имели возможность свободно переходить из нашего мира в ана или ката и путешествовать там, они считались бы в нашем мире своего рода богами, так как в определенном смысле они были бы вездесущими, всемогущими и способными творить чудеса. Они могли бы проходить сквозь стены, как привидения в замках, могли бы легко убежать из любой тюрьмы, несмотря на решетки и охрану, они могли бы ограбить любой банк, входя и выходя из здания, не открывая дверей. Они могли бы видеть сквозь стены без рентгена, незаметно следить за любым человеком, пить напитки, не открывая бутылку, есть апельсин, не очищая его, читать письма в запечатанных конвертах и делать многое другое, используя для этого четвертое измерение.
Чтобы понять, как такие трюки возможны, мы вновь обратимся к двумерной аналогии с Флатландией. На что похожа тюрьма, где был заперт Квадрат? Тюрьма могла бы быть тоже квадратной, окружая пленника со всех сторон. Однако наш герой мог бы убежать через третье измерение, если бы он имел такую способность, или, например, с помощью своих друзей из Спейсландии. Побег представлял бы собой всего-навсего перемещение «вверх» из Флатландии, затем движение в третьем измерении и возвращение «вниз» в свой собственный мир, но только за пределами тюрьмы.
Кроме того, Квадрат мог бы шпионить из Спейсландии за своими тюремщиками, оставаясь незамеченным. Если бы он захотел пить, никто не смог бы помешать ему опуститься в соседний дом, не открывая дверей, через третье измерение. И если бы Квадрат захотел (хотя мы знаем, что он был честным существом), он мог бы украсть драгоценности из дома жреца опять же через третье измерение, и никто бы его не увидел. А если бы жрец неожиданно вернулся, Квадрату пришлось бы просто подняться вверх, чтобы остаться незамеченным.
А если внук Квадрата Шестиугольник вдруг подавился бы конфетой, его дедушка легко смог бы спасти ему жизнь, поднявшись в третье измерение и вынув конфету из горла внука. Аналогично врач в четвертом измерении легко сделал бы нам операцию без хирургического вмешательства.
Таким же образом, хотя это и кажется удивительным, можно через четвертое измерение разнять два сцепленных металлических кольца или развязать узел, как в стихотворении Максвелла, послужившем эпиграфом к этой главе.
В нашем пространстве невозможно разнять металлические кольца или развязать трилистный узел, хотя из четвертого измерения сделать это очень просто.
Симметрия: Алиса в Зазеркалье
Вот замечательная идея для сюжета рассказа. Человек, который может перемещаться в четвертом измерении, решает ограбить банк и таким образом совершает идеальное преступление. Убегая через гиперпространство, он роняет несколько банкнот, и они остаются в нашем мире, где их находит детектив, расследующий это дело. В изумлении детектив замечает, что изображение на банкнотах зеркально перевернуто. Детектив пытается понять, что случилось с банкнотами и как это связано с ограблением банка.
Зеркально перевернутые изображения на банкноте, после того как она побывала в четвертом измерении.
Итак, как можно определить, что человек побывал в четвертом измерении или что флатландец путешествовал в Спейсландию?
Вернемся еще раз к примеру с Флатландией. Если мы повернем Квадрат вокруг одной из его осей симметрии, как показано на рисунке ниже, то есть поднимем его из плоскости и развернем в третьем измерении, то мы получим его зеркальный образ.
Мы можем провести этот эксперимент, подняв со стола вырезанный из бумаги квадрат, повернув его в пространстве и снова возвратив в его плоскую вселенную.
Предположим, голова всех жителей Флатландии, в том числе и Квадрата, находится с северной стороны, их глаза и рот — с восточной стороны тела, а легкие — с западной. Если мы повернем Квадрат в пространстве, то мы получим его зеркальное изображение. Глаза и рот будут с западной стороны, а легкие — с восточной.
Другие жители Флатландии, встретив такой Квадрат, сразу поймут, что он побывал в третьем измерении.
Квадрат, повернутый в третьем измерении. В результате получилось его зеркальное изображение.
Теперь предположим, что в четырехмерном пространстве поворачивают человека вокруг плоскости, которая пересекает его сверху вниз (заметим, что вращение происходит вокруг плоскости, а не вокруг прямой линии). В результате человек останется самим собой, но зеркально отображенным. То, что было слева, например сердце, теперь будет справа. В самом деле, если трехмерное тело вращается в четвертом измерении, оно меняет ориентацию. Например, раковина улитки, закрученная по часовой стрелке, теперь будет закручена в противоположном направлении. То же самое произойдет с правосторонним объектом, который превратится в левосторонний.
Раковина улитки после ее путешествия через четвертое измерение.
Когда мы смотрим в зеркало, мы видим образ того «человека», который бы вернулся в наш мир после поворота в четвертом измерении. Если мы поднимаем правую руку, наш образ в зеркале поднимает левую.
А существует ли зеркало, которое показывает наше настоящее, а не зеркальное изображение? Да, если мы поместим два зеркала под углом друг к другу, отражение первого отражения и будет истинным представлением нашей внешности. Это изображение будет таким, как если бы мы повернулись вокруг линии пересечения зеркал. Если мы поднимем правую руку, то наше второе отражение в зеркале также поднимет правую руку, что мы не привыкли видеть в зеркалах.
* * *
И СНОВА ЛЕНТА МЁБИУСА
Если бы вселенная, в которой живет Квадрат и другие жители Флатландии, имела форму ленты Мёбиуса, то есть была бы односторонней поверхностью, то Квадрат мог бы встретиться со своим зеркальным отражением, что невозможно в плоской и в любой другой вселенной. Аналогичную ситуацию можно представить и в других измерениях, в том числе и в нашей трехмерной вселенной.
Квадрат и его зеркальное изображение встретились на ленте Мёбиуса .
Чарльз Хинтон и философия четвертого измерения
Математик Чарльз Хинтон был одним из тех, кто много сделал для популяризации четвертого измерения. Он интересовался различными областями: математикой и физикой, философией и религией, а также визуализацией четырехмерного пространства, в частности гиперкуба. Он также публиковал работы и на другие интересные темы.
Чарльз Хинтон родился в Лондоне в 1853 г. Он изучал математику в Оксфорде, который окончил в 1877 г., а степень магистра получил там же в 1886 г. Затем он начал работать учителем естественных наук в школе Аппингем.
С раннего возраста Хинтон интересовался проблемой визуализации. В Оксфорде он получил приличные математические знания, но ему их было недостаточно. В то время он начал работать с кубическим ярдом (91,5 см3), состоящим из 36 х 36 х 36 = 46 656 кубиков, каждый из которых имел соответствующее название на латинском языке, например Collis Nebula. Когда Хинтон хотел визуализировать четырехмерный объект, он мысленно как бы развертывал его и помещал внутри куба.
После этого он мог изучать структуру объекта, анализируя кубики, которые составляли его трехмерную развертку. Хинтон также разработал систему для уменьшения количества деталей, которые нужно было запомнить. Эта на первый взгляд абсурдная идея материализовалась в своего рода конвертер — преобразователь четырехмерных объектов в трехмерные — и стала еще одним шагом к пониманию четвертого измерения. Куб Хинтона являлся неким четырехмерным глазом, который вдохновил его на изобретение знаменитых цветных кубиков.
* * *
ДЖЕЙМС ХИНТОН
Молодой Чарльз Хинтон находился под сильным влиянием группы интеллектуалов с прогрессивными социальными и политическими взглядами. Среди них были врач-сексолог Хэвлок Эллис, основатель математической логики Джордж Буль и его жена, математик Мария Эверест Буль. Однако наиболее радикальным из них был отец Чарльза Джеймс Хинтон, работавший хирургом, прежде чем стать известным писателем и философом. Из-под его пера вышло несколько книг, как по медицине (Джеймс Хинотон считался лучшим хирургом-отоларингологом своего времени), так и по социальной философии.
* * *
Цветные кубики Хинтона представляют собой сложный набор из 12 кубиков с цветными гранями, ребрами и вершинами, которые, согласно Хинтону, дают возможность визуализировать гиперкуб. Каждый цвет имеет латинское название и соответствует 81 части гиперкуба: 16 вершинам, 32 углам, 24 граням, 8 гиперграням и 1 гиперкубу. Кубики Хинтона пользовались большим успехом. О них писали в женских журналах и даже использовали во время спиритических сеансов. Они были почти мистическими символами, потому что, как утверждалось, с их помощью можно было видеть призраков и умерших родственников в четвертом измерении.
Интерес Хинтона к четвертому измерению продолжал расти, и в 1880 г. он опубликовал статью «Что такое четвертое измерение» в журнале Дублинского университета, которая была переиздана в 1883 г. в журнале колледжа Челтенхем. В следующем году появился памфлет «Что такое призраки», опубликованный компанией Swan Sonnenschein & Со., которая выпустила девять памфлетов, очерков и научно-фантастических рассказов о четвертом измерении. Позже они были собраны вместе под названием «Научные романсы». Среди них был рассказ «Плоский мир» (1884) с идеей, аналогичной «Флатландии» Эбботта, хотя Хинтон больше интересовался физическими аспектами двумерного мира, являющегося поверхностью сферы, а не плоскостью.
* * *
БЕЙСБОЛЬНАЯ ПУШКА
Во время своего пребывания в Принстоне Хинтон уделял много времени разработке бейсбольной пушки — машины, подающей мячи, которая используется для тренировки бейсболистов. Машина выстреливала мячи со скоростью от 60 до 112 км/ч. Однако несмотря на то, что она применялась на протяжении многих лет, в конце концов она вышла из употребления, потому что была слишком опасной. Тем не менее и в настоящее время на бейсбольных полях используются приспособления, основанные на изобретении Хинтона.
* * *
Жизнь Хинтона шла благополучно, в некоторой степени он даже достиг социального успеха. Но в 1885 г. все рухнуло: он был арестован за двоеженство. Хинтон потерял работу, карьера его была разрушена, а после приговора, проведя три дня в тюрьме, он переехал со своей семьей в Японию, где работал учителем средней школы в Иокогаме. Оттуда он переслал своим друзьям рукопись «Новая эра мысли», которая была опубликована в 1888 г. Первая часть работы была посвящена вопросу осознания четырехмерности, а также философским и религиозным аспектам, связанным с четвертым измерением. Вторая часть относилась к визуализации гиперкуба, и в ней содержалось описание цветных кубиков и инструкции по их применению.
В 1893 г. Хинтон приехал в Северную Америку. Там он работал в университетах Принстона, штат Миннесота, а затем в Вашингтоне, округ Колумбия, а также в Морской обсерватории США и Патентном ведомстве. Он и в Соединенных Штатах распространял идеи о четвертом измерении и считался в интеллектуальных кругах признанной и уважаемой персоной. Хинтон написал множество статей и прочитал лекции по широкому кругу вопросов, в том числе о поэзии. В 1904 г. он опубликовал книгу «Четвертое измерение», которая включила в себя все его размышления на эту тему, а также новый рассказ о двумерной вселенной «Случай во Флатландии». Умер Хинтон в 1907 г.