Неизбежность все более странного мира

На рубеже 50-х и 60-х годов появилась книга, которая сразу привлекла к себе внимание. Это была книга «Неизбежность странного мира», написал ее известный советский писатель Д. Данин.

О каком же мире в ней говорилось и почему мир этот странен и неизбежен?

Речь шла о той революции в физических представлениях, которую принес с собой XX век, о тех идеях современной физики, которые откровенно противоречили привычным взглядам и потому многим казались нелепыми, даже безумными, но, несмотря на это, отлично подтверждались на опыте.

Повседневная жизнь человека протекает в мире классической физики, и не удивительно, что многие положения современной физики и астрофизики вступают в противоречие с нашими обыденными представлениями. Легко ли, скажем, допустить, что масса тела зависит от его скорости и потому масса какого-нибудь протона или нейтрона, летящего со скоростью, близкой к скорости света, может, в принципе, превзойти массу всей нашей Галактики? Или согласиться с тем, что от столкновения всего двух частиц, согласно взглядам некоторых физиков, могут образоваться сотни миллиардов звезд? Или представить себе микрочастицу, у которой никакими средствами нельзя одновременно точно измерить скорость и положение в пространстве, — микрочастицу, которая являет собой нечто вроде размазанного облака? Непросто представить себе наглядно и чудовищные плотности вещества некоторых космических объектов.

И это далеко не полный перечень странностей мира современной физики и астрофизики. Но самое поразительное, пожалуй, в том, что мир этот существует не где-то в стороне от нас, это не дом через улицу, в который мы можем однажды войти, а можем никогда и не заходить, этот мир — в нас и вокруг нас, мы в нем и живем. Живем, не сталкиваясь с очень многими его удивительными свойствами, не замечая их. Но только до поры до времени.

Если бросить толовую шашку в печь, она будет спокойно гореть и давать тепло. Но тот же тол может взорваться и разнести печь на куски. В этом случае сработают свойства, которыми тол обладает и тогда, когда просто горел, но которые проявляются только при определенных условиях…

Только что мы упоминали о том, что, согласно теории относительности, масса любого тела возрастает с увеличением скорости. Следовательно, когда мы едем в самом обычном автомобиле или летим в самолете, масса нашего тела тоже увеличивается. Но это увеличение столь ничтожно, что не только не играет никакой практической роли, но и современными средствами даже не может быть измерено. Однако этот эффект существует вполне реально, и его, как и некоторые другие эффекты, обнаруженные теорией относительности, приходится учитывать при расчете и конструировании установок ядерной и атомной физики. И поскольку наука никогда не остановится в своем познании мира, мы неизбежно будем встречаться со все более тонкими и необычными эффектами. В. И. Ленин подчеркивал что, открыв много диковинного в природе, человек откроет еще больше…

Начало нашего века ознаменовалось фейерверком выдающихся физических открытий, затронувших основные представления об окружающем мире. С тех пор наши знания о строении материи неизмеримо возросли и углубились. Был обнаружен целый ряд неизвестных ранее явлений, открыты новые закономерности, решены многие сложные проблемы. Но вместе с тем возникли новые вопросы и новые трудности. Не исключено, что они приведут к новому существенному пересмотру самых основных, фундаментальных понятий современной физики — понятий частицы, поля, пространства и времени и т. п.

Могут измениться и наши привычные представления о соотношении макроскопических и микроскопических форм существования материи. Так ли в действительности велик разрыв между микро- и макромиром?

Экспериментаторы открывают все новые и все более тяжелые частицы, так называемые резонансы, с массами, значительно превосходящими массу нуклона. Есть ли предел этих масс? И не могут ли в ультрамалых пространственно-временных областях рождаться макроскопические объекты?

Разумеется, это может произойти лишь при очень высоких энергиях взаимодействий. Такие энергии на ускорителях пока еще не достигнуты. Не могут здесь помочь и наблюдения в традиционной «лаборатории» физиков — космических лучах. Дело в том, что космические частицы, путешествующие в нашей области Вселенной, неизбежно теряют часть своей энергии в результате взаимодействия с фотонами реликтового излучения, и потому энергия этих частиц автоматически «обрезается» на некотором уровне и никогда не может его превзойти.

Во всяком случае, изучение микроявлений уже сегодня приводит к проблемам космического порядка, а решение космологических вопросов все чаще наталкивается на основные проблемы физики элементарных частиц.

Вообще же астрономия, даже в еще большей степени, чем физика элементарных частиц, является сейчас областью самых удивительных открытий, которые требуют или могут потребовать наиболее глубокого и далеко идущего пересмотра наших представлений о природе.

Современные астрономия и физика то и дело преподносят нам самые неожиданные сюрпризы, открывают «диковинные» явления, ведут нас в глубь «все более и более странного мира».

И потому иногда полезно попытаться взглянуть с необычной, парадоксальной точки зрения и на некоторые «обычные» явления.

В ряде случаев это помогает внести большую ясность в ту или иную проблему, глубже разобраться в сущности происходящих процессов.

Одна из возможностей создания подобных парадоксальных ситуаций заключается в том, чтобы поставить вопрос: «Что было бы, если бы?..» Итак, небольшая серия мысленных экспериментов: что было бы, если бы…

 

Перегрузка и невесомость

Любое крупное достижение науки в конечном счете как-то изменяет жизнь каждого из нас. Так было с открытием электричества и электромагнитных волн, с изобретением летательных аппаратов тяжелее воздуха, с созданием полупроводников… Сейчас в жизнь человечества входят ракеты и космические корабли.

Можно не сомневаться, что пройдет еще несколько десятков лет и люди будут пользоваться для межконтинентальных сообщений ракетным транспортом с такими же спокойствием и невозмутимостью, с какими сейчас они поднимаются на борт пассажирского реактивного лайнера. Станут обыденными и космические сообщения между Землей и Луной. Люди будут жить и работать на космических станциях, появятся профессии космических сварщиков, монтажников и др.

Но, пожалуй, впервые, благодаря научно-техническим достижениям в освоении космоса, человек попадет в принципиально новые условия, где по-иному проявляются привычные физические закономерности. Что-либо подобное может произойти разве лишь при освоении морских глубин.

Разумеется, основные законы физики и, в частности, механики одинаковы и на Земле, и под водой, и в космосе. Но проявляются они по-разному в зависимости от условий. А условия эти на Земле и в космосе далеко не одинаковы. На нашей планете они характеризуются двумя главными обстоятельствами. Во-первых, отсутствуют заметные изменения скорости — ускорения в движении точек земной поверхности. А во-вторых, наша планета притягивает к себе все предметы и заставляет их оказывать давление на свои опоры.

Отсутствие ощутимых ускорений связано с особенностями движения Земли в мировом пространстве. Вместе с нашей планетой мы участвуем в двух основных ее движениях: суточном вращении вокруг собственной оси и годовом обращении вокруг Солнца. И хотя мы мчимся вместе с Землей вокруг Солнца со скоростью 30 км/с, а вместе с Солнечной системой вокруг центра Галактики с чудовищной скоростью около 230 км/с, мы этого не ощущаем, так как организм человека совершенно нечувствителен к скорости равномерного движения.

Впрочем, согласно одному из фундаментальных положений механики, вообще никакими внутренними физическими экспериментами и измерениями невозможно обнаружить равномерное и прямолинейное движение.

Ну, а если некоторая система, например, космическая ракета, будет двигаться с ускорением под действием двигателей или испытывая сопротивление среды? При таком движении возникает перегрузка, т. е. увеличение давления на опору. Наоборот, если движение происходит с выключенными двигателями в пустоте, давление на опору исчезает, наступает состояние невесомости.

В условиях Земли давление на опору связано с действием силы тяготения. Но некоторые думают, что сила давления на опору — это и есть та сила, с которой тело притягивается Землей. Если бы дело обстояло так, то, например, в космическом корабле, движущемся к Луне, невесомости не было бы, так как в любой точке орбиты на корабль действовала бы сила земного притяжения. Да и вообще в космосе вряд ли возможно найти такое место, где равнодействующая сил тяготения была бы равна нулю.

Заметим, что давление на опору может быть вызвано не только действием силы тяготения, но и другими причинами, например, ускорением. Для неподвижного тела, покоящегося на земной поверхности, сила притяжения в самом деле совпадает с силой давления на опору. Но это только частный случай. На Земле человек с некоторой силой давит на ее поверхность. В свою очередь, согласно третьему закону механики, и поверхность Земли давит на человека снизу вверх с точно такой же силой. Эта сила «противодействия» называется реакцией опоры. Силы действия и противодействия всегда приложены к разным телам. В частности, в рассматриваемом случае сила давления на опору приложена к опоре, а реакция опоры к самому телу.

Рис. 17. Давление на опору и реакция опоры.

Между тем, сила притяжения приложена не к опоре, а к телу. Таким образом, сила давления на опору и сила притяжения — это совершенно разные силы.

Если космическая ракета движется с ускорением, давление опоры на тело возрастает во столько же раз, во сколько реактивное ускорение ракеты превосходит ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2. Другими словами, на ускоренном участке движения возрастает реакция опоры. Но при этом, в соответствии с третьим законом механики, во столько же раз увеличивается и давление на опору.

Отношение фактического давления на опору к его давлению на опору в условиях Земли получило название перегрузки. Для человека, находящегося на земной поверхности, перегрузка равна, таким образом, единице. К действию этой постоянной перегрузки человеческий организм приспособился, и мы ее просто не замечаем.

Физическая сущность явления перегрузки заключается в том, что не все точки тела получают ускорение одновременно. Действующая на тело сила, например, сила тяги ракетного двигателя, приложена в этом случае к сравнительно небольшой части его поверхности. Остальные же материальные точки тела получают ускорение с некоторым запозданием через деформацию. Другими словами, тело как бы сплющивается, прижимается к опоре.

Многочисленные экспериментальные исследования, которые были начаты еще К. Э. Циолковским, показали, что физиологическое воздействие перегрузки существенно зависит не только от ее продолжительности, но и от положения тела. При вертикальном положении человека значительная часть крови смещается в нижнюю половину тела, что приводит к нарушению кровоснабжения головного мозга. Внутренние органы в результате увеличения своего веса также смещаются вниз, вызывая сильное натяжение связок.

Рис. 18. Физическая сущность перегрузки.

Чтобы избежать опасных для организма перегрузок на участках ускоренного движения, необходимо располагаться таким образом, чтобы действие перегрузки было направлено от спины к груди. Подобное положение позволяет переносить примерно втрое большие перегрузки.

Кстати сказать, именно по этой причине отдыхать лежа — лучше, чем стоя…

Если с действием перегрузки жителям Земли хотя и не часто, но все же приходится встречаться, то с невесомостью они практически не знакомы..

Это удивительное состояние наступает после выключения двигателей ракеты, когда и давление на опору и реакция опоры полностью исчезают. Исчезают и привычные для человека направления верха и низа, а незакрепленные предметы свободно плавают в воздухе.

Относительно невесомости существует целый ряд неправильных представлений. Некоторые думают, что это состояние возникает тогда, когда космический корабль оказывается в безвоздушном пространстве, «вне сферы земного притяжения». Другие полагают, что невесомость в спутнике Земли получается благодаря действию на него «центробежных сил».

Все это, однако, совершенно неверно.

При каких же условиях возникает невесомость и давление на опору обращается в нуль? Это явление связано с тем, что при свободном движении в космическом пространстве и сама ракета, и все находящиеся в ней предметы под действием сил тяготения движутся с одинаковым ускорением. Опора все время как бы уходит из-под тела, и тело не успевает давить на нее.

Рис. 19. Физическая сущность невесомости.

Однако и движение на активных участках под действием ракетного двигателя, и движение под действием сил тяготения являются движениями ускоренными. Оба они совершаются под действием сил. Почему же в одном случае возникает перегрузка, а в другом — невесомость?

Парадокс этот кажущийся. Выше уже отмечалось, что при возникновении перегрузок ускорения сообщаются различным точкам тела через деформацию. Другое дело, когда ракета движется в поле тяготения. В пределах размеров ракеты поле тяготения практически однородно, а это значит, что на все частицы ракеты одновременно действуют равные силы. Ведь силы тяготения принадлежат к числу так называемых массовых сил, т. е. сил, которые приложены одновременно ко всем точкам рассматриваемой системы.

Благодаря этому все точки ракеты одновременно получают одинаковые ускорения и всякое взаимодействие между ними исчезает. Исчезает реакция опоры, исчезает давление на опору. Наступает состояние полной невесомости.

Не совсем обычно должны протекать в условиях невесомости и некоторые физические процессы. Еще А. Эйнштейн задолго до космических полетов поставил любопытный вопрос: будет ли гореть свеча в кабине космического корабля?

Великий ученый ответил отрицательно — он считал, что из-за невесомости раскаленные газы не будут уходить из зоны пламени. Тем самым доступ кислорода к фитилю окажется прегражденным, и пламя погаснет.

Однако дотошные современные экспериментаторы решили все же проверить утверждение Эйнштейна на опыте. В одной из лабораторий был поставлен следующий довольно элементарный эксперимент. Горящую свечу, помещенную в закрытую стеклянную банку, сбрасывали с высоты около 70 м. Падающий предмет находился в состоянии невесомости (если не учитывать сопротивления воздуха). Однако свеча вовсе не гасла, лишь менялась форма языка пламени — он становился более шарообразным, а испускаемый им свет становился менее ярким.

Видимо, все дело в диффузии, благодаря которой кислород из окружающего пространства все же попадает в зону пламени. Ведь процесс диффузии не зависит от действия сил тяготения.

И все-таки условия горения в невесомости иные, чем на Земле. Это обстоятельство пришлось учитывать советским конструкторам, которые создавали уникальный сварочный аппарат для проведения сварки в условиях невесомости.

Как известно, этот аппарат был испытан в 1969 г. на советском космическом корабле «Союз-8» и работал успешно.

 

Можно ли ликвидировать ночь?

Как известно, смена дня и ночи — прямое следствие суточного вращения Земли. Поворачиваясь вокруг своей оси, наша планета в каждый момент подставляет лучам Солнца только половину своей поверхности…

Благодаря этому часть времени люди вынуждены проводить в темноте, затрачивать колоссальные энергетические ресурсы на ночное освещение помещений и улиц.

Нельзя ли вообще избавиться от ночи?

В последние годы на этот счет был выдвинут целый ряд оригинальных проектов. Большинство из них пока еще граничит с фантастикой, но в принципе через какое-то время они могут быть осуществлены. Что же представляют собой эти проекты?

Один из них состоит в том, чтобы установить на искусственном спутнике Земли «водородное Солнце», т. е. управляемый термоядерный реактор, в котором происходила бы регулируемая реакция синтеза, т. е. объединения ядер атомов водорода, подобная той, какая происходит в недрах настоящего Солнца. Так как при подобной реакции развивается температура в миллионы градусов, то термоядерный реактор действительно мог бы служить искусственным источником света и тепла. При этом орбиту спутника можно было бы выбрать с таким расчетом, чтобы искусственное Солнце появлялось главным образом над ночными участками земной поверхности или наиболее продолжительное время двигалось над полярными районами. Тогда можно было бы ликвидировать долгую и утомительную полярную ночь и одновременно «утеплить» Арктику и Антарктику.

Технически подобный проект пока еще, разумеется, не осуществим: еще не решена проблема управляемой термоядерной реакции. Но и после того, как она будет решена, видимо, пройдет немало времени, прежде чем ученые и инженеры научатся создавать искусственные «водородные солнца», которые можно было бы устанавливать на спутниках Земли.

Существует и еще один остроумный проект, в основе которого лежит использование искусственных спутников Земли. Но этими спутниками должны стать не космические аппараты, «начиненные» уникальной аппаратурой, а… множество пылинок, доставленных в околоземное пространство специальными ракетами. В результате такой операции вокруг нашей планеты должно образоваться огромное пылевое кольцо, несколько напоминающее знаменитое кольцо Сатурна.

«Перехватывая» те солнечные лучи, которые сейчас проходят мимо Земли и теряются в космическом пространстве, и рассеивая их во все стороны, пылевые частицы будут направлять часть солнечного света и тепла на Землю. Благодаря этому ночь исчезнет, а климат нашей планеты станет значительно теплее.

Уже сейчас можно было бы подсчитать, сколько пылевых частиц необходимо для создания желаемого эффекта и каковы должны быть размеры, положение и плотность пылевого кольца. Но это, так сказать, «технические детали».

Вероятно, существуют и другие возможности частичной или полной ликвидации ночи. Со временем, должно быть, появятся и такие проекты, которые можно будет реализовать сравнительно несложными средствами.

Но вопрос в том, осуществимы ли подобные проекты в принципе? Речь идет о трудностях уже не технического, а, так сказать, «природного» характера.

Ликвидация ночи — это кардинальное изменение обычного теплового и светового режима, изменение климата нашей планеты, в частности, значительное увеличение количества солнечной энергии, приходящей на Землю. Между тем устойчивые природные образования, подобные нашей планете, представляют собой сложные саморегулирующиеся системы, в которых естественным образом поддерживается устойчивое динамическое равновесие. Искусственное вмешательство может вызвать нежелательные явления катастрофического характера: поднятие уровня морей и океанов, нарушение круговорота воды и атмосферной циркуляции, невыгодные для человечества изменения климата.

Кроме того, нельзя не учитывать, что подавляющее большинство живых организмов Земли на протяжении многих миллионов лет приспособилось к существующему ритму смены дня и ночи. Неожиданное резкое нарушение этого ритма может вызвать ряд совершенно нежелательных и даже катастрофических явлений и в мире животных и растений.

Это не значит, что люди никогда не поведут наступления на ночь и зимние холода, но этому наступлению должна предшествовать тщательная и всесторонняя научная подготовка.

 

Люди без звезд

Знаменитый древнеримский философ Сенека говорил, что если бы на Земле было лишь одно-единственное место, откуда можно было бы наблюдать звезды, то к этому месту со всех сторон непрерывным потоком стекались бы люди…

Сенека тем самым хотел подчеркнуть необыкновенную красоту, величие и неповторимость картины звездного неба. Ночная жемчужная мерцающая россыпь на фоне бездонной черноты космоса — зрелище и в самом деле впечатляющее. Но только ли зрелище, имеют ли систематические наблюдения звездного неба сколько-нибудь важное практическое значение для человечества или люди совершенно спокойно могли бы обойтись и без них?

Чтобы ответить на этот вопрос, представим себе на минуту, что земное небо сплошь затянуто совершенно непрозрачной пеленой облачности, абсолютно исключающей возможность наблюдения звезд.

На первый взгляд подобное предположение может показаться слишком надуманным: ведь звезды-то мы видим… Однако оно поможет нам лучше оценить значение астрономии для развития человечества.

Кроме того, ситуация, о которой идет речь, не так уж и фантастична. Ведь космические тела, небо которых закрыто облаками, действительно существуют. Одно из них — наша космическая соседка планета Венера. Со временем, вероятно, людям придется жить и работать на подобных небесных телах. Вполне возможно, что во Вселенной существует и немало разумных цивилизаций, обитающих на облачных планетах…

Итак, Земля без звезд…

Человек радуется Солнцу… Людям свойственно расцветать в улыбке при виде сияющего голубого неба, играющих на воде солнечных бликов, сверкающей в солнечных лучах весенней листвы.

И вот, ничего этого нет. Нет голубого неба. Нет солнечных бликов. Нет ни звезд, ни Луны. Неизменно пасмурное небо. Вечный сумрак тусклых унылых дней. Однообразные дожди, которым не видно конца…

На Земле есть районы, где очень мало солнечных дней. И говорят, что жители этих мест почти никогда не улыбаются. А что было бы с людьми, если бы они вообще не знали Солнца?

Человек — дитя окружающей среды… На протяжении многих тысячелетий его организм формировался под воздействием именно той обстановки, тех физических условий, которые реально существуют на Земле. Эти условия определили особенности строения тела человека, чувствительность его зрения к определенным световым лучам, строение слухового аппарата и т. п. Но несомненно и то, что они наложили определенный отпечаток и на психику людей.

Здесь мы, конечно, вступаем в довольно шаткую область догадок и предположений. Однако думается, что если бы долгие века люди из поколения в поколение видели над своими головами однообразное серое небо, а один сумрачный день как две капли воды походил на другой, то, очень возможно, духовный потенциал человечества, если можно так выразиться, был бы иным, люди оказались бы менее жизнеспособными, менее оптимистичными. Но, повторяю, это только более или менее вероятное предположение.

А вот что не подлежит никакому сомнению: представления об окружающем мире на первых порах развития человечества были бы еще более туманными и мистическими, чем в реальной истории земной цивилизации.

Вспомним, например, каким образом люди узнали о том, что они живут на шаре.

Наиболее убедительное доказательство было получено в результате наблюдения лунных затмений. Ведь при этом небесном явлении мы видим на Луне, словно на гигантском экране, контур земной тени. Было замечено, что этот контур всегда, при всех затмениях, представляет собой окружность. Но только шар может в любых положениях отбрасывать «круглую» тень.

Правда, есть еще одно доказательство: постепенное исчезновение удаляющихся предметов за выпуклостью Земли. Но на суше подобное явление не очень-то убедительно: его всегда можно объяснить неровностями рельефа. Остаются наблюдения на море. Вечно облачное небо не могло бы помешать людям обратить внимание на исчезновение кораблей за горизонтом. Но для того, чтобы от этого факта перейти к выводу о шарообразности Земли, надо было сопоставить между собой результаты подобных же наблюдений, сделанных в различных точках планеты, — надо было убедиться в том, что Земля «выпукла везде».

А для этого необходимо общение между материками, морские путешествия. Но они при отсутствии звезд были бы весьма затруднены. Как пускаться в океан или в открытое море, не имея возможности определить свое местоположение, проверить правильность курса? Ведь земные мореплаватели с давних пор прибегали для этой цели к помощи звезд.

Правда, в какой-то степени можно было бы ориентироваться по расположению утренних и вечерних зорь. Как известно, даже в пасмурную погоду восточный сектор неба утром светлеет раньше, а западный сектор вечером темнеет позже, чем остальной небосвод. Ряд наблюдений позволил бы в этом разобраться.

Живя на облачной Земле, люди не знали бы, что есть явления, связанные с восходом и заходом Солнца, но, наблюдая утренние и вечерние зори из поколения в поколение, человек в конце концов заметил бы, что они подчиняются определенным закономерностям. Можно предположить, что рано или поздно были бы составлены специальные таблицы, учитывающие смещение заревых секторов с изменением времени года и даже с перемещением наблюдателя по поверхности Земли. Но, к сожалению, ориентировка по наблюдениям зари на облачном небе слишком неточна, ибо в результате рассеяния солнечного света облаками чрезвычайно трудно определить на глаз точку восхода или захода (в особенности при достаточно плотной и многоярусной облачности).

Впрочем, хорошо известно, что «спрос рождает предложение». И можно думать, что должны были бы появиться специальные чувствительные приборы для измерения яркости неба и определения наиболее яркого участка зари. При наличии таких приборов точность ориентировки значительно бы возросла.

Возможно, и магнитный компас был бы изобретен значительно раньше, чем это фактически произошло.

Разумным существам, обитающим на облачной планете, пришлось бы решать и довольно сложные задачи, связанные с отсчетом времени.

На заре человечества, когда еще не были изобретены часы, люди определяли время по Солнцу, а ночью — по звездам. Астрономические наблюдения лежали в основе составления календарей.

На облачной Земле подобные наблюдения были бы невозможны. Но все же найти выход из этого затруднения было бы, пожалуй, намного легче, чем, скажем, решить задачу ориентировки. С помощью приборов, о которых говорилось, люди смогли бы определить время дня, наблюдая за перемещением наиболее яркой области по небосводу. Таким же способом они могли бы составить и календарь.

В этом календаре началом зимы, вероятно, считался бы самый короткий, а началом лета — самый длинный день в году.

Можно также предположить, что трудности отсчета времени послужили бы хорошим стимулом для более раннего изобретения приборов типа часов, чем это произошло в фактической истории человечества.

Существует понятие, как бы объединяющее в себе основные результаты, добытые различными науками, — «мировоззрение». Мировоззрение — это не физика, не химия, не астрономия, не биология, не математика, это нечто гораздо более общее и широкое. Но, с другой стороны, трудно представить, как могло бы складываться мировоззрение без, скажем, астрономических знаний. А ведь именно в таком положении оказались бы жители облачной Земли.

Разумеется, история развития естествознания свидетельствует о том, что одного лишь созерцания звездного неба, движения Солнца, Луны и планет также еще недостаточно, чтобы составить правильные представления о мире. На первых порах видимое движение небесных тел принималось за действительное, иллюзия — за реальность. Так родилась идея «центральной Земли», занимающей господствующее место в мироздании, и движущихся вокруг нее небесных светил — система Аристотеля — Птолемея.

Но, так или иначе, цивилизация, обитающая на облачной планете, на определенном этапе своего развития неизбежно должна столкнуться с проблемой мироздания.

Достигнув определенного уровня развития, цивилизация нуждается уже не просто в разрозненных сведениях об окружающем мире, а в «системе знаний». Система же знаний не может быть полной, если она не включает в себя представлений о строении мира, о месте Земли во Вселенной.

Разумеется, для обитателей облачного мира существование неких внешних факторов, расположенных за облачной завесой, не было бы секретом. Ведь именно оттуда поступали бы на Землю живительные свет и тепло. Вероятно, на первых порах жители облачной планеты точно так же обожествляли бы «свет», как наши предки когда-то обожествляли Солнце.

Но построение сколько-нибудь научной картины мира было бы сильно затруднено. Ведь мысль человека, даже при создании самых абстрактных гипотез, всегда отталкивается от наблюдаемого, от реальности. Между тем облачная Земля представляла бы гораздо меньше пищи для размышлений, чем картина ночного звездного неба.

Коперник пришел к выводу о движении Земли вокруг Солнца, анализируя петлеобразные перемещения планет на фоне звезд. Дж. Бруно и М. В. Ломоносов развивали идею множественности обитаемых миров, проводя параллель между далекими светилами — звездами и нашим светилом — Солнцем.

Ничего подобного ученые облачной планеты сделать бы не могли. Вероятно, они все же пытались бы строить всевозможные гипотезы относительно картины мира, но их предположения, скорее всего, были бы гораздо дальше от истины, чем смутные догадки наших далеких предков.

Несомненно, отрицательное влияние оказала бы невозможность наблюдения Вселенной и на развитие наук вообще, на познание основных законов природы.

Так, например, Галилей открыл свой знаменитый «принцип инерции» в значительной степени благодаря астрономическим наблюдениям. Ибо земной повседневный опыт отнюдь не указывает на то, что тело, на которое не действуют никакие силы, может двигаться равномерно и прямолинейно. Более того, подобное предположение противоречит «земному здравому смыслу» — недаром оно было принято в штыки современниками Галилея. А ведь принцип инерции является фундаментом всей механики.

Из астрономических наблюдений родился и такой фундаментальный закон природы, как закон всемирного тяготения. Конечно, «яблоки» падали бы и на облачной планете, но не следует забывать, что гениальной догадке Ньютона предшествовал тщательный анализ движения Луны вокруг Земли.

Во всяком случае, обнаружить всеобщность тяготения при затянутом облачной пеленой небе было бы чрезвычайно затруднительно. Ведь сила взаимного притяжения между различными земными предметами настолько мала, что ее можно измерить лишь в специальных весьма тонких экспериментах.

Данные астрономии легли и в основу такой революционной теории, какой явилась теория относительности. Как известно, одним из главных положений этой теории служит утверждение о конечной скорости распространения световых лучей. Но чисто земной опыт подсказывает нам совсем иное; любое событие происходит именно в тот момент, когда мы его видим. И нетрудно понять, почему это так: земные масштабы ничтожны по сравнению с тем расстоянием, которое пробегает свет за одну секунду. Только наблюдения явлений, происходящих в космических масштабах, могли разрушить подобную иллюзию.

Космос принес нам и множество других замечательных открытий. Здесь были обнаружены неизвестные ранее на Земле состояния вещества и новые источники энергии (в частности, атомная энергия).

Если внимательно проследить за развитием многих наук — не только физики, но и химии, и математики, и даже биологии, — то мы обнаружим, что во многих случаях их достижения если не прямо, то косвенно были связаны с изучением Вселенной.

Недаром А. Эйнштейн говорил, что интеллектуальные орудия, без которых было бы невозможно развитие современной техники, пришли в основном от наблюдения звезд. В этом смысле ученые облачной планеты находились бы в гораздо худшем положении. Мало того, что невидимая с Земли Вселенная не питала бы их плодотворными идеями. В своих попытках понять то, что происходит за облачной завесой, им пришлось бы ежедневно и ежечасно вести гораздо более острую борьбу со «здравым смыслом», чем нашим предкам.

Вообще цивилизация, обитающая на облачной планете, во многом напоминала бы человека, слепого от рождения. В фактической истории изучения Вселенной долгое время главную роль играло исследование светового излучения небесных тел. Недаром свет называли «вестником далеких миров». Но для людей облачного мира такого вестника практически не существовало бы…

В то же время известно, что люди даже не только слепые, но одновременно и глухие от рождения не только не теряют способности воспринимать окружающий мир, но даже могут с успехом заниматься творческой деятельностью. Хотя звуковой и световой каналы информации для них полностью закрыты, она все же поступает через другие каналы.

То же самое происходило бы и для человечества в целом. Не имея возможности добывать важную информацию, содержащуюся в космическом свете, ученые рано или поздно занялись бы исследованием других вестников Вселенной и в первую очередь их радиоизлучением.

Разумеется, воспользоваться космическим радиоканалом люди смогли бы, лишь достигнув определенного уровня в развитии науки и техники. Нужно было бы не только вообще открыть радиоволны, но и построить необычайно чувствительные приемники радиоизлучения.

Чрезвычайно существенным этапом в развитии «облачной цивилизации» явился бы «выход» за облачную пелену. Можно ожидать, что на решение этой задачи были бы направлены значительные усилия.

Начиная с этого момента, развитие цивилизации обитателей облачной планеты, вероятно, мало чем отличалось бы от развития земной цивилизации эпохи авиации и космонавтики.

Таким образом, несмотря на невозможность наблюдать звезды, человечество рано или поздно все равно преодолело бы все связанные с этим трудности. Тем более современное человечество справится с теми астрономическими затруднениями, которые возникнут при освоении облачных планет.

 

Если бы не было Луны

Представим себе на минуту, что у Земли не было бы ее естественного спутника. Что бы изменилось? Прежде всего, это, разумеется, отразилось бы на красоте наших земных пейзажей: исчезли бы прозрачные лунные вечера, серебристые дорожки на воде… Но это лишь чисто внешняя сторона. Не стало бы лунных приливов и отливов, а следовательно, изменились бы условия мореплавания. Правда, сохранились бы солнечные приливы, но они из-за огромного расстояния до Солнца намного слабее лунных.

С другой стороны, отсутствие лунных ночей значительно облегчило бы многие астрономические наблюдения. Можно предположить, что в этих условиях ученые, в частности, открывали бы больше комет и малых планет Солнечной системы.

Очень возможно, что исчезновение Луны оказало бы определенное влияние и на ход некоторых геофизических процессов.

Но есть еще одна сторона дела, может быть, не столь очевидная. Стоит напомнить, что шарообразность Земли была доказана формой земной тени на Луне во время лунных затмений.

Что при телескопических наблюдениях Луны Галилей обнаружил на ее поверхности горы и тем самым пробил первую реальную брешь в извечных представлениях о непроходимой границе между земным и небесным.

Что Ньютон в результате изучения движения Луны вокруг Земли окончательно сформулировал закон всемирного тяготения.

Что наблюдение движения Луны вокруг Земли послужило одним из первых толчков, которые привели к идее создания искусственных спутников нашей планеты…

Стоит также отметить, что с исчезновением Луны прекратились бы солнечные затмения.

Однако роль Луны отнюдь не ограничивается ее влиянием на развитие научной теории. В последнее время Луна, как ближайшее к нам небесное тело, все чаще становится своеобразным полигоном, с помощью которого отрабатываются и выверяются многие сложные операции, связанные с изучением и освоением космоса.

Так, Луна была первым космическим «радиозеркалом», с помощью которого отрабатывались методы астрономической радиолокации. Опыты с отражением радиоволн от лунной поверхности помогли разработать аппаратуру, способную лоцировать Солнце и многие планеты Солнечной системы.

Очень важную роль играет Луна и в развитии космических полетов. Речь идет не только о возможности создания в будущем на лунной поверхности космической станции, но и о том, что в районе Луны отрабатываются многие операции движения космических аппаратов, которые имеют весьма существенное значение при полетах к другим планетам.

Таким образом, наше ночное светило отнюдь не только «декоративное украшение» на земном небосводе. Его отсутствие могло бы в известной степени затруднить развитие науки и освоение человеком космического пространства.

В отсутствие Луны значительно ослабится явление, получившее название прецессии. Как известно, наша Земля благодаря суточному вращению имеет несколько сплюснутую форму — ее полярный радиус приблизительно на 21 км короче экваториального. Таким образом, вследствие вращения вещество Земли перераспределено — некоторая его часть как бы смещена от полюсов к экватору, образуя своеобразный экваториальный выступ. Действие лунного притяжения на этот выступ (а также притяжения Солнца и планет) приводит к тому, что ось вращения нашей планеты приблизительно за 26 тысяч лет описывает в пространстве конус, прецессирует. Угол при вершине конуса составляет около 47 градусов. Поэтому нынешняя Полярная звезда не всегда была полярной и не всегда ею останется. Например, через 13 тысячелетий путь на север нашим потомкам будет указывать яркая звезда Вега из созвездия Лиры.

Хотя масса Луны и невелика в сравнении с массами планет и Солнца, не следует забывать, что Луна расположена ближе всего от Земли. А ведь сила тяготения очень быстро ослабевает с расстоянием — пропорционально его квадрату. Если бы Луны не было, прецессия хотя и сохранилась бы, но угол при вершине конуса, который описывает земная ось, стал бы намного меньше.

Вызывая прецессию, Луна, благодаря некоторым особенностям своего движения, вносит в нее и некоторые периодические отклонения, получившие название нутации и обладающие 19-летним периодом. С исчезновением Луны полностью исчезла бы и нутация.

 

Если бы это было возможно

Скажем сразу — речь идет о возможности путешествия в прошлое, т. е. перемещения вспять по шкале времени против его нормального хода и последующего возвращения в современность.

Сначала мы не будем обсуждать чисто физическую сторону вопроса, а попробуем представить себе, что было бы, если бы путешествия в прошлое действительно оказались возможными: к чему бы это привело.

У известного современного американского писателя Рэя Бредбери есть небольшой, но весьма поучительный фантастический рассказ. Бюро путешествий устраивает для своих клиентов — любителей охоты необычный туристский вояж: с помощью машины времени оно отправляет их в отдаленное прошлое. Потрясающая возможность подстрелить живого динозавра!.. Однако «туристы во времени» обязаны строжайшим образом придерживаться одного обязательного условия. Им разрешается убить только вполне определенного ящера, заранее точно указанного сотрудниками бюро. Путешественники не должны вмешиваться в какие бы то ни было события древнего мира, что-либо изменять в нем.

Но как-то один из туристов нарушил запрет. Сойдя со специально настеленной дорожки, по которой должны были передвигаться путешественники, он неосторожно наступил ногой на какую-то бабочку и раздавил ее. Разумеется, никто из охотников не придал этому ничтожному происшествию никакого значения. Но когда туристы возвратились в наше время, они с изумлением увидели, что многое в окружающем их мире переменилось.

Как известно, все происходящие в природе явления представляют собой непрерывные цепи причин и следствий. Возвращаясь в прошлое и вмешиваясь в течение каких-либо событий, изменяя их, мы неизбежно вызывали бы определенные изменения и во всей последующей причинной цепи явлений. Вот почему сотрудники бюро путешествий в рассказе Бредбери точно указывали охотникам для отстрела определенного динозавра. Они выбирали ящера, который через несколько минут все равно должен был погибнуть. Таким образом, причинная цепь событий не претерпевала никаких изменений.

Разумеется, можно спорить о том, в какой мере раздавленная одним из действующих лиц рассказа Бредбери бабочка могла повлиять на будущее человечества. Но если бы путешествия в прошлое с помощью аппаратов типа «машины времени» действительно были осуществимы, то возможные произвольные действия «туристов по древним эпохам», в принципе, могли бы вызывать весьма серьезные нарушения тех или иных причинно-следственных рядов.

Скажем, в каком-нибудь XI столетии путешественники по времени в стычке с аборигенами убили молодого человека. А у него при «нормальном» ходе событий были бы дети… Однако после вмешательства пришельцев из будущего эти дети уже на свет не появятся. Следовательно, не появятся и все их потомки.

Но тогда из современности должны будут исчезнуть десятки, а то и сотни людей, для которых убитый являлся прямым предком… Они просто исчезнут, так сказать, бесследно растворятся во времени, так как из цепи причин и следствий, которые привели к их появлению на свет, окажется изъятым одно звено…

Точно так же могли бы исчезать не только люди, но и произведения искусства, здания и даже целые города.

Да, не очень-то веселая жизнь настала бы для человечества, если бы появились машины времени и безответственные искатели приключений пустились бы на них вскачь по разным эпохам. Мы жили бы в состоянии постоянного страха, что кто-нибудь или что-нибудь может исчезнуть. С другой стороны, путешественники по времени не только разрушали бы отдельные причинно-следственные ряды, но и создавали бы новые, и от этого в нашей действительности могли бы вдруг возникать совершенно неожиданные «объекты»…

У известного американского ученого и писателя-фантаста Айзека Азимова есть интереснейший роман «Конец вечности», также посвященный обсуждению возможных последствий перемещений по времени. В нем описывается деятельность своеобразной «межвременной» организации, которая, владея методами путешествий по времени, занималась «исправлением» и «улучшением» реальной действительности.

Обнаружив какие-либо отрицательные события, происходившие в реальной истории человечества, специалисты тщательно изучали их первопричины и корректировали их таким образом, что нежелательные последствия этих причин не наступали. Соответствующим образом изменялась и память человечества, из которой всякие воспоминания о прежних вариантах событий полностью исчезали.

И хотя все эти действия, казалось, были направлены на то, чтобы улучшить жизнь людей, они, как, впрочем, и следовало ожидать, завершились полнейшим крахом, потому что нельзя заставить человечество жить по какому-то разработанному «сценарию», тем более путем элементарного вмешательства в причинно-следственные ряды. История есть история, и, хотя те или иные случайные обстоятельства играют в ней известную роль, все же ее ход в основном определяется объективными законами, прокладывающими дорогу через любые случайности. Для того чтобы влиять на события глобального масштаба, надо было бы не только перекроить всю историю человечества от начала до конца, но и изменить законы общественного развития.

Но это уже философская сторона вопроса. Вернемся к физике. Как относится эта наука к возможности путешествий в прошлое? Она их просто-напросто запрещает, точно так же как запрещает создание вечного двигателя.

Любое событие, происходящее в физической системе, утверждает современная теоретическая физика, может оказывать влияние на эволюцию этой системы лишь в будущем и не может оказывать влияния на поведение системы в прошлом.

Таков физический вариант всеобщего принципа причинности, требующего, чтобы у каждого явления была естественная причина.

С другой стороны, можно себе представить, хотя это и нелегко, что где-либо во Вселенной есть области, в которых время течет в обратном направлении по сравнению с нашим временем. И этим можно было бы воспользоваться для путешествия в прошлое, по крайней мере в недавнее (а если темп течения времени в таких областях более быстрый, то и в далекое). Но для этого надо было бы дважды совершить переход — из нашей области в «ту» и обратно.

И хотя этот вопрос еще совершенно не исследован, можно заранее сказать, что и на такие переходы законы физики, по всей вероятности, налагают столь же жесткий запрет, как и на прямые путешествия в прошлое.

 

Быстрее света?

Распространено мнение, что теория относительности не допускает сверхсветовых скоростей. Так ли это? Могут ли вообще с точки зрения современной теории существовать в природе скорости, превосходящие скорость света? Вот как отвечает на этот интересный вопрос А. Л. Зельманов.

Действительно, с точки зрения теории относительности существует некоторая фундаментальная скорость с , которая является наибольшей возможной скоростью распространения каких-либо силовых взаимодействий. В чем же ее физический смысл?

Дело в том, что величина скорости, с которой один и тот же объект движется по отношению к различным системам отсчета, вообще говоря, не одинакова. По отношению к одной системе объект может покоиться, по отношению к другой — двигаться с небольшой скоростью, по отношению к третьей — с большой. В механике Ньютона есть такая скорость, величина которой одинакова по отношению ко всем системам отсчета, — но это бесконечно большая скорость. Такая скорость лишь предел. Любой реальный объект может перемещаться только с конечной скоростью. Однако в механике Ньютона скорость движения тел в принципе может быть как угодно велика.

В теории относительности тоже есть случай, когда величина скорости не зависит от выбора системы отсчета. Это бывает тогда, когда тело движется со скоростью, равной по величине фундаментальной.

Таким образом, фундаментальная скорость теории относительности — аналог бесконечно большой скорости механики Ньютона.

С точки зрения теории относительности любые перемещения масс и энергии, любая передача силовых взаимодействий могут происходить только со скоростями, не превосходящими фундаментальную.

Существуют объекты, обладающие массой покоя, не равной нулю, — они движутся только со скоростями меньше фундаментальной, и объекты, у которых масса покоя равна нулю (фотоны и нейтрино), — они могут двигаться только с фундаментальной скоростью.

И все же, как это ни покажется странным и парадоксальным, могут существовать скорости, превосходящие фундаментальную. Одним из примеров такой скорости может служить скорость перемещения светового зайчика по стене. Его можно заставить двигаться с любой сколь угодно большой скоростью. Но это всего лишь скорость перемещения освещенного места на поверхности стены — никакого движения вещества или передачи взаимодействия с такой скоростью при этом не происходит.

Теперь попытаемся уточнить, что такое вообще скорость движения какого-либо объекта. Это — всегда скорость движения по отношению к определенной системе отсчета. Более того, по отношению к той точке этой системы, через которую объект в данный момент проходит. Говорить о скорости движения объекта по отношению к какой-либо другой точке, которая находится на некотором расстоянии, или по отношению к другому объекту, существовавшему в иную эпоху, строго говоря, не имеет смысла.

Что же в таком случае представляет собой скорость движения какой-либо галактики по отношению к земному наблюдателю? Очевидно, такое понятие тем более лишено смысла, так как мы разобщены и в пространстве и во времени.

О какой же скорости в таком случае все же можно говорить? Только о скорости движения галактики по отношению к какой-либо определенной системе отсчета, охватывающей и ту область и ту эпоху, в которой существуем мы, и ту область и ту эпоху, в которой находилась галактика в момент выхода светового луча. Но подобную систему отсчета можно построить различными способами. Среди возможных вариантов выберем такую систему, по отношению к которой наша собственная скорость равна нулю. Тогда скорость остальных галактик будет, очевидно, зависеть от того, деформируется ли наша система отсчета с течением времени, и если деформируется, то как именно. Естественно было бы выбрать «жесткую», недеформирующуюся систему отсчета. Но это невозможно, так как в результате взаимного удаления галактик изменяется плотность распределения масс, а вследствие этого — и геометрия пространства.

Попробуем в таком случае выбрать систему отсчета, которая не деформируется хотя бы в радиальных направлениях от той точки, в которой мы сами находимся. В однородной изотропной Вселенной это возможно. По отношению к такой системе отсчета скорости движения галактик отличны от нуля и по величине всегда меньше фундаментальной. И эти скорости, очевидно, являются вместе с тем скоростями изменения расстояний между удаляющимися галактиками и точкой, в которой находимся мы.

Но в теории удобнее пользоваться деформирующейся системой отсчета, сопутствующей расширяющейся системе галактик, т. е. такой системой отсчета, в которой скорости всех галактик равны нулю (если пренебречь сравнительно небольшими скоростями беспорядочных движений). В сопутствующей системе отсчета расстояния между галактиками меняются не вследствие их перемещений относительно этой системы, а благодаря деформации (расширению) самой системы отсчета.

Эти скорости изменения расстояний между галактиками могут оказаться, подобно скорости перемещения зайчика по стене, и больше фундаментальной.

Но они отнюдь не являются скоростями движения каких-либо материальных объектов.

Однако при этом как будто бы возникает совершенно парадоксальная ситуация. Получается, что в первой системе отсчета скорости изменения расстояний между галактиками всегда меньше фундаментальной, а во второй системе такие же скорости могут быть и больше фундаментальной.

Но это противоречие кажущееся. Дело в том, что и расстояние между двумя любыми объектами, и скорость его изменения — это величины, зависящие от системы отсчета.

 

Если бы четыре?

Общеизвестно, что мир, в котором мы живем, трехмерен. Окружающее нас пространство обладает тремя измерениями — длиной, шириной и высотой.

Ну, а если бы наш мир имел больше трех измерений? Как повлияло бы «лишнее» измерение на течение различных физических процессов?..

Рис. 20. Воображаемые двумерные существа.

На страницах современных научно-фантастических произведений довольно часто можно встретиться с почти мгновенным преодолением огромных космических расстояний с помощью так называемой «нуль-транспортировки» или перехода через «гиперпространство», или «подпространство», или «надпространство».

Что имеют в виду фантасты? Ведь хорошо известно, что максимальной скоростью, с которой могут перемещаться любые реальные тела, является скорость света в пустоте, и то практически она недостижима. О каких же «скачках» через миллионы и сотни миллионов световых лет может идти речь? Разумеется, идея эта — фантастическая. Однако в ее основе лежат довольно интересные физико-математические соображения.

Начнем с того, что представим себе одномерное существо-точку, живущее в одномерном пространстве, т. е. на прямой линии. В этом «тесном» мире имеются только одно измерение — длина и только два возможных направления — вперед и назад.

У двумерных воображаемых существ, «плоскатиков», возможностей значительно больше. Они уже могут перемещаться в двух измерениях, в их мире помимо длины есть еще и ширина. Но они точно так же не способны выйти в третье измерение, как и существа-точки не могут «выпрыгнуть» за пределы своей прямой линии. Одномерные и двумерные обитатели в принципе могут прийти к теоретическому заключению о возможности существования большего числа измерений, но путь в следующее измерение для них закрыт.

По обе стороны от плоскости расположено трехмерное пространство, в котором обитаем мы, трехмерные существа, неведомые для двумерного жителя, заключенного в свой двумерный мир: ведь даже видеть он может только в пределах своего пространства. Ввиду этого о существовании трехмерного мира и его обитателей двумерный житель мог бы узнать только в том случае, если бы какой-нибудь человек, к примеру, проткнул плоскость пальцем. Но и тогда двумерное существо могло бы наблюдать только двумерную область соприкосновения между пальцем и плоскостью. Вряд ли этого было бы достаточно, чтобы сделать какие-то заключения о «потустороннем», с точки зрения двумерного жителя, трехмерном пространстве и его «таинственных» обитателях.

Но точно такое же рассуждение можно провести и для нашего трехмерного пространства, если бы оно было заключено в каком-то еще более обширном, четырехмерном пространстве, подобно тому как двумерная поверхность заключена в нем самом.

Однако выясним сперва, что вообще представляет собой четырехмерное пространство. В трехмерном пространстве существуют три взаимно перпендикулярных «основных» измерения — «длина», «ширина» и «высота» (три взаимно перпендикулярных направления осей координат). Если бы к этим трем направлениям можно было добавить четвертое, также перпендикулярное к каждому из них, то пространство имело бы четыре измерения, было бы четырехмерным.

С точки зрения математической логики рассуждение о четырехмерном пространстве абсолютно безукоризненно. Но само по себе оно ничего не доказывает, поскольку логическая непротиворечивость еще не является доказательством существования в физическом смысле. Такое доказательство способен дать только опыт. А опыт свидетельствует о том, что в нашем пространстве через одну точку можно провести лишь три взаимно перпендикулярные прямые линии.

Обратимся еще раз к помощи «плоскатиков». Для этих существ третье измерение (в которое они не могут выйти) — все равно что для нас четвертое. Однако есть и существенная разница между воображаемыми плоскими существами «плоскатиками» и нами, обитателями трехмерного пространства. В то время как плоскость является двумерной частью реально существующего трехмерного мира, все имеющиеся в нашем распоряжении научные данные убедительно свидетельствуют о том, что мир, в котором мы живем, геометрически трехмерен и не является частью какого-то четырехмерного мира. Если бы такой четырехмерный мир действительно существовал, то в нашем трехмерном мире могли бы происходить некоторые «странные» явления.

Рис. 21. Четвертое измерение.

Вернемся снова к двумерному плоскому миру. Хотя его обитатели и не могут выходить за пределы плоскости, все же, благодаря наличию внешнего трехмерного мира, некоторые явления, в принципе, могут здесь протекать с выходом в третье измерение. Это обстоятельство в ряде случаев делает возможным такие процессы, которые в самом по себе двумерном мире не могли бы происходить.

Представим себе, например, нарисованный в плоскости обыкновенный циферблат от часов. Какими бы способами мы ни вращали и перемещали этот циферблат, оставаясь в плоскости, нам никогда не удастся изменить направление расположения цифр так, чтобы они следовали друг за другом против часовой стрелки. Этого можно добиться, лишь «изъяв» циферблат из плоскости в трехмерное пространство, перевернув его, а затем снова возвратив в нашу плоскость.

В трехмерном пространстве подобной операции соответствовала бы, например, такая. Можно ли перчатку, предназначенную для правой руки, путем одних только перемещений в пространстве (т. е. не выворачивая наизнанку) превратить в перчатку для левой руки? Каждый легко может убедиться в том, что подобная операция неосуществима. Однако при наличии четырехмерного пространства этого можно было бы достичь так же просто, как и в случае с циферблатом.

Рис. 22. Опыт с перчаткой.

Мы не знаем выхода в четырехмерное пространство. Но дело не только в этом. Его, видимо, не знает и природа. Во всяком случае, никаких явлений, которые можно было бы объяснить существованием четырехмерного мира, охватывающего наш трехмерный, мы не знаем.

А жаль!..

Если бы четырехмерное пространство и выход в него действительно существовали, открывались бы удивительные возможности.

Представим себе «плоскатика», которому необходимо преодолеть расстояние между двумя точками плоского мира, отстоящими друг от друга, скажем, на 50 км. Если «плоскатик» перемещается со скоростью один метр в сутки, то подобное путешествие займет более ста лет. Но представьте себе, что двумерная поверхность свернута в трехмерном пространстве таким образом, что точки начала и конца маршрута оказались друг от друга на расстоянии всего лишь одного метра. Теперь их отделяет друг от друга совсем небольшое расстояние, которое «плоскатик» мог бы преодолеть всего за одни сутки. Но этот метр лежит в третьем измерении! Это и была бы «нуль-транспортировка», или «гиперпереход».

Аналогичная ситуация могла бы возникнуть и в искривленном трехмерном мире…

Рис. 23. Геометрический смысл фантастического метода нуль-транспортировки.

Как показала общая теория относительности, наш мир действительно обладает кривизной. Об этом мы уже знаем. И если бы еще существовало четырехмерное пространство, в которое погружен наш трехмерный мир, то для преодоления некоторых гигантских космических расстояний достаточно было бы «перескочить» через разделяющую их четырехмерную щель. Вот что имеют в виду писатели-фантасты.

Таковы соблазнительные преимущества четырехмерного мира. Но есть у него и «недостатки». Оказывается, с ростом числа измерений уменьшается устойчивость движения. Многочисленные исследования показывают, что в двумерном пространстве вообще никакое возмущение не может нарушить равновесия и удалить тело, движущееся по замкнутой траектории вокруг другого тела, в бесконечность. В пространстве трех измерений ограничения уже значительно слабее, но все же и здесь траектория движущегося тела не уходит в бесконечность, если только возмущающая сила не слишком велика.

Но уже в четырехмерном пространстве все круговые траектории становятся неустойчивыми. В таком пространстве планеты не могли бы обращаться вокруг Солнца — они либо упали бы на него, либо улетели в бесконечность.

Используя уравнения квантовой механики, можно также показать, что в пространстве, обладающем более чем тремя измерениями, не мог бы существовать как устойчивое образование и атом водорода. Происходило бы неизбежное падение электрона на ядро.

Добавление четвертого измерения изменило бы и некоторые чисто геометрические свойства пространства. Одним из важных разделов геометрии, который представляет не только теоретический, но и большой практический интерес, является так называемая теория преобразований. Речь идет о том, как изменяются различные геометрические фигуры при переходе от одной системы координат к другой. Один из типов таких геометрических преобразований носит наименование конформных. Так называются преобразования, сохраняющие углы.

Точнее, дело обстоит следующим образом. Представьте себе какую-нибудь простую геометрическую фигуру, скажем, квадрат или многоугольник. Наложим на него произвольную сетку линий, своеобразный «скелет». Тогда конформными мы назовем такие преобразования системы координат, при которых наш квадрат или многоугольник перейдет в любую другую фигуру, но так, что углы между линиями «скелета» при этом сохранятся. Наглядным примером конформного преобразования может служить перенесение поверхности глобуса на плоскость — именно так строятся географические карты.

Еще в прошлом столетии математик Б. Риман показал, что любая плоская сплошная (т. е. без «дыр», или, как говорят математики, односвязная) фигура может быть конформно преобразована в круг.

Вскоре современник Римана Ж. Лиувилль доказал еще одну важную теорему о том, что не всякое трехмерное тело можно конформно преобразовать в шар.

Таким образом, в трехмерном пространстве возможности конформных преобразований далеко не так широки, как в плоскости. Добавление всего лишь одной оси координат накладывает на геометрические свойства пространства весьма жесткие дополнительные ограничения.

Не потому ли реальное пространство именно трехмерно, а не двумерно или, скажем, пятимерно? Может быть, как раз все дело в том, что двумерное пространство слишком свободно, а геометрия пятимерного мира, наоборот, чересчур жестко «закреплена»? А в самом деле, почему? Почему пространство, в котором мы живем, трехмерно, а не четырехмерно или пятимерно?

Многие ученые пытались ответить на этот вопрос, исходя из общих философских соображений. Мир должен обладать совершенством, утверждал Аристотель, и только три измерения способны это совершенство обеспечить.

Однако конкретные физические проблемы не могут быть решены подобными методами.

Следующий шаг был сделан Галилеем, отметившим тот опытный факт, что в нашем мире могут существовать самое большее три взаимно перпендикулярных направления. Однако выяснением причин подобного положения вещей Галилей не занимался.

Сделать это пытался Лейбниц с помощью чисто геометрических доказательств. Но и такой путь малоэффективен, поскольку эти доказательства строились умозрительно, без связи с окружающим миром.

Между тем то или иное число измерений — это физическое свойство реального пространства, и оно должно иметь вполне определенные физические причины, быть следствием каких-то глубоких физических закономерностей.

Вряд ли эти причины можно вывести из тех или иных положений современной физики. Ведь свойство трехмерности пространства лежит в самом фундаменте, в самой основе всех существующих физических теорий. Видимо, решение этой задачи станет возможным лишь в рамках более общей физической теории будущего.

И, наконец, последний вопрос. В теории относительности идет речь о четырехмерном пространстве Вселенной. Но это не совсем то четырехмерное пространство, о котором говорилось выше.

Начнем с того, что четырехмерное пространство теории относительности — это не обычное пространство. Четвертым измерением здесь является время. Как мы уже говорили, теория относительности установила тесную связь между пространством и материей. Но не только. Оказалось, что непосредственно связаны между собой также материя и время, а следовательно, пространство и время. Имея в виду эту зависимость, известный математик Г. Минковский, работы которого легли в основу теории относительности, говорил: «Отныне пространство само по себе и время само по себе должны стать тенями и только особого рода их сочетание сохранит самостоятельность». Минковский предложил использовать для математического выражения зависимости пространства и времени условную геометрическую модель, четырехмерное «пространство — время». В этом условном пространстве по трем основным осям откладываются, как обычно, интервалы длины, по четвертой же оси — интервалы времени.

Таким образом, четырехмерное «пространство — время» теории относительности является всего-навсего математическим приемом, позволяющим в удобной форме описывать различные физические процессы. Поэтому говорить, что мы живем в четырехмерном пространстве, можно лишь в том смысле, что все происходящие в мире события совершаются не только в пространстве, но и во времени.

Разумеется, в любых математических построениях, даже самых абстрактных, находят свое выражение какие-то стороны объективной действительности, какие-то отношения между реально существующими предметами и явлениями. Но было бы грубой ошибкой ставить знак равенства между вспомогательными математическими аппаратами, а также применяемой в математике условной терминологией и объективной реальностью.

В свете этих соображений становится ясно, что утверждать, ссылаясь при этом на теорию относительности, будто бы наш мир четырехмерен, — приблизительно то же самое, что отстаивать идею, будто темные пятна на Луне заполнены водой, на том основании, что астрономы называют их морями.

Так что «нуль-транспортировка», по крайней мере на современном уровне развития науки, к сожалению, осуществима лишь на страницах фантастических романов.

 

В сжимающейся Вселенной

Мы уже говорили о том, что наша область Вселенной — Метагалактика — расширяется и чем дальше находится та или иная галактика, тем быстрее она удаляется от нас.

Однако уравнения теории относительности допускают также и другую возможность — сжатие.

Имеет ли то обстоятельство, что Метагалактика именно расширяется, а не сжимается, сколько-нибудь принципиальное значение?

Попробуем ответить на вопрос: что было бы, если бы Метагалактика сжималась? Изменилось бы что-нибудь в картине окружающего нас мира?

На первый взгляд может показаться, что ничего особенного не произошло бы. Никто бы ничего не заметил, лишь астрономы вместо красного смещения наблюдали бы фиолетовое. Ведь галактики отделены от Земли колоссальными расстояниями в миллионы и миллиарды световых лет.

Однако на самом деле все обстоит далеко не так просто… Начнем, казалось бы, с простого и даже немного наивного вопроса: почему ночью темно? В действительности же это очень серьезная проблема, сыгравшая немалую роль в развитии научных представлений о Вселенной. Она вошла в историю астрономии под названием фотометрического парадокса. Состоит он в следующем.

Если во Вселенной всюду рассеяны звезды, которые в среднем излучают приблизительно одинаковое количество света, то независимо от того, сгруппированы они в галактике или нет, они покрывали бы своими дисками всю небесную сферу. Ведь Метагалактика состоит из многих миллиардов звезд, и, куда бы мы ни направили свой взор, он почти наверняка рано или поздно натолкнется на какую-нибудь звезду.

Иными словами, каждый участок звездного неба должен был бы светиться, как участок диска Солнца, так как в подобной ситуации видимая поверхностная яркость не зависит от расстояния. С неба на нас обрушивался бы ослепительный и жаркий поток света, соответствующий температуре около 6 тыс. градусов, почти в 200 000 раз превосходящий свет Солнца. Между тем ночное небо черное и холодное. В чем же тут дело?

В свое время были предприняты попытки устранить фотометрический парадокс ссылкой на поглощение света рассеянной межзвездной материей. Но в 1937 г. советский астроном В. Г. Фесенков показал, что это не спасает положения. Межзвездная материя не столько поглощает свет звезд, сколько рассеивает его. Таким образом, ситуация даже осложняется.

Лишь в теории расширения Метагалактики фотометрический парадокс автоматически устраняется. Поскольку галактики разбегаются, в их спектрах происходит, как мы уже знаем, красное смещение спектральных линий. В результате частота, а значит, и энергия каждого фотона уменьшены. Ведь красное смещение — это сдвиг электромагнитного излучения в сторону более длинных волн. А чем больше длина волны, тем меньшую энергию несет с собой излучение, и чем дальше галактика, тем больше красное смещение, а значит, тем сильнее ослабляется энергия каждого приходящего к нам фотона.

Помимо этого, непрерывное увеличение расстояния между Землей и удаляющейся галактикой приводит к тому, что каждый следующий фотон вынужден преодолевать несколько больший путь, чем предыдущий. Благодаря этому фотоны попадают в приемник реже, чем они испускаются источником. Следовательно, уменьшается и число приходящих в единицу времени фотонов. Это также приводит к понижению количества приходящей в единицу времени энергии.

Следовательно, красное смещение ослабляет излучение каждой галактики, и тем сильнее, чем дальше она от нас находится. Таким образом, вследствие красного смещения происходит не только перемещение излучения в область более низких частот, но и ослабление его энергии. Именно поэтому ночное небо остается черным.

Вот мы и подошли к ответу на поставленный вопрос: что было бы, если бы Метагалактика сжималась?

Если бы сжатие уже длилось по меньшей мере миллиарды лет, мы вместо красного смещения в спектрах галактик наблюдали бы фиолетовое. Сдвиг излучения происходил бы в сторону более высоких частот, и яркость небо была бы не ослаблена, а наоборот, усилена.

В подобных условиях в нашей области Вселенной жизнь не могла бы существовать. Значит, мы отнюдь не случайно живем именно в расширяющиейся системе галактик и наблюдаем именно красное смещение в их спектрах.

Как остроумно заметил А. Л. Зельманов, мы являемся свидетелями процессов определенного типа, потому что процессы иного типа протекают без свидетелей. В частности, жизнь невозможна на ранних стадиях расширения и на поздних стадиях сжатия.

 

«Если бы знать заранее…» (научная фантастика)

Баркалов гнал машину с предельной скоростью, насколько позволяла извилистая горная трасса. Наконец, дорога изогнулась в последнем повороте и нырнула вниз, в долину, перерезанную прямой, словно световой луч, лентой железной дороги. Баркалов нажал на педаль до отказа, и машина, рванувшись вперед, вынесла его на участок шоссе, параллельный насыпи. Сзади угадывалось стремительное дыхание нагонявшего его пассажирского экспресса.

Вдруг до слуха Баркалова донесся грохот отдаленного обвала. Он сбавил скорость и прислушался. Стихающие раскаты раздавались где-то впереди и справа от дороги.

— Странно, — подумал Баркалов, — этот обвал не может причинить железнодорожному полотну никакого вреда — слишком далеко в стороне. А может быть, все это вообще чепуха, всего лишь безобидный, чисто теоретический парадокс, не имеющий ничего общего с действительностью? Но обвал-то ведь все-таки произошел! И как раз в то самое время! Вероятность случайного совпадения практически ничтожна…

После окончания семинара академик Матвеев разыскал Баркалова в буфете:

— Чуть было не потерял вас из виду, — сказал Матвеев, и Баркалову показалось, что голос его как-то странно дрогнул. — Я знаю, что вы очень торопитесь, но очень прошу вас, Сергей Николаевич, зайти сейчас ко мне в кабинет.

Баркалов действительно торопился: у него в кармане лежал билет на Южный экспресс, который должен был доставить его на наблюдательную станцию института, где астрономы собирались проверять один предсказанный им эффект. До отправления оставалось меньше двух часов, еще надо было кое-что сделать и Баркалову совсем не хотелось задерживаться. И он уже решил было отказаться, сославшись на нехватку времени, но дрогнувший голос и промелькнувшее на лице академика выражение растерянности остановили его. Странно было и то, что академик обратился к нему по имени и отчеству — обычно он этого не делал, должно быть, из экономии времени. Ко всему прочему, академик Матвеев был ученый с мировым именем, настоящий генератор удивительных идей, и Баркалов считал себя его учеником. И вместо того, чтобы вежливо отказаться, Баркалов встал из-за стола, оставив недопитую чашку кофе, и пошел вслед за Матвеевым.

В коридоре второго этажа академик пропустил Баркалова вперед и повел, поддерживая под локоть, словно боялся потерять. Баркалов удивлялся все больше.

Добравшись до кабинета, Матвеев облегченно вздохнул, по крайней мере так показалось Баркалову, и, усадив своего гостя в кресло, сам устроился напротив.

— Я был недавно на вашем докладе, Сергей Николаевич, где вы излагали основы своей математической теории, — начал он без всяких предисловий. — И хочу сказать, что считаю вашу работу из ряда вон выходящей. Вы очень талантливы, Сергей Николаевич, даже больше… Я предвижу, что эта теория не только откроет совершенно новые возможности в математике, но и окажет огромное влияние на физику.

Баркалов слушал, не веря своим ушам. То, что говорил сейчас Матвеев, было поразительно. Он никогда никого не хвалил в глаза. Ругал — частенько, без дипломатии и компромиссов. Но хвалить… — такого случая Баркалов не мог припомнить.

— И вы обязательно должны довести эту работу до конца, — продолжал Матвеев.

— Именно этим я и занимаюсь, — пробормотал Баркалов, все еще ничего не понимая.

Академик помолчал и, наклонив вперед голову, исподлобья внимательно посмотрел на Баркалова.

— И потому, дорогой Сергей Николаевич, вы должны… себя поберечь.

— Ничего не понимаю! — вконец смешавшись, воскликнул Баркалов.

— Ну, знаете, как говорили в старину: береженого бог бережет.

— Простите, Ростислав Валерьянович, — не выдержал Баркалов, — вы говорите какими-то загадками. Вам что, известно обо мне что-нибудь такое, чего я и сам не знаю?

— Вот-вот, — неопределенно отозвался Матвеев.

— Тогда скажите, наконец, в чем дело? — взмолился Баркалов, украдкой бросая тревожный взгляд на часы.

— Вот в том-то и закавыка, что так просто не получается, — загадочно произнес Матвеев и, рывком выбросив из кресла свое грузное тело, замелькал по кабинету. — Вы знаете о гипотезе циклической во времени Вселенной?

— Идея вечного возвращения? Шопенгауэр и Ницше?

— Не только. Еще при жизни Эйнштейна Курт Гедель построил модель Вселенной, для которой временноподобные геодезические линии оказываются замкнутыми. В такой Вселенной периодически все повторяется.

— Но если мне не изменяет память, — заметил Баркалов, — Эйнштейн отнесся к этой работе весьма критически.

— Свидетельства очевидцев на этот счет разноречивы, — возразил Матвеев. — Но дело не в этом.

— И насколько я помню, — продолжал Баркалов, — Чандрасекар впоследствии показал, что замкнутые на себя траектории в модели Геделя должны быть отброшены, исходя из принципа физической разумности.

— Э-э… милый мой, — воскликнул Матвеев, — подобная аргументация мало чего стоит. Что значит физическая разумность? Ее можно понимать и так, и эдак.

— Что вы хотите сказать? — насторожился Баркалов.

— Геделевская модель, разумеется, несостоятельна. Тут Чандрасекар безусловно прав. Но это вовсе не исключает возможности существования циклических моделей вообще.

— Вам что-то удалось? — с интересом спросил Баркалов.

— Вот-вот… — как-то без энтузиазма пробурчал академик. — Есть одна конструкция.

— Очень интересно, — сказал Баркалов и снова посмотрел на часы.

Матвеев перехватил его взгляд.

— Торопитесь?.. Напрасно. Все равно, рано или поздно Вселенная вернется к этому самому моменту.

— Вы серьезно? — изумился Баркалов. — Но одно дело теоретическая модель, пусть и непротиворечивая, и совсем другое…

— И совсем другое — действительность, реальность? Это вы хотели сказать? Пойдемте.

И не глядя на Баркалова, Матвеев пересек кабинет и скрылся за дверью позади письменного стола. Баркалову ничего другого не оставалось, как последовать за ним. Они прошли длинным узким внутренним коридором, миновали толстые защитные свинцовые двери и оказались в просторном зале, сплошь уставленном сложной аппаратурой.

Академик остановился возле пульта, усеянного многочисленными кнопками и контрольными экранами, и выразительно посмотрел на своего гостя.

— Впечатляюще! — сказал Баркалов. — Но прошу учесть, я чистый математик и во всей этой технике ничего не смыслю. И должен вас предупредить, обо мне ходят анекдоты, как о молодом Паули: утверждают, что когда я появляюсь в лаборатории, все приборы сами собой выходят из строя. Так что остерегайтесь, Ростислав Валерьянович!

— Не имеет значения, — каким-то странным голосом произнес Матвеев. — Они уже сработали. — И, не давая Баркалову опомниться, продолжал совсем другим тоном: — Сергей Николаевич, вы собираетесь куда-то уезжать. Я очень вас прошу отменить эту поездку.

— Но почему? — машинально спросил Баркалов и тут же умолк: откуда Матвеев мог знать о его поездке?

— Почему? — переспросил академик. — Вы можете поверить мне на слово?

— Вы меня извините, Ростислав Валерьянович, я никогда не верил в гадания.

— Но вы действительно собираетесь уезжать?

— Я вовсе не делаю из этого тайны. Примерно через час.

— Поездом? В южном направлении?

— Ростислав Валерьянович, если это какой-либо розыгрыш, то сейчас…

— Пожалуйста, ответьте на мой вопрос, — потребовал академик.

— Да, поездом… Да, к югу, — едва сдерживая раздражение, ответил Баркалов.

— Так вот, мой дорогой, — решительно сказал Матвеев, — никуда вы не поедете.

— Что за шутки, Ростислав Валерьянович? — вскипел Баркалов. — Вы меня ловите в буфете, чуть не силой приводите к себе в кабинет, заводите разговор о циклических моделях Вселенной, затем демонстрируете какое-то непонятное мне оборудование и в конце концов требуете, чтобы я отказался от намеченной поездки. Согласитесь, что все это по меньшей мере странно.

— М-да… — вздохнул Матвеев. — Требуете объяснений? А я как раз хотел их избежать.

— Но, Ростислав Валерьянович, если это касается меня, могу я знать в чем дело?

— В иных случаях лучше не знать.

— И это говорите вы? — изумился Баркалов. — Еще одна загадка! Не слишком ли много загадок?

— Вы только что упомянули о гаданиях и пророчествах… Так вот, все, что мне стало известно, тоже, если хотите, своего рода пророчество. Как, похож я на пророка? — Матвеев изобразил улыбку, но глаза его остались серьезными.

— Так вот, дорогой мой Сергей Николаевич, — продолжал Матвеев, — вы когда-нибудь слышали о самоорганизующих прогнозах? Некоторые предсказания исполняются именно потому, что они были сделаны. Помните легенду о Эдипе? А мне совсем не хочется, чтобы мое предсказание исполнилось… Ну что, вы и после этого настаиваете?

— Разумеется, — твердо сказал Баркалов. — Раз уж вы начали, то говорите до конца.

— Ну хорошо, — со вздохом сказал Матвеев, — тогда слушайте: если вы не откажетесь от своей поездки, то вас ожидает большая неприятность… одним словом… смерть.

От неожиданности Баркалов вздрогнул. По спине побежали холодные мурашки.

— Что за чепуха? — пробормотал он. — Откуда вы можете знать?

Матвеев кивнул в сторону аппаратуры:

— Я видел…

— Подождите… — Баркалов побледнел. — Вы хотите сказать?…

— Да, эта установка позволила нам заглянуть в предшествующий цикл, в окрестности соответствующей пространственно-временной точки. Мы пытались сканировать по всем координатам, но аппаратура еще не совершенна и образы получались неясными и расплывчатыми. Однако кое-что увидеть все же удалось.

— И это?..

— А откуда бы я иначе узнал, что вы собираетесь уезжать, да еще поездом и в южном направлении?

— И вы можете показать мне видеозапись? — тихо спросил Баркалов.

— Может быть, не стоит? Не так уж приятно видеть… Ну, вы меня понимаете.

— Нет, — твердо сказал Баркалов, — я должен увидеть.

— Хорошо, — устало отозвался Матвеев. — Тогда смотрите на экран. — Он нажал кнопку на пульте

Матовая поверхность экрана заполнилась клубящимся голубовато-розовым туманом. Потом он рассеялся и перед Баркаловым открылось окно в другой мир…

Баркалов узнал здание института, конференц-зал, в котором происходило какое-то совещание, среди сидящих за столом на сцене смутно угадывались знакомые лица. Потом изображение начало стремительно сдвигаться и стало невозможно что-либо различить. Когда же экран вновь прояснился, на нем замелькали горы, затем равнина — по железнодорожному полотну шел поезд. Эти кадры вновь сменились горным пейзажем, но вдруг экран перечертила стремительная лавина обвала. Гигантские глыбы, сметая все на пути, катились вниз, увлекая за собой новые обломки. На какое-то время светящуюся поверхность экрана заполнили помехи, а когда они прекратились, возникла страшная картина железнодорожной катастрофы, точнее, ее последствий: исковерканные, взгромоздившиеся друг на друга вагоны, разрушенная насыпь, тут и там тела погибших. Изображение укрупнилось и стали видны лица лежащих на земле людей…

Матвеев нажал другую кнопку и изображение замерло в неподвижности. Баркалов чуть ли не вплотную приблизил лицо к экрану. В самом центре кадра он увидел себя. Двойник Баркалова, безжизненно раскинув руки, лежал у края насыпи, придавленный свалившимся набок вагоном.

— Когда это… было? — с трудом выдохнул Баркалов, тут же осознав всю парадоксальность и нелепость своего вопроса.

Однако Матвеев невозмутимо ответил академическим тоном:

— Порядка тридцати-сорока миллиардов лет назад.

— Значит, я уже существовал? — спросил потрясенный Баркалов.

— И вполне возможно, что даже несчетное число раз.

Хотя Баркалов и был чистым математиком, привыкшим оперировать самыми невероятными абстракциями, сейчас он никак не мог прийти в себя. Может быть, именно потому, что в данном случае заведомо абстрактное неожиданно оказалось неотвратимо и жестко реальным. И еще потому, что это реальное самым непосредственным образом касалось его самого.

Чтобы вновь обрести почву под ногами, ему необходимо было осмыслить ситуацию с разных сторон, постараться увязать ее с привычными представлениями:

— Все-таки очень странно сознавать, что ты уже много раз существовал, много раз жил на Земле. А ведь до сих пор никто из нас ничего подобного никак не ощущал.

— Возможно, это и не совсем так, — возразил Матвеев. — Не исключено, что какие-то сигналы из прошлого до нас все-таки доходили. Но мы не умели в них разобраться.

— М-да, — сказал Баркалов, все еще не освоившись с тем, что узнал. — Следовательно, получается, что я уже несколько раз погибал в железнодорожной катастрофе?

Матвеев неопределенно повел плечами и пробормотал что-то невнятное. На некоторое время наступила тишина. Академик с тревогой следил за Баркаловым. Но тот уже овладел собой настолько, что вновь обрел способность рассуждать:

— В старину люди говорили: от судьбы не уйдешь… чему быть — того не миновать. Выходит, так оно и есть. Мы только повторяем то, что уже многократно происходило, как актеры, разыгрывающие постоянно одну и ту же пьесу?

— Но говорили и другое, — возразил Матвеев. — Если бы знать заранее, что произойдет, многих неприятностей можно было бы избежать. Потому и обращались ко всякого рода оракулам и астрологам. Но, увы, эти люди ничего не могли знать о будущем.

— А теперь, — усмехнулся Баркалов, — появился оракул, способный будущее читать в прошедшем. А вы подумали о том, какой станет наша жизнь теперь, когда мы все будем знать наперед?

— Узнать мы можем далеко не обо всем. Мы способны получить информацию лишь о тех событиях, которые находятся в ближайшей окрестности пространственно-временной точки предшествующего цикла, соответствующей моменту наблюдения. Но кое-что мы в самом деле можем знать теперь заранее.

— А что толку?

— Вы меня удивляете, Баркалов, — сухо отозвался академик. Зная, что поездка на Южном экспрессе угрожает вам гибелью, вы можете взять и не поехать. Очень просто!

— Об этом я не подумал, — признался Баркалов. — А не вызову ли я тем самым какой-нибудь парадокс, который, еще, чего доброго, приведет к гибели Вселенной?

— Дело в том, что в модели, которую мы рассчитали и справедливость которой, как вы могли убедиться, подтверждена экспериментом, поведение мировых линий подчиняется статистическим закономерностям. А где правит вероятность, там, как вы понимаете, возможны значительные отклонения от средних значений.

— Значит, картины эволюции Вселенной в различных циклах не вполне идентичны?

— В известных пределах.

— А вы не пытались выяснить природу этих отклонений? Какие причины их порождают? Флуктуации?

— Случайные возмущения существенной роли не играют. Как показывают расчеты, подобные возмущения, так сказать естественного порядка, довольно быстро «вымирают» со временем.

Сейчас Матвеев говорил нарочито лекторским тоном, словно отвечал на вопросы после какого-нибудь научного доклада. Он явно стремился сделать разговор менее конкретным, чтобы сгладить то ошеломляющее впечатление, которое произвело на Баркалова его сообщение.

— Естественные возмущения? — удивленно переспросил Баркалов. — Простите, не понимаю. А разве могут быть какие-либо другие?

— Как нам удалось выяснить, устойчивые отклонения мировых линий возникают только в тех областях пространства-времени, где происходит резкое уменьшение энтропии, чрезвычайно маловероятное в рамках чисто природных процессов.

— Должно быть, я сильно поглупел за последний час, — усмехнулся Баркалов. — Я все еще не понимаю.

— Я имею в виду, что создавать маловероятные состояния, сопровождающиеся резким уменьшением энтропии в некоторой области, способны только разумные существа. В данном случае — мы с вами.

— Ах вот вы о чем… Иными словами, мне повезло. Благодаря вашей теории и вашей установке у меня появилась возможность спастись?

— Вы уже спаслись, — улыбнулся Матвеев, показывая на часы. — Экспресс ушел двадцать семь минут назад.

Баркалов вскочил:

— Ушел?.. Но Ростислав Валерьянович!.. Ведь в поезде люди!

Матвеев побледнел и изменился в лице.

— Представьте себе, об этой стороне я просто не подумал. В голову не пришло — все мысли были сосредоточены на вас.

— Вы можете обозначить район катастрофы?

— С точностью до трехсот километров в поперечнике. Смотрите на карту — центр зоны в районе тридцать седьмого разъезда.

— Мы можем успеть!

— Сергей Николаевич, — распорядился Матвеев, — садитесь быстро в машину и — на вокзал к главному диспетчеру! А я попытаюсь, воспользоваться нашими каналами связи…

Пока Баркалов добирался до главного диспетчера, прошло еще не менее получаса. По дороге он решил, что ничего о циклических моделях говорить диспетчеру не станет, ведь неподготовленному человеку с ходу осмыслить нечто подобное совершенно невозможно. Поэтому он просто сказал, что в их институте получен прогноз очень сильного горного обвала в районе прохождения Южного экспресса, и попросил во избежание катастрофы задержать на некоторое время поезд, пока он не достиг опасного района.

Главный диспетчер пожал плечами:

— Мне уже звонил по этому поводу ваш академик, но уверяю вас, тревога совершенно напрасна. Трасса проложена на заведомо безопасном расстоянии от горных массивов. Взгляните на карту.

«В самом деле, — удивленно подумал Баркалов, — ни один обвал не способен преодолеть подобное расстояние».

— А что сказал академик? — осведомился он.

— Обещал обратиться к высокому начальству. Но пока никаких распоряжений не поступало. Да если бы и поступили…

— Что же тогда?

— Видите ли, с Южным экспрессом у нас нет телеметрической связи. Его ведет запрограммированный автомат — трасса простая. Так что никаких команд мы все равно передать не можем.

— Но как же так?

— Уверяю вас, система абсолютно падежная. За двенадцать лет ни одной даже самой незначительной аварии. Возможность катастрофы практически исключена.

— А теоретически?

— Ну, разве что разверзнутся небеса…

— А если разверзнутся?

— Вы же знаете, стопроцентной надежности не бывает даже в собственной квартире. Какая-то доля риска остается всегда.

«Я напрасно теряю здесь время, — подумал Баркалов, — надо догонять экспресс на машине. Если как следует поднажать, то я как раз успею настичь его у границы угрожаемой зоны. А там видно будет…»

— Конечно, мы можем послать контрольный вертолет, — продолжал объяснять главный диспетчер, — но и он может лишь осуществить наблюдение. Внешнего управления, как я уже говорил, у этого экспресса нет. Но его компьютер сам способен оценить любую ситуацию…

Однако Баркалов его уже не слушал. Он торопливо вглядывался в висевшую на стене огромную схему железнодорожного пути, стараясь запомнить, как проходит автомобильная трасса. Потом, стремительно сбежав, по лестнице, он сел в машину и чуть ли не с места дал полный газ…

Когда до слуха Баркалова донесся грохот отдаленного обвала, он сбавил скорость и прислушался. Стихающие раскаты раздавались где-то впереди и справа от дороги.

— Странно, — подумал Баркалов. — Этот обвал и в самом деле не может причинить железнодорожному полотну никакого вреда — слишком далеко в стороне.

Дорога вильнула, и Баркалову на миг открылась стрела железнодорожного полотна. В синеве сгущавшегося вечернего сумрака он успел заметить вдали три светящихся глаза — огни мчавшегося вдогонку ему экспресса. Экспресса, в котором должен был бы находиться он сам, если бы не все то, что произошло в последние часы…

Баркалов посмотрел вперед — туда, где в вечерней дымке угадывались далекие очертания гор. Местность показалась ему знакомой. И, нажав на педаль, он прибавил скорость.

Теперь Баркалов двигался с таким расчетом, чтобы расстояние между ним и огнями экспресса оставалось неизменным. Если впереди неожиданно возникнет какая-то опасность, у него будет в запасе несколько десятков секунд, и он сможет что-то предпринять. Правда, он даже представить себе не мог, как помочь в подобном случае. Но тревога за людей, находившихся в вагонах поезда и ничего не подозревавших о возможной опасности, гнала его вперед.

Справа мелькнул знак железнодорожного переезда и Баркалову пришлось снизить скорость, а затем и нажать тормоз: путь был прегражден шлагбаумом.

Переезд вел через ветку, отходившую от основной линии вправо, и закрытое положение шлагбаума сразу насторожило Баркалова. Коль скоро по основной линии приближался экспресс, боковое ответвление должно было оставаться свободным. При этих обстоятельствах перекрывший шоссейную дорогу шлагбаум выглядел чем-то противоестественным.

Где-то позади возник нарастающий рокот, и над головой Баркалова, ударив по машине плотной волной воздуха, пронесся вертолет.

— Академик Матвеев действует, — мелькнула мысль. Но тут Баркалов увидел нечто такое, от чего у него похолодело сердце и кровь застучала в висках.

По боковому пути под уклон стремительно катились К переезду три товарных вагона.

— Вот оно! — мгновенно сообразил Баркалов. Где-то там, в горах, обвал разорвал товарный состав и три хвостовых вагона, набирая скорость, мчались теперь к главному пути.

Бросив взгляд на огни приближающегося экспресса, Баркалов с безжалостной отчетливостью представил себе, что произойдет через несколько десятков секунд. Товарные вагоны достигнут основного пути в тот самый момент, когда экспресс будет проходить через развилку. Боковой удар и… в памяти Баркалова возникла телевизионная картинка — беспорядочное нагромождение изуродованных вагонов, тела погибших…

Вот как раз тот исключительный случай, когда автоматика бессильна. Если бы у товарного поезда был локомотив, начиненный электроникой, то, получив сигнал о том, что основной путь занят, он конечно остановился бы. Но оторванные от состава вагоны стали неуправляемыми. А с точки зрения электронной автоматики экспресса — все благополучно: подобная ситуация в ее программе наверняка не предусмотрена…

Вертолет, сделав круг, вернулся и повис над развилкой: видимо, пилот тоже осознал аварийную ситуацию.

— Но с вертолета ничего нельзя сделать, — вспомнил Баркалов слова диспетчера.

А между тем экспресс и товарные вагоны неуклонно сближались. Теперь уже было ясно, что пассажирский поезд проскочить не успеет. Мысли Баркалова лихорадочно метались в поисках выхода…

Решение пришло в тот момент, когда темные силуэты товарных вагонов бесшумно выросли почти перед самым переездом; Баркалов дал газ и машина, отбросив полосатую стрелу шлагбаума, вырвалась на переезд, перегородив путь. Выскочить Баркалов не успел…

Вечернюю тишину разорвал скрежет ломающегося металла. Сминая машину, тяжелые вагоны все же продолжали двигаться. Но скорость была потеряна. И когда вагоны, толкая перед собой остатки того, что еще недавно было скоростным автомобилем, выкатились на главный путь, пассажирский экспресс уже успел пройти. Катастрофа, быть может, повторявшаяся до этого бессчетное число раз в предыдущих циклах существования Вселенной, на этот раз была предотвращена…

— Баркалов все же погиб, — сказал академик Матвеев на заседании Ученого совета, — но погиб, не покорно подчинившись раз навсегда заведенному ходу событий, а сумев вмешаться в этот ход и изменить его… Он не успел завершить построение разработанной им новой теории. Но ценой своей жизни он сохранил для будущего жизни сотен людей, способных создать во много раз больше, чем может сделать один человек. И еще… Баркалов доказал, что течение явлений подвластно людям и, какие бы события ни произошли в предыдущих циклах, наше будущее зависит только от нас. Так будем же оптимистами!

 

Круговорот миров?

И в древнегреческой философии, и в философских системах древней Индии, Китая и Ближнего Востока присутствовала идея «вечного возвращения», «круга времени».

Нечто похожее мы находим и в некоторых современных космологических моделях. В противоположность времени «начинающемуся», рассматривается и вариант с циклическим временем, т. е. временем, замкнутым «само на себя».

«Когда мы говорим, что материя и движение не сотворены и не уничтожимы, — писал Ф. Энгельс, — то мы говорим, что мир существует как бесконечный прогресс… возникает еще вопрос, представляет ли этот процесс некоторое — в виде больших круговоротов — вечное повторение одного и того же или же круговороты имеют нисходящие и восходящие ветви».

В 1949 г. в Принстонском университете, где работал в то время А. Эйнштейн, известный математик Курт Гедель действительно выступил с докладом «Время в общей теории относительности», в этом докладе он доказывал возможность замкнутых во времени геодезических линий для некоторого класса моделей Вселенной. В переводе на обычный язык это означает, что при некоторых условиях Вселенная может возвращаться к своему исходному состоянию и в дальнейшем в точности повторять раз за разом уже пройденные циклы.

Если бы подобный циклический вариант выполнялся в действительности, то это практически означало бы, что расширение нашей Вселенной в будущем должно смениться сжатием до бесконечно большой плотности. После этого началось бы новое расширение, в процессе которого возникали бы те же самые космические объекты. На каком-то этапе снова образовалась бы и наша Земля, и на ней вновь повторились бы те же самые события и рождались бы те же самые люди, которые проживали бы точь-в-точь ту жизнь, что и их двойники в предшествующем цикле… И так бесконечное число раз.

Альберт Эйнштейн присутствовал на докладе Геделя, однако сейчас нам трудно судить о его подлинном отношении к излагавшимся идеям. На этот счет воспоминания очевидцев в самом деле расходятся. Согласно одним, великий физик в дискуссии по докладу заметил, что изложенные результаты ему не нравятся, согласно другим — он, наоборот, отнесся к идеям Геделя с определенной симпатией.

Много лет спустя известный физик-теоретик С. Чандрасекар вновь подробно рассмотрел модель, предложенную Геделем, и пришел к выводу, что возникающие в ней замкнутые траектории лишены физического смысла. Однако при этом Чандрасекар использовал метод «физически разумного» выбора, а подобный метод всегда связан с произвольными интуитивными допущениями.

Но, в конце концов, дело даже не в том, верна или неверна модель, предложенная Геделем. Судя по всему, она все-таки неверна. Ведь эта модель — только специальный частный случай. Между тем существуют и другие модели, которые удовлетворяют уравнениям теории относительности и также содержат замкнутые линии времени.

Тот факт, что ситуация с возвращением в прошлое, описанная Геделем, невозможна в предложенной им модели (таково мнение Чандрасекара), не исключает вообще подобной возможности в рамках общей теории относительности. Хорошо бы, конечно, доказать для общего случая невозможность замкнутых временноподобных геодезических линий, но пока можно сказать только, что частный пример, приведенный Геделем, оказался неверным…

Иными словами, из того что циклические возвращения Вселенной к прошлому невозможны в специальной модели, предложенной Геделем, еще не следует, что вообще не может существовать мир с замкнутыми линиями времени. Но то, что это действительно так, еще надо доказать…

Разумеется, фантастическая космологическая ситуация, сконструированная в рассказе, в значительной степени условна. Если бы даже Вселенная в самом деле периодически проходила через состояния с одинаковыми начальными условиями, то все равно совершенно одинаковые конкретные ситуации практически не могли бы повторяться. Такие повторения возможны лишь с точки зрения классической физики XIX столетия, сводившей все бесконечное многообразие мировых явлений к чисто механическим процессам, к «железной» связи причин и следствий. Однако наука XX века убедительно показала, что важнейшую роль в движении материи играют случайные события. Они не способны изменить общей направленности эволюции материи, но благодаря им конкретные ситуации, возникающие в ходе этой эволюции, могут существенно различаться даже в том случае, когда исходными пунктами развития были абсолютно одинаковые физические состояния.

Это относится не только к неживой природе, но и к деятельности разумных существ. Кстати, в рассказе таким случайным отклонением от «стандартного» хода событий явились действия его главного героя — физика Баркалова, существенно повлиявшие на «конечный результат».