«Вселенная естествоиспытателя»

В предыдущих разделах этой книги мы не раз пользовались термином «Вселенная». Это и понятно: ведь астрономия — наука о Вселенной. Однако для того, чтобы это (утверждение приобрело определенность, необходимо прежде всего выяснить, что мы понимаем под термином «Вселенная». Вообще, в науке обсуждение каких-либо проблем всегда должно начинаться с определений, иначе любое обсуждение теряет всякий смысл. В особенности это относится к такому фундаментальному понятию, как Вселенная. Тем более что за последние годы в понимании содержания этого понятия произошли существенные изменения.

Еще сравнительно недавно термином «Вселенная» пользовались для обозначения всего существующее. Таким образом, понятие «Вселенная» было равнозначно понятиям «материя», «материальный мир».

Однако бурное развитие астрономии, расширение области познания природных явлений поставило в повестку дня необходимость уточнения и разграничения терминологии, о которой идет речь.

«Исходя из принципа эволюции есть все основания считать, — пишет известный советский ученый академик П. Н. Федосеев, — что Вселенная, изучаемая современным естествознанием, представляет развивающееся во времени образование, которое возникло из каких-то предшествовавших ему состояний и форм материи и сменится новыми ее состояниями и формами.

Для материалистической философии чужды представления о порождении физического мира сознанием как об акте творения Вселенной каким-то высшим существом. Если Вселенная, изучаемая нами сегодня, возникла 20 млрд. лет тому назад, то с философской точки зрения важно признание этого процесса как космического этапа саморазвития материи. Дело конкретной науки — физически понять и описать этот процесс. Возможно мыслить и существование многих Вселенных со сложной топологией. Поэтому целесообразно отличать термин „Вселенная естествоиспытателя“, которым обозначаются наши сведения о Вселенной, накопленные к данному моменту времени, от философского понятия материального мира. Это понятие включает в себя в скрытом виде все будущие достижения в учении о Вселенной естествоиспытателя»).

В то же время наряду с понятием «Вселенная естествоиспытателя» целесообразно ввести и термин «Астрономическая Вселенная» или «наша Вселенная», понимая под этим тот объективно существующий материальный контекст, который в результате познавательной деятельности человека получает отражение в образе «Вселенной естествоиспытателя».

С некоторыми астрофизическими явлениями, возникшими в процессе изучения космических миров и таким образом вошедшими во «Вселенную естествоиспытателя», мы познакомимся в этой главе.

Разумеется, астрономия, как и всякая другая наука, обладает внутренней логикой своего развития. Новые данные неизбежно рождают новые вопросы, а новые исследования влекут за собой постановку новых проблем — и так без конца. Но прежде всего любая наука стремится решить те задачи, которые представляют наибольший интерес для человечества на том или ином этапе его развития.

Чем же в этом плане — так сказать, «по большому счету» — привлекает изучение Вселенной современного исследователя?

Во-первых, тем, что в этой бесконечно разнообразной лаборатории, созданной природой, мы можем изучать такие физические процессы, состояния материи, Источники энергии, которые нельзя воспроизвести и исследовать в земных условиях. Вселенная все в большей и большей степени становится лабораторией современной физики — науки, которая является основой научно-технического прогресса.

А во-вторых, в последние годы, в особенности в связи в освоением космоса, мы стали все яснее и отчетливее понимать, что средой нашего обитания является не только непосредственно планета Земля и даже не только Солнечная система, но по сути дела вся наша Вселенная!

Это значит, что чрезвычайно важное значение для существования и сознательной деятельности человечества имеет изучение космических процессов, тех изменений, которые совершаются во Вселенной, тех физических явлений, которые в ней происходят. Земную среду нашего обитания изучают такие науки, как география, геофизика, геология, экология. Астрофизика становится наукой о космической среде нашего обитания.

 

Круг (научная фантастика)

Критическая ситуация, как нередко бывает в жизни, возникла до ужаса просто и нелепо…

— А теперь сфотографируй меня здесь, Стен! — весело прокричала Глен и легко взбежала на причудливо изогнутый ажурный мостик, переброшенный через узкую щель каньона.

Внизу, в головокружительной глубине, крутясь и пенясь, несся стремительный горный поток.

Глен тряхнула головой, отбросив на спину волну золотистых волос и, улыбаясь, облокотилась на перила.

— Ну…

Фостер поймал ее в прямоугольник видоискателя и приготовился нажать спуск.

Он знал, что произойдет через мгновение…

Глухой треск. Прогнившие перила не выдержали.

— Глен! — в ужасе закричал Стенли Фостер.

Но было поздно. Теряя равновесие и цепляясь за рассыпающиеся перила, Глен закачалась над пропастью.

Выпустив из рук фотоаппарат, Стенли в два прыжка взлетел на мостик и успел ухватиться за изогнувшуюся полированную рейку в тот самый момент, когда она готова была оторваться от последнего крепления. Мышцы его, ощутив тяжесть, мгновенно напряглись. Там, внизу, над пустотой, ухватившись обеими руками за другой конец рейки, беспомощно висела Глен.

— Держись, Глен… — прохрипел Стенли, осторожно подтягивая к себе рейку вместе с девушкой. — Держись…

Он видел, как ее руки медленно скользят по полированной поверхности. Только бы успеть…

Стенли знал, что не успеет!

Продолжая подтягивать рейку одной рукой, он перегнулся через край настила и попытался дотянуться до Глен. Ему не хватило каких-нибудь сантиметров…

Пальцы Глен соскользнули к самому концу рейки. Торопясь, Стенли рванул рейку к себе, и его рука почти коснулась руки Глен. Отчаянным усилием девушка попыталась подтянуться ему навстречу, но рейка вырвалась у нее из рук, и Глен с пронзительным криком унеслась в бездну…

Словно вдогонку, с дерева, низко нависшего над мостиком, сорвался большой, рано пожелтевший лист. Плавно кружась в застывшем полуденном воздухе, он коснулся мостика, проскользнул под сохранившейся частью перил и, на мгновение неподвижно повиснув над пропастью, ринулся вниз, видимо, попав в нисходящий поток воздуха.

С трудом удержав равновесие на покачнувшемся настиле, Фостер мгновенно выпрямился, продолжая держать в руках ненужную теперь рейку. В его ушах все еще звучал последний крик Глен.

Он слышал этот крик в четвертый раз…

А день начинался чудесно. После недели нудных дождей впервые появилось солнце, и они с Глен забыли о недавней ссоре.

Между ними нередко вспыхивали споры об отвлеченных предметах, незаметно переходившие, к неудовольствию Стенли, в обсуждение их собственных отношений, что почти всегда оканчивалось взаимными обидами.

— Не могу понять, — сказала Глен, — зачем это нужно — поворачивать вспять время?

— Люди многое бы отдали, чтобы прожить минувший день еще раз и не повторять ошибок, которые они совершили.

Глен с сомнением покачала головой:

— Нет… От человека мало что зависит. У каждого свой путь, и он должен по нему пройти…

— Ты веришь в судьбу?

— Свою судьбу я, во всяком случае, знаю… Томиться в одиночестве, пока ты дни и ночи проводишь в своей лаборатории.

— Ведь ты знаешь, на какую идею я натолкнулся!

— Но уходят месяцы и годы, — грустно заметила Глен, — и не вернуть их никаким хроноскопом.

— Потерпи, — мягко сказал Стенли. — Осталось совсем немного… Пойми — это мой долг перед людьми…

Это было вчера… А сегодня утром, когда Глен еще спала, Стенли удалось справиться с последним препятствием. Он закончил монтаж и теперь мог позволить себе передышку.

Правда, сделан был только самый первый шаг: построенный Фостером вариант хроноскопа позволял возвращаться в прошлое всего на какие-нибудь два часа… Но преграда, веками казавшаяся совершенно неприступной, наконец, была преодолена.

Глен предложила провести этот день в Шаленском парке…

Оставив машину у подножья горы, они вскарабкались по узкой тропинке на верхнюю террасу, и тут Глен захотелось сфотографироваться. А потом этот роковой мостик…

Несколько мгновений Стенли стоял, оглушенный случившимся, ничего не видя вокруг. Потом его пронзила мысль, которая неизбежно является каждому, кто стал свидетелем или жертвой несчастного случая: ведь этого могло и, не быть. Если бы вернуть назад всего несколько минут и проявить совсем немного осмотрительности и осторожности…

Стенли вздрогнул. Для всех остальных людей, живших на Земле, подобные сожаления бывают, увы, запоздалыми. Но у него… у него был хроноскоп!

Еще не успев ничего обдумать, Фостер, скользя по усыпанной сосновыми иглами крутой тропинке и обдирая руки о колючий кустарник, помчался к оставленной внизу машине.

Прежде всего — успеть! Сюда они с Глен добирались часа полтора. Не меньше пятнадцати минут понадобится на то, чтобы аппаратура вошла в режим; Сейчас около полудня…

Значит, он во что бы то ни стало должен попасть в лабораторию не позже половины второго. И то времени останется в обрез, ведь необходимо сдвинуть его вспять настолько, чтобы захватить момент, предшествовавший несчастью. А подвластны Стенли всего два часа…

Вскочив в машину, он чуть ли не с места дал полный газ. Вообще Стенли не любил слишком быстрой езды, и по этому поводу у него тоже нередко возникали споры с подвижной, экспансивной Глен. Но сейчас он развил бешеную скорость, выжимая из машины все, что было возможно…

Когда позади осталась большая часть пути, Стенли вдруг показалось, что, создавая хроноскоп, он допустил элементарную непоправимую ошибку. Ведь каждому мало-мальски грамотному физику отлично известно, что вторгаться в прошлое, изменять его ни в коем случае нельзя! Последствия таких изменений могут прийти в противоречие с уже совершившимися событиями и создать неразрешимые парадоксы. Путешествующий на машине времени, возвратившись в сбою эпоху, рискует встретить катастрофические перемены. И, уж конечно, абсолютно недопустимо возвращать к жизни человека, который ушел из нее…

Но тут же неожиданное затмение прошло, и Стенли облегченно вздохнул. Ведь он десятки раз обдумывал эту проблему. И давно пришел к выводу, что к его хроноскопу все это не имеет ни малейшего отношения.

Хроноскоп — не машина времени, переносящая путешественника в различные эпохи. Это аппарат, возвращающий вспять само время. После его включения мир мгновенно оказывается в прошлом. Правда, пока только на два часа… Такой переход как бы «стирает» все, что успело за эти два часа совершиться. И если в повторном варианте какие-то события будут развертываться иначе, парадоксов все равно не произойдет…

Фостер на мгновение оторвал взгляд от летящей навстречу дороги и посмотрел на часы. Как он ни спешил, времени оставалось в обрез.

Перескакивая через ступеньки, Стенли взлетел по лестнице, дрожащей рукой повернул ключ, рванул дверь и, метнувшись к пульту, одну за другой нажал пусковые кнопки. Лабораторию наполнило мерное гудение.

Потом он снова посмотрел на часы. Оставалось минут двадцать — не больше. Но теперь он успеет!..

Гудение постепенно нарастало. В него вступил новый, свистящий звук, словно откуда-то рвалась упругая струя пара. Стрелки на многочисленных шкалах плавно оторвались от нулевых отметок и поползли, отсчитывая деление за делением. Положив руку на пусковой рычаг блока управления временем, Фостер напряженно ждал. Медленно уходили минуты…

Сейчас ему не хотелось даже думать о том, что будет, если установка недоработает.

Разумеется, прежде чем приступить к сборке хроноскопа, Фостер проделал сотни экспериментов. Однако сдвиг времени в тех опытах не превосходил миллионных долей секунды. На полную мощность он включал хроноскоп впервые… Предстоял прыжок сразу на два часа… Впрочем, Стенли был уверен в том, что его расчеты не содержат ошибок. Мысль о возможности неудачи он постарался загнать в глубь сознания…

До критического срока оставалось только четыре минуты. Стараясь сохранить спокойствие, Фостер прибавил напряжение. Потом еще. И еще…

Наконец, последняя стрелка коснулась контрольной черты. Через минуту темпоральное поле должно было достигнуть расчетной величины.

Плотно сжав губы, Фостер до отказа перевел рычаг…

Гудение оборвалось сразу — и наступила необычная глухая тишина. Потом Фостеру показалось, что лаборатория наполнилась странным голубым туманом. Но сам он не испытывал никаких необычных ощущений… Туман мгновенно сгустился до полной черноты, а когда рассеялся, Фостер увидел себя снова в парке на берегу каньона у знакомого мостика. Рядом с ним была Глен.

— А теперь сфотографируй меня здесь, Стен! — весело прокричала она, вбегая на роковой мостик.

С беспощадной отчетливостью Фостер представил все, что должно за этим последовать. И… не смог даже крикнуть, предупреждая об опасности. Как и в первый раз, он поднял аппарат, поймал Глен в прямоугольник видоискателя…

Всеми его движениями и поступками сейчас словно руководила некая внешняя неумолимая сила. Он ощутил себя безвольной марионеткой. Это было невыносимо: казалось, он вполне мог помешать трагическому исходу и тем не менее поступал вопреки такой возможности.

Все повторилось точь-в-точь, словно эпизод, записанный на пленку видеомагнитофона.

И падение… И крик…

И снова Стенли, обдирая лицо и руки, мчался вниз, к машине, снова в безумной надежде бешено гнал ее по дороге, страшась потерять хотя бы минуту. Чтобы вновь, на рамой грани критического срока, нажать рычаг хроноскопа…

И опять он оказался вблизи рокового мостика в тот же самый момент, и вновь пережил ужас катастрофы, и вновь ничего не смог сделать.

И опять этот ужасный крик. И тот же сорвавшийся в дерева желтый лист, медленно оседающий в пропасть…

А потом гонка на автомобиле, лаборатория, хроноскоп, красный рычаг…

Круг, заколдованный круг!

Только что несчастье повторилось в четвертый раз.

И Фостер понял, что попал в ловушку, из которой нет выхода. Как он мог не подумать об этом раньше?

Ведь если все однажды совершившиеся события должны повторяться с железной неумолимостью, то в их число входит и включение хроноскопа!.. И значит, теперь он, Фостер, обречен весь остаток жизни мчаться сломя голову в машине, врываться в лабораторию, включать хроноскоп, — и все только для того, чтобы еще и еще раз присутствовать при гибели Глен… Заколдованный круг, из которого ему никогда не выбраться.

Впрочем, что значит — остаток жизни? Время фактически остановилось — теперь оно вечно будет кружиться в пределах двух роковых часов: катастрофа, машина, лаборатория, хроноскоп, снова катастрофа… И опять, и опять… И так веки вечные!..

Его точно пронзило током: а Глен? Каждые два часа она будет возникать из небытия, чтобы через несколько секунд умирать — умирать несчетное число раз!

Смерть ужасна — все в человеке восстает против нее, но умирать целую вечность!..

И тут же эта мысль уступила место другой, неизмеримо более страшной.

Ведь в том же самом заколдованном двухчасовом круге обречено теперь вращаться и все человечество… Нет, впрочем. Мощность хроноскопа не так уж велика, чтобы воздействовать на всю планету. И все-таки — а вдруг?..

Стенли похолодел, живо представив себе, как многие тысячи людей на Земле будут вечно умирать, а другие тысячи вечно страдать от болезней. И даже те, у кого в течение этих двух часов произошли радостные события, вряд ли станут счастливы от их бесконечного повторения. Ведь за этой радостью ничего не последует!

Фостеру мучительно захотелось проснуться и стряхнуть о себя немыслимое наваждение. Но он отчетливо сознавал, что это не сон, что ему вообще не суждено больше видеть снов, его ждет вечное бодрствование в несокрушимых пределах между двенадцатью и двумя часами пополудни…

В этот момент мрачные размышления Стенли были прерваны: контрольная стрелка достигла красной черты, и водоворот времени вновь подхватил, закружил его и вынес в то же трагическое место — к змеящейся среди пышной зелени щели глубокого каньона…

Еще один неотвратимый круг… И еще один… и еще… От непрерывного калейдоскопа изнурительно повторяющихся событий Стенли постепенно терял способность мыслить. Он уже почти не реагировал на происходящее, и лишь тупо и бессмысленно продолжал автоматически играть снова и снова свою двухчасовую роль…

И все же, несмотря на липкий густой туман, обволакивающий его мозг, Фостер натренированным глазом физика-экспериментатора отметил странную деталь…

Он не мог бы сказать, на каком это случилось круге. Но он увидел, как желтый листок, сорвавшийся с дерева, на этот раз упал в пропасть, не коснувшись мостика. Ничтожное различие в несколько сантиметров. Но — различие!..

Сознание Фостера, мгновенно избавившись от оков безразличия, лихорадочно заработало, словно двигатель, к которому подключили электроэнергию.

Разница в несколько сантиметров!.. Мельчайший штрих, ничтожнейшая деталь, вряд ли способная сколько-нибудь существенно повлиять на воспроизведение событий.

Но она есть, эта разница, — вот в чем главное! Фостер не мог ошибиться, он видел совершенно отчетливо… А если так, значит, в мире в самом деле нет той железной последовательности и предопределенности всех событий, которую исповедовали физики во времена Ньютона и Лапласа…

Как же он мог позабыть?.. Случайность!.. Она есть… Вселенной правит не алгебра, исключающая любые неожиданности и непредвиденные повороты, а вероятность… Разве сам он не объяснял много раз своим студентам, что мировые процессы необратимы? И приводил пример: если, скажем, взорвать мост через реку, а затем пустить время вспять, то разлетающиеся во все стороны осколки хотя и повернут назад, но никогда не соберутся вновь в точно такой же мост…

Прошедшее и будущее связаны неоднозначно!

Падающий листок… А может быть, не только листок? Просто он не обратил внимания. Был подавлен одной только мыслью о невозможности спасти Глен.

Теперь Фостер стал внимательнее присматриваться к повторяющимся событиям. И ему удалось заметить, что некоторые детали действительно различаются. Однажды тот же лист опустился не слева от мостика, а с противоположной стороны. В другой раз на одном из перекрестков, который он неизменно проскакивал при зеленом свете светофора, его едва не задержал красный сигнал. Тогда же Фостер отметил, что аппаратура хроноскопа входила в режим на одну миллисекунду дольше, чем обычно…

Разумеется, все это были только мелкие, в общем-то несущественные детали, которые сами по себе мало что могли изменить. И все же у Фостера появилась надежда. Смутная, неосознанная, неясная — и все-таки надежда.

Стенли преобразился. Он обладал бесценным для экспериментатора свойством::способностью, если нужно, сотни и тысячи раз настойчиво повторять один и тот же опыт, без устали производить повторные однообразнее измерения. До тех пор, пока не будет получен желаемый результат. Именно это всесокрушающее упорство и помогло Фостеру создать хроноскоп…

Но, прежде чем действовать, надо было все продумать и взвесить. Теперь, когда он снова обрел какое-то равновесие, в голову ему пришла поразительная мысль. Настолько очевидная, что можно было лишь удивляться, как она не возникла раньше. Может быть, именно в силу своей очевидности?..

Только на пятнадцатом, а может быть, на двадцатом круге Фостер обратил внимание на то, что помнет все случившееся, начиная с момента трагедии у мостика. И все, что происходило потом, всеоднообразные повторения событий. А ведь он считал, что обращение времени должно стирать всякую памятью событиях, которые из прошедших становятся будущими.

И разве не удивительно, что в его сознании рождаются новые мысли, которые не возникали на прошлых кругах? Все действия и поступки воспроизводятся точь-в-точь, а сознание почему-то себя не повторяет. В чем же дело?

Может быть, правы те, кто считает, что мозг — это своеобразное квантово-механическое устройство, где предшествующие состояния связаны с последующими далеко не однозначно. Система, работающая на принципе неопределенности…

Но разве не сознание управляет поступками человека? Почему же, в таком случае, он ясно видит возможность спасти Глен, но не способен совершить для этого ни одного реального шага? Почему, словно бездушный автомат, он каждый раз только повторяет и повторяет одни и те же действия? Странное раздвоение разума и тела?… Какой-то совершенно удивительный, не укладывающийся в сознании парадокс.

Парадокс!.. Но всякий парадокс — сигнал о неведомых возможностях…

«Порвалась связь времен» — почему-то пришли на память знаменитые гамлетовские слова. Если бы Датский принц был диалектиком, он понимал бы, что именно тогда, когда рвется «связь времен» — цепь привычных причин и следствий, — и создаются наиболее благоприятные условия для прогресса, для скачка в неизвестное.

Эту истину. Фостер за долгие годы своих занятий физикой успел усвоить очень хорошо. Сколько раз перед ним вырастала глухая стена, которую, казалось, невозможно было ни преодолеть, ни обойти. Но стоило только обнаружить парадокс — явление, противоречащее привычным теориям, — и всегда находилась хорошо замаскированная потайная дверца, за которой открывался совершенно новый путь.

Где же та дверца, которую он должен отыскать на этот раз?

Хотя Фостер продолжал участвовать в безостановочно вращающейся карусели событий, его сознание было теперь целиком поглощено поисками решения.

* * *

Итак, предопределения нет и события необратимы. Миром правят не железные правила механики, а законы случая. Их тоже невозможно нарушить: закон природы — это закон природы, и ничего тут не поделаешь. И все же вероятность оставляет какую-то возможность «от» и «до», какую-то., пусть даже минимальную, свободу выбора, свободу действий. Пропасть между мыслью и действием не может быть абсолютно непреодолимой.

Теперь, подумал Стенли, все зависит от меня, только от меня. От моей сосредоточенности, воли, упорства, от веры в возможность совершить то, что я должен совершить…

Он наметил план: постараться включить хроноскоп хотя бы чуть-чуть быстрее. Тогда чуть раньше он окажется там, у мостика, — у него появится дополнительное время, и можно будет попытаться что-то изменить.

В очередной раз ворвавшись в лабораторию, Фостер величайшим напряжением воли заставил себя чуть быстрее метнуться к пульту. Электронный секундомер бесстрастно отметил, что аппаратура включена на десятую долю секунды раньше…

На следующем’цикле выигрыш составил уже полсекунды.

А потом пошло и пошло! Разрыв во времени по сравнению с «исходным графиком» событий быстро нарастал и скоро достиг уже нескольких секунд. Видимо, Фостеру все же удалось что-то изменить в цепи причин и следствий.

Но у мостика пока что все оставалось по-прежнему. Только теперь Фостер с каждым новым кругом удалялся от рокового момента все дальше и дальше в прошлое. Постепенно разница достигла почти двадцати секунд.

В водоворот времени включались все новые и новые события, предшествовавшие падению Глен. Однако их последовательность оставалась неизменной. И теперь Фостер сосредоточил все свои силы, всю волю только на том, чтобы нарушить эту последовательность, выбить какое-то звено из цепи событий именно в этом месте.

Он уже потерял счет циклам, — вероятно, их промелькнуло несколько десятков, может быть, даже полсотни, — но сейчас это его не интересовало. Лишь однажды в его сознании возникла мысль о том, что пятьдесят двухчасовых циклов — это четверо суток: четверо суток он не спал, не ел, не испытывая ни голода, ни усталости. Должно быть, так могло продолжаться целую вечность, по крайней мере — пока не перегорит что-то в хроноскопе.

Но не будет продолжаться! Он, Стенли Фостер, вызвал «из бутылки» этого джинна, этот взбесившийся вихрь времени, он его и разрушит, укротит, разомкнет заколдованный круг. Теперь, после того, как в сражении с вечностью было выиграно двадцать секунд, — Стенли поверил в свою победу…

Надо остановить Глен, увести ее от этого проклятого мостика, увести раньше, чем она взойдет на него и обопрется о хрупкие обманчивые перила. И достичь этого нужно с помощью какого-то предельно минимального действия, которое прежде отсутствовало в цепи событий. Какого же?

Фостер не сомневался в том, что сколько-нибудь серьезного отступления от записанного однажды в анналах времени «сценария» ему при всем желании и настойчивости осуществить не удастся…

Заставить себя крикнуть «стой»? Но своенравная, экспансивная Глен просто его не послушает. Уж он-то ее знает… Схватить ее за руку? Слишком велико расстояние, их разделяющее, — о том, чтобы его преодолеть, нечего и думать…

Действие… Необходимо простейшее, элементарное единоразовое действие. Но такое, чтобы могло изменить весь дальнейший ход событий…

Фотоаппарат?.. Уничтожить фотоаппарат! Тогда нельзя будет фотографировать, и Глен незачем будет всходить на мостик. К тому же, разумеется, сам факт неожиданного и непонятного уничтожения дорогой фотокамеры не сможет не привлечь ее внимания. «Стрелка» окажется «переведенной», Глен будет вовлечена в другую череду событий…

Уничтожить! А как? Самое простое и незамысловатое в обычных условиях, сейчас это действие приобретало черты безнадежной неосуществимости. Разбить о камень? Но Стенли чувствовал, что способен совершить в лучшем случае лишь одно «запрограммированное» движение. А камера висит у него на шее, на прочном кожаном ремне. Отбросить ее в сторону одним широким взмахом руки, одновременно освободив голову из петли ремня? Нет, и такое движение слишком сложно…

Между тем, следовало торопиться. Фостер интуитивно чувствовал, что наступил благоприятный момент. Сейчас, когда ему удалось расшатать связь причин и следствий, медлить нельзя. Кто знает, что может произойти на очередном круге? События могут принять самый нежелательный оборот.

А стрелки на пульте показывали, что через несколько секунд начнется новый цикл…

Нарастающее гудение. Голубой туман. И вот Фостер снова у мостика…

Глен привычным движением поправила волосы на лбу и улыбнулась. Через секунду она произнесет свою «дежурную реплику», и «пьеса» будет разыграна в очередной раз. Надо действовать!..

Решение сложилось мгновенно, где-то в подсознании. Во всяком случае, Стенли еще не успел ничего обдумать, а его мозг уже послал команду. Коротким резким движением руки Стенли рванул камеру сверху вниз с нечеловеческой силой, той силой, которая рождается в критические моменты. Ремень лопнул… Стенли разжал пальцы, и аппарат врезался в каменистую тропинку. Фонтанчиком брызнули осколки стекла…

Глен повернула голову, брови ее удивленно приподнялись. Она быстро шагнула к Стенли и наклонилась над обломками фотоаппарата.

Шагнула к Стенли!.. И тем самым вышла, вырвалась из прежней своей роли, которая неумолимо вела ее в пропасть…

Новая ситуация породила и новые следствия. Хотя и теперь цепь событий во многом повторяла прежнюю.

Стенли не успел опомниться, как вновь, оступаясь и царапая лицо и руки, мчался вниз по крутой тропинке. Но на этот раз он крепко сжимал руку Глен, которая, все еще ничего не понимая, спотыкаясь и скользя, следовала за ним.

Теперь Фостеру незачем было спешить. Он достиг цели, совершил почти невозможное; вырвал у вечности жизнь Глен. Но однажды сложившаяся последовательность событий все еще влекла его по прежнему пути — к машине и в лабораторию.

И Стенли с ужасом подумал о том, что произойдет, когда, оказавшись в аппаратной и будучи не в силах воспротивиться этой неумолимой последовательности, он вновь включит хроноскоп… Чего он, собственно, добился? Снова все тот же заколдованный круг, безостановочная карусель, с той лишь разницей, что теперь рядом с ним в том же безнадежном, бесконечно повторяющемся вихре времени будет кружиться и Глен, и вообще все вокруг.

— А возможно, все еще хуже… Появление Глен не может не внести каких-то изменений в сложившуюся цепь причин и следствий. Но каких? И какие отношения теперь могут возникнуть? Предвидеть это невозможно.

Стенли похолодел при мысли о том, что может оказаться на месте происшествия уже после рокового события. Тогда он потеряет Глен навсегда…

Если что-то можно еще сделать, то именно сейчас. Так подсказывала уже не интуиция, а логика. Благодаря появлению Глен в системе событий возникла неопределенность. Для Глен пока еще не существовало жесткого «сценария» — ведь она не принимала участия в предыдущих циклах. И ее действия зависели сейчас только от нее самой.

Пока… До тех пор, пока не замкнется круг. Следующий цикл, скорее всего, уже будет точным повторением предыдущего. Тогда и она уже ничего не сможет сделать…

Машина приближалась к лаборатории, и у Стенли почти не оставалось времени на дальнейшие размышления.

Если бы Глен хотя бы попыталась о чем-то с ним говорить! Быть может, это помогло бы как-то изменить ход событий и воспрепятствовать включению хроноскопа. Но она, словно загипнотизированная, всю дорогу сидела молча, вжавшись в сиденье и не отрывая испуганных глаз от несущейся навстречу асфальтовой ленты.

Впереди показался последний поворот… Взвизгнули тормоза, и Стенли, не в силах сопротивляться непреодолимому давлению. «запрограммированных» событий, еще не дождавшись полной остановки машины, распахнул дверцу и выпрыгнул наружу. Момент включения хроноскопа неумолимо приближался, и теперь оставалось Надеяться разве что на импровизацию…

А ноги уже несли Фостера к лестнице, ведущей в лабораторию. Но в этот момент Глен вдруг очнулась от своего транса и, выскочив из машины, оказалась между Стенли и входной дверью.

— Нет! — закричала она, расставив руки и заслоняя собой дорогу. — Нет!..

Стенли остановился, словно автомат, из которого на время выключили ток. Цепь неумолимо связанных друг с другом событий прервалась.

Это было явным нарушением «сценария», хотя и не настолько сильным, чтобы Фостер освободился от его влияния и обрел собственную инициативу.

Они стояли друг против друга, замерев, неподвижные, словно статуи. А время шло…

Случилось самое худшее. Безвозвратно исчезали в прошлое секунда за секундой. А вместе с ними уходило за пределы досягаемости хроноскопа и все происшествие у мостика. Правда, оставалась еще надежда, что последующие циклы будут повторением последнего, в котором катастрофы удалось избежать. А если все вернется к исходному варианту? Когда имеешь дело с вероятностью, ни в чем нельзя быть уверенным на сто процентов…

Прошла минута или, может быть, несколько больше. У Фостера даже затеплилась надежда, что непредвиденная пауза затянется, окончательно разорвав цепь причин и следствий и очередного включения хроноскопа удастся избежать.

Но тут Глен так же неожиданно отступила в сторону и бессильно прислонилась к косяку двери, освобождая путь в лабораторию…

И все вновь пришло в привычное движение.

Перепрыгивая через ступеньки, Фостер побежал вверх по лестнице.

Аппаратная… Пульт… Пусковые кнопки… Нарастающий гул генератора…

Стенли повернулся к контрольному пульту и увидел наполненные ужасом глаза Глен.

— Зачем? — чуть слышно сказала она.

Фостер не отвечал — он снова был целиком во власти «программы».

Взгляд Глен беспомощно забегал по лаборатории.

— Нет! — пронзительно вскрикнула она и, метнувшись к Фостеру, повисла у него на руке. — Не хочу…

И так как Стенли продолжал стоять неподвижно, ни на что не реагируя, она с неожиданной силой повернула его к себе.

— Слышишь? Не хочу!..

Скорее всего, этот рывок все и решил… Он окончательно выбросил Фостера из «наезженной колеи». Стенли почувствовал себя так, будто освободился от непосильного груза. Еще не веря, что это возможно, и опасаясь, что в любое мгновение может вернуться прежнее состояние, он судорожно схватил лежавший на столе тестер и, размахнувшись, швырнул его в темпоральный блок хроноскопа. Туда, где с помощью хитроумной комбинации электромагнитных и гравитационных полей осуществлялось управление ходом времени.

* * *

Оглушительный треск!.. Темпоральный блок вспыхнул слепящим голубым сиянием. Аппаратная наполнилась призрачным клочковатым туманом…

Стихли генераторы…

Неудержимый водоворот времени иссяк, вновь превратившись в величавый, неторопливый поток.

Стенли медленно вытер ладонью взмокший лоб и, обессилев, привалился к столу.

Дрожа всем телом, Глен прижалась к Фостеру.

— Что это было? — прошептала она.

— Ты… спасла… нас всех, — устало сказал Фостер.

 

Куда течет река времени?

Природа времени — одна из самых излюбленных тем современной научной фантастики. Существует бесчисленное множество рассказов, повестей и романов, в основу которых положены различные предположения о свойствах этой физической величины.

Разумеется, авторы подобных произведений не ставят перед собой задачу раскрыть эти свойства. Манипуляции с временем они используют как фон, на котором развертывается действие, фон, позволяющий ставить героев в необычные ситуации. И, надо признать, фон, создающий для этого поистине неограниченные возможности. Потому что категория времени до сих пор таит в себе великое множество загадок…

Проблема времени занимала человека еще с глубокой древности. Над сущностью времени задумывались самые могучие умы, самые выдающиеся мыслители пытались постичь его сокровенный смысл.

Интерес этот вполне понятен. Пожалуй, нет среди физических величин, характеризующих течение явлений в окружающем нас мире, величины более таинственной, неуловимой, ускользающей от понимания человека, чем время…

Особенно пристальное внимание проблема времени привлекает к себе во второй половине текущего века. Это в значительной степени связано с тем, что современное естествознание — физика, астрономия, космология, кибернетика, математика — поставляет все большее количество новых данных, способных пролить свет на природу времени. При этом центральным вопросом является вопрос о его направленности.

Народная мудрость гласит: дом потеряешь — можно выстроить новый, деньги потеряешь — можно заработать другие, время потеряешь — все потеряешь!

В этом афоризме нашло свое отражение наиболее характерное отличительное свойство времени — его необратимость. Время нельзя повернуть вспять: что прошло, то прошло безвозвратно. Мы не можем возвратиться в прошлое и не можем, опередив время, забежать в будущее, а затем вернуться в свою эпоху.

Итак, необратимость — одна из основных особенностей времени. Другими словами, время всегда течет в одном направлении, и, чтобы подчеркнуть это обстоятельство, часто говорят о стреле времени.

Исторически представление о необратимости или однонаправленности времени, видимо, сложилось под влиянием того факта, что все реальные процессы, с которыми сталкивается человек в окружающем мире, практически необратимы. Ведь если бы время потекло вспять, то вокруг нас стали бы происходить совершенно поразительные явления. Но таких явлений никто и никогда не наблюдал.

Немаловажную психологическую роль сыграло, по всей вероятности, и то обстоятельство, что мы ничего не можем изменить в прошлом и не способны во всех деталях предвидеть будущее. Для прошлого характерна полная определенность, а для будущего значительная неопределенность. Иными словами, между прошлым и будущим существует явная асимметрия. А вся жизнь человеческая протекает на той грани, на которой будущее превращается в прошлое: сама жизнь человека — это необратимый процесс.

Философы неоднократно пытались вывести временной порядок из причинного. Но все дело в том, что при определении причинного порядка мы явно или неявно опираемся на понятия временного порядка. Ведь когда речь идет о том, что «причина порождает следствие», подразумевается, что следствие появилось после причины. Таким образом, любая попытка вывести временной порядок из порядка причинного фактически неизбежно приводит к логическому кругу.

Однако наряду с рассуждениями общего характера закономерно возникает вопрос: нельзя ли выявить такие необратимые процессы в самой природе, с которыми можно было бы строго связать однонаправленность времени?

Еще Аристотель писал: «Мы не только измеряем движение временем, но и время движением… ибо время определяет движение, будучи его числом, а движение — время»).

Сущность времени нельзя понять, не связывая его с поведением материальных объектов, с конкретными физическими явлениями. Каковы же те физические процессы, протекающие в реальном мире, которые могут определять однонаправленность времени?

Вообще говоря, для того чтобы доказать необратимость времени, в сущности, достаточно обнаружить в природе хотя бы один строго необратимый физический процесс. Его наличие сразу придало бы физический смысл направленности времени как для самого этого процесса, так и для всех других, связанных с ним, обратимых процессов, которые вследствие этого стали бы необратимыми.

Естественно прежде всего обратиться к механике. Любопытно, что в классической механике нет никаких запретов, препятствующих обращению времени. В ее уравнениях можно поменять знак времени на противоположный, и все процессы потекут в обратном направлении, проходя в обратном порядке те же самые состояния. Другими словами, уравнения механики, так же как и их решения, обратимы во времени.

Однако «теоретической» обратимости отнюдь не соответствует фактическая обратимость механических процессов в реальном мире. Это связано с тем, что идеальных чисто механических процессов в природе практически не бывает. В любой механической системе в результате взаимодействия составляющих ее объектов происходит неизбежное рассеяние энергии, ее диссипация. А при этом условии процесс становится необратимым.

Таким образом, возникает парадоксальное противоречие. Реальные механические процессы необратимы, а теория механических явлений допускает их полное обращение. Следовательно, оставаясь в рамках чистой механики, физического обоснования однонаправленности времени мы получить не можем.

Между тем для обоснования необратимости времени одних экспериментальных доказательств, как бы многочисленны они ни были, недостаточно. Необходимо, как принято говорить, иметь еще обоснования номологические — на уровне физических законов. Но такого обоснования однонаправленности времени, оставаясь в рамках «чистой» механики, мы, очевидно, получить не можем.

Нельзя ли, однако, использовать то обстоятельство, что из обратимых уравнений механики могут быть выведены необратимые уравнения, описывающие поведение статистических систем? Иначе говоря, нельзя ли воспользоваться тем, что все реальные процессы сопровождаются неизбежным рассеянием энергии?

Действительно, наиболее распространенным обоснованием односторонней направленности времени как раз и является обоснование, связанное с фактом возрастания энтропии (меры рассеяния энергии), вытекающим из второго качала термодинамики. То обстоятельство, что во всех природных процессах энтропия возрастает, может быть принято за физическую причину необратимости времени («термодинамическая стрела» времени).

Однако и на этом пути мы также сталкиваемся с определенными парадоксами. С точки зрения статистической физики в принципе возможны ситуации (вероятность их возникновения отлична от нуля), когда в той или иной системе происходит спонтанное, т. е. самопроизвольное, уменьшение энтропии.

И поэтому, хотя в нашем распоряжении нет ни одного экспериментального факта нарушения второго закона термодинамики, мы тем не менее не имеем права говорить о строгом обосновании необратимости времени на основании статистических и термодинамических закономерностей.

Чтобы обойти эти трудности, необходимо задать стрелу времени каким-то другим способом, независимым от свойств термодинамических систем.

Логично попытаться связать однонаправленность времени с фактом расширения Вселенной. Очевидно, каждому состоянию расширяющейся Метагалактики можно поставить в соответствие определенный момент времени, характеризующий временной интервал, отделяющий это состояние от начала расширения. И поскольку взаимные расстояния между галактиками непрерывно возрастают, этому соответствует и единое направление времени — «космологическая стрела».

Однако и в обосновании «космологической стрелы» времени мы также встречаемся с существенными трудностями. Дело в том, что нам неизвестен какой-либо общий закон или принцип, запрещающий «сбегание» космических объектов, т. е. сжатие Вселенной. Напротив, с точки зрения общей теории относительности возможность смены расширения сжатием зависит только от средней плотности материи во Вселенной.

Таким образом, следует признать, что нашим необратимым миром почему-то управляют законы, безразличные к направлению течения времени. Естественно поэтому ожидать, что должен существовать некий более общий, фундаментальный закон, определяющий это направление. Каков этот закон, нам пока совершенно неизвестно. Тем более что аналогичные частные законы не сформулированы ни в одной ограниченной области физических явлений.

Можно лишь предполагать, что общий закон, о котором идет речь, должен не только разрешать течение тех или иных процессов в определенном направлении, но и запрещать их протекание в обратном направлении.

Итак, если стрела времени всегда направлена в одну сторону, то возникает закономерный вопрос: имела ли она свое начало? Или в несколько парадоксальной формулировке: было ли такое «время», когда времени не было?

Еще древнегреческий мыслитель Прокл в своих основах физики писал: «Время непрерывно и вечно»).

Предложенные им алгоритмы доказательства вечности времени опираются на представление о его непрерывности. Но эти и им подобные рассуждения носили умозрительный характер.

Современная теория расширяющейся Вселенной, как известно, исходит из того, что существовал начальный момент Т= 0.

«Мыслима такая космологическая схема, — отмечает академик Эстонской ССР Г. И. Наан, — в которой Вселенная не только логически, но и физически возникает из ничто, притом при строгом соблюдении всех законов сохранения.

Ничто (вакуум) выступает в качестве основной субстанции, первоосновы бытия»).

К идее «начального момента» в современной теории расширяющейся Вселенной наиболее близка категория «вдруг», описанная Платоном: «…„вдруг“, видимо, означает нечто такое, начиная с чего происходит изменение в ту или другую сторону. В самом деле, изменение не начинается с покоя, пока это покой, ни с движения, пока продолжается движение; однако это странное по своей природе „вдруг“ лежит между движением и покоем, находясь совершенно вне времени; но в направлении к нему и, исходя от него, изменяется движущееся, переходя к покою, и покоящееся, переходя к движению»).

Возможен и такой вариант, при котором «начало» расширения имело место, а продолжительность существования Вселенной от начального момента до сегодняшнего дня тем не менее бесконечна.

Классическая физика XIX века, как известно, рассматривала время как нечто абсолютное, единое для всей Вселенной, не зависящее от материи.

А. Эйнштейн показал, что никакого абсолютного времени не существует. Течение времени зависит от положения и движения наблюдателя, а также от воздействия гравитационных полей. В частности, оказалось, что в сильном гравитационном поле течение времени существенно замедляется. Например, как мы уже отмечали в предыдущей главе, на границе черной дыры, где сила тяготения бесконечно велика, время вообще останавливается!

Возможно также, что время квантуется, подобно некоторым другим физическим величинам, т. е. существуют минимальные промежутки времени, короче которых в природе уже нет.

Словом, вопросов, связанных с природой времени, более чем достаточно. Их изучение — одна из увлекательнейших проблем современного естествознания.

Нас прежде всего будет интересовать космологическая «стрела времени», связанная с ходом эволюционных событий во Вселенной. Как они развертывались во времени, как одно состояние материи сменялось другим? Изучение этой последовательности событий — центральная задача астрофизики наших дней. Ведь понять современное состояние Вселенной невозможно без изучения тех предшествующих состояний, которые к нему привели. А без понимания современного состояния нельзя предвидеть состояния будущие.

Но раскрыть связь прошлого, настоящего и будущего можно лишь на основе глубокого изучения происходящих в мире физических процессов, взаимосвязи и взаимозависимости различных физических явлений.

 

Великое объединение

Изучение закономерностей эволюции материи во Вселенной — не только одна из важнейших, но в то же время одна из труднейших проблем современного естествознания. Интенсивные исследования в этой области, развернувшиеся во второй половине XX в., привели ученых к мысли, что для решения этой проблемы мало исследовать закономерности одних лишь космических явлений. Необходимо выяснить связь этих явлений с микропроцессами, с миром элементарных частиц.

Одним из основных положений материалистической диалектики является представление о всеобщей взаимосвязи и взаимозависимости явлений природы.

Развитие физики не раз убедительно подтверждало плодотворность этой идеи. Так, например, из знаменитых уравнений, выведенных Дж. Максвеллом в конце прошлого века, вытекало, что казавшиеся в то время совершенно разнородными электричество, магнетизм и свет на самом деле представляют собой различные проявления одних и тех же фундаментальных законов.

Создать единую теорию, которая объединила бы электромагнитные взаимодействия и гравитацию, пытался еще.

А. Эйнштейн. Однако Эйнштейну были тогда неизвестны сильные и слабые взаимодействия, к тому же он принципиально отвергал квантовую механику. Поэтому его попытки к успеху не привели.

Однако в истории науки нередко складываются парадоксальные ситуации. К их числу можно отнести создание так называемой квантовой теории поля, которая представляет собой синтез специальной теории относительности, гениально разработанной Эйнштейном, и той самой квантовой механики, которую полностью он так и не принял до последних дней своей жизни.

На основе квантовой теории поля, в свою очередь, была разработана квантовая электродинамика, описывающая взаимодействие между электронами и фотонами и с очень большой степенью точности подтвержденная экспериментально.

Согласно этой теории, электромагнитные взаимодействия, т. е. взаимодействия между заряженными частицами, например, между электронами и атомными ядрами, обеспечиваются благодаря тому, что эти частицы обмениваются фотонами.

В последние годы аналогичная теория была создана и для сильных взаимодействий. Она получила наименование квантовой хромодинамики. В основе этой теории лежит представление о том, что составные части атомных ядер — нуклоны, т.,е. протоны и нейтроны, состоят из особых фундаментальных частиц — кварков, обладающих дробным электрическим зарядом.

Кварки как теоретические объекты стали рассматриваться физиками, начиная с 1964 г. На первых порах в реальности существования кварков заставляла сомневаться дробность их электрического заряда. Однако в последние годы были получены экспериментальные данные, которые, судя по всему, говорят в пользу того, что кварки действительно обладают дробными зарядами.

Что же касается неудачных попыток выделения кварков «в чистом виде», то не исключено, что эти объекты представляют особый тип частиц, которые в отличие от барионов, мезонов или лептонов не могут существовать в свободном состоянии.

В связи с этим возник принципиальный вопрос, так сказать, методологического свойства: можно ли считать реально существующими физические объекты, которые не удается выделить в чистом виде? В частности, по отношению к кваркам некоторые физики проявляют определенную осторожность: они допускают, что эти гипотетические фундаментальные частицы являются всего лишь вспомогательными физическими образами, позволяющими удобно описывать некоторые свойства микрообъектов. Такой точки зрения, например, придерживался один из крупнейших физиков-теоретиков В. Гейзенберг, и хотя в настоящее время под воздействием впечатляющих успехов хромодинамики и основанной на кварковой модели теории сильных взаимодействий подобная точка зрения является уже менее популярной, тем не менее она все же существует.

Возможно, это в значительной степени объясняется тем обстоятельством, что физики, работающие в области изучения элементарных частиц, привыкли к тому, что до сих пор все теоретически предсказанные новые элементарные частицы рано или поздно обнаруживались экспериментально. Кварки же выпали из этой привычной схемы развития событий.

Вообще вопрос о том, «что из чего состоит», когда речь идет о явлениях микромира, утрачивает свой совершенно ясный и отчетливый смысл. Так, например, на основе экспериментальных данных считается, что при распаде нейтрона образуются протон, электрон и нейтрино. Значит ли это, однако, что нейтрон состоит из этих частиц? Подобное заключение было бы неверно хотя бы уже потому, что сам протон может распадаться на нейтрон, позитрон и нейтрино.

Таким образом, понятие «состоит из…» по отношению к элементарным частицам обладает ограниченной применимостью.

Эти соображения необходимо принимать во внимание и тогда, когда речь идет о том, что адроны состоят из кварков.

В настоящее время считается, что в природе существуют кварки нескольких разных типов, или «ароматов» (по современной физической терминологии), и для каждого кварка имеется соответствующий антикварк.

Подобно тому, как квантовая электродинамика связывает взаимодействие заряженных частиц с обменом фотонами, квантовая хромодинамика объясняет взаимодействие кварков в нуклонах обменом особыми безмассовыми частицами — глюонами. Глюоны представляют собой кванты особых «глюонных» полей (от английского слова glue — клей).

Между теориями, о которых идет речь, существует и другое сходство. В квантовой хромодинамике есть физическая величина, аналогичная электрическому заряду в квантовой электродинамике. Она называется «цветом». Из опыта известно, что электрический заряд «квантуется» — заряд электрона, например, в точности равен по абсолютной величине заряду протона. Что же касается «цвета», то каждый кварк может находиться в одном из трех «цветовых состояний», условно названных красным, зеленым и синим (в некоторых вариантах теории — красным, синим и желтым).

Любой барион состоит из трех кварков разного цвета, но сам тем физическим свойством, которое соответствует понятию «цвет», не обладает. Именно по этой причине способ описания с помощью цвета оказался весьма удобным. Ведь, как известно, смешение красного, зеленого и синего цветов дает цвет, близкий к белому. Что касается мезонов, то согласно кварковой модели каждый из них образован кварком и антикварком. Поэтому мезоны так же «бесцветны», как и барионы: цвет антикварка нейтрализует «антицвет» кварка. А вот глюоны, осуществляющие сильные взаимодействия, имеют цвет и поэтому в изолированном виде не существуют.

Если на первых порах кварки рассматривались только в качестве составных частей некоторых элементарных частиц, то к настоящему времени понимание той роли, которую они играют в строении материи, в ее глубинных свойствах, значительно расширилось. В частности, обнаруживается явная взаимосвязь между тяжелыми частицами, электронами, мю-мезонами и кварками. Связь, которая позволила приступить к созданию единой теории, объединяющей все известные элементарные частицы. Суть этой теории состоит в том, что основные физические взаимодействия — слабое, электромагнитное, сильное и гравитационное — проявляются как разные только при сравнительно небольших энергиях, а при достаточно высоких энергиях они объединяются, сливаются.

В случае, если энергия взаимодействующих частиц достигает 102 ГэВ (соответствующая температура 1015 К), объединяются слабое и электромагнитное взаимодействия. При энергиях около 1015 ГэВ и температуре 1028 К происходит «Великое объединение» — слияние не только слабого и электромагнитного, но и сильного взаимодействий. Когда же энергия достигает 1019 ГэВ, а температура 1032 К, то с ними; по-видимому, объединяется и гравитационное взаимодействие. Осуществляется так называемое «Величайшее объединение».

Сперва была разработана теория, объединяющая электромагнитные и слабые взаимодействия. Иногда ее называют «электрослабой». Эта теория уже получила блестящие экспериментальные подтверждения. В частности, она предсказала существование неизвестного ранее класса физических явлений — так называемых нейтральных токов.

В основе современной электрослабой теории лежит представление о так называемых промежуточных векторных W-бозонах — положительных, отрицательных и нейтральных (последние иногда и называют «нейтральными токами»). При слабых взаимодействиях эти частицы играют ту же роль, что и фотоны при электромагнитных взаимодействиях (т. е. являются «переносчиками» взаимодействия). В 70-е годы были получены убедительные доказательства их существования. Промежуточные векторные W-бозоны были обнаружены совсем недавно с помощью ускорителей, разгоняющих элементарные частицы до энергии свыше 100 ГэВ.

Однако и «электрослабая» теория обладает определенными изъянами. В ней слишком много произвольных параметров, с ее помощью не удается объяснить все наблюдаемые явления. Преодолеть эти недостатки физики и стремятся с помощью еще более общей теории, теории «Великого объединения».

Сперва предсказания новой теории казались фантастичными. Однако в дальнейшем многие из них получили убедительные экспериментальные подтверждения. Это дает основания предполагать, что подтвердятся и остальные. Как сказал один известный советский физик-теоретик: «Сначала я был скептиком. Но этот скепсис был неоднократно бит новыми экспериментальными фактами и теперь я стал оптимистом. Думаю, что и те частицы, которые пока еще появились только „на кончике пера“, будут открыты и в действительности».

Теория «Великого объединения» — важный шаг к более глубокому пониманию взаимозависимости явлений микромира и космических процессов.

В настоящее время можно говорить о двусторонней связи между физикой и наукой о Вселенной. С одной стороны, сложные явления, протекающие в космосе, не могут быть поняты без учета достижений современной физики, в частности, физики элементарных частиц. С другой же стороны, те параметры, которые интересуют современную физику, а именно расстояния порядка 10-20-10-30 см и энергии порядка 1015-1016 ГэВ, не могут быть достигнуты в обозримом будущем в лабораторных условиях. Но именно такие параметры характерны для ранней стадии эволюции Вселенной.

Поэтому теоретические и экспериментальные исследования в области физики элементарных частиц, о которых идет речь, имеют чрезвычайно важное значение и для понимания многих фундаментальных свойств Вселенной. В частности, от того, существуют кварки или нет, сколько их, каковы их массы, как они себя ведут и как взаимодействуют, зависит поведение Вселенной в первые мгновения расширения, а также ее будущая судьба…

Представим себе достаточно мощный конденсатор, который мы чрезвычайно быстро разряжаем и заряжаем. В результате поле внутри конденсатора также будет испытывать весьма быстрые изменения. Оказывается, при таких условиях между обкладками конденсатора должны рождаться из вакуума электроны и позитроны. Аналогичные явления могут происходить и во Вселенной при некоторых нестационарных процессах, сопровождающихся мощными катаклизмами. В частности, подобные условия существовали на ранней стадии расширения, что должно было приводить к бурному рождению вещества.

Дальнейший ход эволюции Вселенной во многом зависит от того, сколько разновидностей элементарных частиц объективно существует. С точки зрения развиваемой в настоящее время теории их могут быть тысячи и десятки тысяч. Не исключено существование и бесконечного «набора» элементарных частиц различных масс. Однако вопрос остается открытым, поскольку теоретические выводы нуждаются во всесторонней экспериментальной проверке.

Теория «Великого объединения» имеет самое непосредственное отношение к выяснению физических явлений, происходивших в первые мгновения расширения Вселенной. Ведь согласно теории «горячей Вселенной» в этот период существовали температуры, при которых сливаются различные физические взаимодействия.

Более того, теоретические исследования, о которых идет речь, чрезвычайно важны и для понимания многих других процессов, происходящих во Вселенной.

Как мы уже говорили, по теории «Великого объединения» при температурах выше 1028 К электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия как бы «сливаются», теряют свою индивидуальную специфику. Однако, как выяснилось, необходимым условием такого «слияния» является нестабильность кварков. Но нестабильность кварков, в свою очередь, влечет за собой нестабильность и такой фундаментальной частицы, как протон, представляющий собой комбинацию трех кварков. Иными словами, протоны время от времени должны самопроизвольно распадаться. К счастью, как показывают расчеты, период полураспада протона на много порядков выше, чем возраст нашей Вселенной. В различных вариантах теории он оценивается от 1028 до 1033 лет. Поэтому окружающий нас мир устойчив благодаря тому, что «время жизни» протонов, а также тех нейтронов, которые входят в состав атомных ядер), чрезвычайно велико. Иначе все атомные ядра, состоящие из этих частиц, а следовательно, все окружающие нас предметы и мы сами давно распались бы на легкие частицы.

В то же время вывод о нестабильности протона открывает реальную возможность экспериментальной проверки обоснованности теории «Великого объединения». Поскольку протонов в мире существует очень много, распад некоторых из них время от времени можно «увидеть» и такие распады могут быть обнаружены.

Разумеется, ожидание распада какого-нибудь конкретного протона — дело безнадежное. Но если вести наблюдение за достаточно большим количеством вещества, то распад хотя бы нескольких частиц в принципе можно зарегистрировать. Для этого в настоящее время строятся специальные установки. Одна из них, например, должна содержать 10 тысяч тонн воды. В том случае, если среднее время жизни протона равно 1031 лет, то согласно расчетам в таком количестве жидкости в среднем должно происходить около трех распадов в сутки. Однако, если среднее время жизни протона составляет 1033 лет, то существующие в распоряжении современной физики средства для регистрации соответствующего числа распадов окажутся непригодными и возможность осуществления контрольного эксперимента отодвинется, по всей вероятности, на весьма длительный срок.

Как известно, одним из важнейших выводов теории относительности А. Эйнштейна является знаменитое соотношение Е = тс 2 — энергия Е , эквивалентная некоторой массе вещества, равна произведению этой массы т на квадрат скорости света с .

Физическим процессом, при котором такая «полная» энергия может выделяться, является аннигиляция вещества и антивещества.

Но если будет доказана нестабильность протона, это не только послужит важным свидетельством в пользу теории «Великого объединения», но будет также означать, что обычное вещество, хотя и медленно, может распадаться и без помощи антивещества выделять всю заключенную в нем энергию.

Многие фундаментальные характеристики Вселенной зависят и от того, какими свойствами обладает элементарная частица нейтрино. Поэтому особого внимания заслуживает то обстоятельство, что согласно теории «Великого объединения» нейтрино в принципе могут обладать ненулевой массой, доступной измерению, а также изменять свои свойства во время движения.

В результате экспериментов, проведенных в Институте экспериментальной и теоретической физики АН СССР, ученые пришли к выводу, что масса нейтрино около 25 электронвольт. Для сравнения напомним, что масса электрона эквивалентна 500 тысячам электронвольт. Но если нейтрино действительно обладают даже столь малой конечной массой, то их общий вклад в массу нашей Вселенной окажется весьма внушительным.

Как и всякий фундаментальный физический эксперимент, эксперимент по определению массы нейтрино нуждается в тщательнейшей проверке. По мнению самих экспериментаторов, вероятность того, что полученный ими результат соответствует действительности, составляет около 50 %. Однако до сих пор опровергнуть этот результат никому не удалось.

В настоящее время предпринимаются попытки разработки и такой единой теории поля, которая объединила бы не только сильные, электромагнитные и слабые взаимодействия, но и гравитационные.

 

В расширяющейся Вселенной

В одной из своих статей В. Л. Гинзбург так формулирует основную проблему современной космологии: изучить структуру пространства в больших масштабах и найти закон эволюции Вселенной во времени.

Теперь, когда мы познакомились с некоторыми выводами общей теории относительности, в частности, с искривлением пространства и черными дырами, мы можем еще раз обратиться к одному, из самых поразительных явлений окружающего нас астрономического мира — расширению Вселенной.

Астрономические данные свидетельствуют о том, что мы живем в мире разбегающихся галактик. Воображаемый наблюдатель, в какой бы галактике он ни находился, отметил бы, что все остальные звездные системы от него удаляются. Таким образом, «разбегание» оказывается как бы всеобщим свойством нашей Вселенной. Но если галактики разбегаются, то что было много миллиардов лет назад? Логично предположить, что современное состояние Вселенной возникло из состояния более плотного. В пользу подобного предположения говорят не только наблюдения (разбегание галактик) — к такому же выводу приводит и теория.

Одно точное решение уравнений теории Эйнштейна мы уже рассмотрели. Оно описывало гравитационное поле, создаваемое статической массой вещества, и привело нас к заключению о возможности существования «черных дыр». Это решение было получено К. Шварцшильдом в 1916 г. и носит его имя.

Не менее важным и фундаментальным является решение уравнений общей теории относительности в предположении об однородности и изотропности Вселенной, полученное советским ученым А. А. Фридманом в 1922 г. На основе этого решения была построена модель развития астрономического мира во времени, объясняющая разбегание галактик. В этой модели исходным является сверхплотное состояние материи, существовавшее 10–20 млрд. лет назад.

Выяснение физического состояния вещества, в результате расширения которого образовалась наша Метагалактика, — одна из фундаментальных проблем современного естествознания. Формально решения уравнений дают бесконечную плотность вещества в такой первичной конденсации. Однако бесконечное значение плотности не имеет физического смысла, и поэтому обычно говорят о сингулярности — необычном состоянии, резко отличающемся от «привычных» состояний материи. Во всяком случае считается, что это было состояние чудовищной плотности, достигавшей 1093-1095 г/см3, что на 79–81 порядок выше плотности атомного ядра. О подобных суперплотных состояниях мы пока мало что знаем. К описанию физических явлений, которые протекают в таких условиях, современные фундаментальные физические теории неприменимы.

По-видимому, в подобной ситуации меняется смысл, который мы вкладываем в такие фундаментальные понятия, как «пространство», «время», «одновременность», «раньше», «позже» и т. п.

Вообще говоря, наука допускает экстраполяцию тех или иных теоретических представлений и на области явлений, лежащие за границами применимости данной теории. При такой экстраполяции общая теория относительности приводит к выводу, что Вселенная возникла из бесконечно малого (точечного) объема при моменте времени, равном нулю.

Проблема сингулярности составляет одну из центральных проблем современной космологии. С одной стороны, эйнштейновская ОТО с неизбежностью приводит к сингулярности. Однако, с другой стороны, состояния с бесконечной плотностью физически неосуществимы. Складывается впечатление, что появление сингулярности в ОТО является следствием того, что ОТО неприменима к состояниям с очень большой плотностью, что она Здесь выходит за границы своей применимости.

Каким образом может быть устранено возникающее противоречие? Над решением этой задачи упорно работают современные теоретики — физики и астрофизики. Возможно, удастся показать, что возникающая с точки зрения ОТО в процессе эволюции Вселенной сингулярность не является все же в рамках этой теории абсолютно неотвратимой, что при определенных условиях от нее можно избавиться. Другое направление связано с возможностью существования так называемой «фундаментальной длины», т. е. некоей минимальной протяженности, которая определяет границы применимости известной нам физики. Возможен, однако, и третий вариант: не исключено, что границы применимости ОТО определяются возникновением квантовых явлений. Согласно существующим представлениям, такой границей служит временной интервал порядка 10-43 с, протяженность порядка 1,6·10-33 см и плотность порядка 5·1093 г/см3. В связи с этим предпринимаются попытки создания квантовой гравитационной теории и квантовой космологии. Этой теории предстоит решить целый ряд принципиальных проблем: о взаимодействии вещества и вакуума, который, судя по всему, представляет собой особую, скрытую форму существования материи, о рождении частиц из вакуума, о взаимосвязи микро- и макропроцессов. Именно это направление теоретического поиска сейчас является основным.

Первичная сингулярность — состояние, резко отличающееся от современного состояния Вселенной. Таким образом, Вселенная изменяется во времени: ее прошлое отличается от настоящего, а настоящее — от будущего. Это — фундаментальный вывод современного естествознания, имеющий важнейшее значение для человечества.

Решение Фридмана, соответствующее современному состоянию Вселенной, распадается на три подкласса решений, соответствующих трем возможным математическим моделям или трем возможным путям грядущего развития астрономического мира. Первый вариант — это так называемая замкнутая модель, второй — открытая модель и третий — промежуточный случай. В случае открытой модели расширение нашего мира должно продолжаться неограниченно. При этом общий его «вид» будет длительное время сохраняться. Лишь постепенно, через очень большие промежутки времени, состояние материи во Вселенной изменится.

В случае же замкнутой модели фаза расширения Вселенной должна со временем смениться на противоположную — фазу сжатия, а затем вновь произойдет расширение — и так без конца. Исследуя возможные свойства и закономерности подобных «циклических» Вселенных, ученые занимаются конструированием различных теоретических моделей.

Еще около тридцати лет назад знаменитый математик К. Гёдель попытался построить модель Вселенной, которая периодически точь-в-точь повторяет саму себя. Ситуация, весьма заманчивая для авторов научно-фантастических романов.

Если бы модель Гёделя соответствовала действительности, то это означало бы, что все наблюдаемое нами в окружающем мире уже когда-то было. И не один раз…

Однако повторяющая себя Вселенная в духе Гёделя пока что остается всего лишь неопределенной идеей, возможностью, которая и не подтверждена и не опровергнута. Более детально разработаны другие варианты циклических моделей. В этих моделях Вселенная пульсирует, то сжимаясь, то расширяясь и периодически проходя при этом через стадию чудовищно плотной горячей плазмы.

Одна из таких моделей сконструирована английским астрономом Т. Голдом. В ее основу положен тот уже известный нам факт, что все современные физические теории в принципе допускают обращение направления времени. Если в уравнениях этих теорий изменить направление течения времени на противоположное, то не возникает никаких противоречий, только все события потекут в обратном порядке.

Правда, в реальном мире мы ничего подобного не наблюдаем. И тому, видимо, есть свои причины, хотя нам они пока неизвестны. А вот в модели Голда время всякий раз поворачивает вспять при каждом переходе от эпохи сжатия к эпохе расширения.

Вдохновившись «конструкторской» деятельностью Голда, другой английский астроном Девис решил «построить» свою Вселенную, в известной мере противоположную Голдовской. В этой Вселенной направление времени в каждом цикле также меняется на противоположное, но в промежутках между соседними циклами в период наибольшего сжатия время вообще не имеет направления, Что это значит физически, сказать трудно, поскольку (мы это не раз обсуждали) в современной физике и астрофизике вопросы, связанные с поведением материи в экстремальных условиях, в частности, при очень больших плотностях, по существу, еще не разработаны. Но любопытно, что конструкция Девиса допускает проникновение через область наибольшего сжатия некоторых физических процессов из одного цикла в другой, разумеется, с соответствующей «переработкой». В частности, с этой точки зрения Девис пытается истолковать реликтовое излучение.

Как мы уже говорили, астрофизики рассматривают его как весьма веское доказательство начального взрыва и вообще справедливости всей теоретической концепции горячей расширяющейся Вселенной.

Однако в модели Девиса реликтовое излучение приобретает совсем иной, прямо скажем, совершенно неожиданный смысл. Это уже не посланец из прошлого, а отголосок… будущего. Именно отголосок, а не предвестник. Своеобразная «радиозаря» того цикла в эволюции Вселенной, который еще только должен наступить в будущем.

Таким образом, во Вселенной Девиса нарушается один из фундаментальнейших принципов современного естествознания, согласно которому следствия не могут опережать свои причины. Тем не менее не исключено, что модель Девиса, несмотря на всю свою экстравагантность, все же отражает какие-то вполне реальные, и, быть может, весьма существенные черты мироздания.

Весьма необычна и циклическая модель, разработанная одним из учеников Эйнштейна Уилером. И в этой модели Вселенная пульсирует, то сжимаясь, то раздуваясь, но всякий раз она возрождается из сверхплотного «сгустка» в ином виде, с иными характерными параметрами, даже с иным набором элементарных частиц. Любопытно, что во Вселенной Уилера вообще нет времени в обычном понимании этого слова — нет настоящего и будущего. Поэтому в такой Вселенной возможны любые парадоксы — они здесь в порядке вещей.

Никто, разумеется, не станет утверждать, что одна из перечисленных выше моделей — это и есть точное описание нашей Вселенной. Да на это они, пожалуй, и не претендуют. Идет поиск. Нащупываются новые направления, оцениваются и переоцениваются различные идеи, осмысливаются новые факты и тем самым выявляются новые грани окружающего нас мира. Многое в циклических моделях в той или иной мере условно. За исключением одного вопроса, который имеет самое непосредственное отношение к свойствам нашей реальной Вселенной, — вопроса о том, сменится ли ее расширение сжатием? Для того чтобы это произошло, общая масса во Вселенной должна быть достаточно велика — тогда ее притяжение будет тормозить разбегание галактик и, в конце концов, должно остановить их разлет и повернуть эти звездные системы вспять. Со временем такой «обратный» процесс опять приведет к созданию сверхплотной сингулярности. С подобным вариантом мы уже встречались в циклических моделях.

Какой же вариант соответствует действительности, в какой Вселенной — открытой или замкнутой — мы живем?

Подсчеты, основанные на общей теории относительности, дают на этот счет вполне определенный численный критерий. Мысленно соберем всю массу Вселенной и равномерно «размажем» ее по всему пространству. Если после этой операции средняя плотность окажется меньше, чем 3·10-29 г/см3, то силы тяготения недостаточны для того, чтобы остановить разбегание галактик, и Вселенная расширяется неограниченно. Если же средняя плотность превысит этот предел (критическое значение), то расширение Вселенной со временем сменится сжатием.

Какими данными располагает современная астрофизика относительно фактической величины средней плотности во Вселенной? Если учесть «светящееся», т. е. видимое, вещество, то его средняя плотность равна 10-31 г/см3. Попытки учесть и другие формы существования материи в зависимости от подхода к решению задачи приводят к значениям средней плотности, несколько отличающимся друг от друга. Все они, в общем, ниже критического значения., но некоторые из них к нему довольно близки.

Важнейшее значение для определения средней плотности будет иметь решение вопроса о наличии конечной массы у нейтрино.

 

От настоящего к прошлому

Одной из важнейших и, прямо скажем, увлекательнейших задач современной науки является изучение самых ранних этапов эволюции нашей Вселенной, в значительной мере предопределивших ее дальнейшее развитие. Но если вспомнить, что эти этапы отделены от нас весьма внушительным промежутком времени, составляющим по современным оценкам 15–20 млрд. лет, то станет понятно, сколь сложна подобная задача.

Тем не менее современная астрофизика располагает по крайней мере двумя путями к ее решению. Один из них путь прямых наблюдений. Да, да, как ни покажется странной такая возможность — возможность непосредственного наблюдения событий, происходивших миллиарды лет назад, — в астрофизике она существует. Кстати, ничего подобного нет, пожалуй, ни в одной другой области естествознания. Правда, геологи могут непосредственно изучать отложения далеких эпох, палеонтологи — остатки давно исчезнувших животных, а археологи — предметы древних культур. Но хотя все эти объекты и имеют древнее происхождение, наблюдать и изучать их удается уже в нашем времени.

Иное дело в астрофизике, Благодаря конечной скорости распространения электромагнитных волн, чем дальше находится от нас тот или иной космический объект, тем в белее отдаленном прошлом мы его наблюдаем. Радиогалактика в созвездии Лебедя предстает перед нами такой, какой она была около 700 млн. лет назад, а некоторые радиоисточники мы наблюдаем с опозданием, по-видимому, на 10 и более млрд. лет.

Таким образом, регистрируя различные электромагнитные излучения, приходящие на Землю из глубин космоса, мы в принципе можем получать непосредственную информацию о ранних стадиях эволюции Вселенной.

Есть, однако, еще один путь проникновения в прошлое. Дело в том, что минувшее не исчезает совершенно бесследно. В той или иной степени оно отражено в настоящем.

В природе мы встречаемся с закономерностями, которые можно разделить на две группы. Первую составляют общие законы природы, которые действуют всегда, когда для этого складываются определенные условия. К числу подобных законов относятся, например, закон всемирного тяготения, законы движения Ньютона, законы Кеплера и т. п. Вторая группа — закономерности, действующие в данной конкретной материальной системе, сложившиеся в процессе ее эволюции. Эти закономерности в наибольшей степени связывают современное состояние данной системы с ее предшествующими состояниями, настоящее с прошлым. Поэтому выявление и изучение подобных закономерностей может дать наиболее ценную информацию об истории той или иной материальной системы.

Применительно ко Вселенной это означает, что ключ к познанию ее прошлого — в изучении современного состояния космических объектов. Не всякое прошлое, не всякая предыстория могла привести Вселенную к тому состоянию, которое мы наблюдаем сегодня, в современную эпоху.

Можно сказать, что в первоначальной сверхплотной плазме, в результате расширения которой образовалась наша Вселенная, были как бы запрограммированы ее основные свойства. Это не была, разумеется, железная предопределенность классической механики — в дальнейшей эволюции немалую роль играли случайные процессы, но все же «основной сценарий» развития Вселенной содержался в ее начальном состоянии. Иными словами, далеко не всякое начальное состояние могло в дальнейшем породить именно ту структуру Вселенной и те ее свойства, которые мы наблюдаем в настоящую эпоху.

Другой путь — построение моделей начальных фаз нашей Вселенной с помощью фундаментальных физических теорий. В основе этих теорий лежит огромный экспериментальный и наблюдательный материал, они прошли многократную практическую проверку, и в их справедливости не приходится сомневаться. Разумеется, когда мы распространяем эти теории за границы, в которых их применимость надежно доказана, экстраполируем их на необычные области явлений, полученные результаты не могут считаться абсолютно надежными. Тем не менее подобным методом приходится пользоваться, поскольку для познания прошлого у науки слишком мал выбор средств.

Более того, как отмечает в одной из своих статей Я. Б. Зельдович, требования современной космологии растут быстрее, чем накапливаются соответствующие экспериментальные данные. Поэтому космологам в своих теоретических изысканиях приходится пользоваться не только общепринятыми фундаментальными физическими теориями, но также и такими, которые еще нельзя считать достаточно строго обоснованными.

Создавая различные теоретические модели Вселенной, в том числе и ранних стадий ее расширения, и сопоставляя их с данными о современном состоянии Вселенной и ее объектов, полученными в результате астрономических наблюдений, ученые имеют возможность совершенствовать эти модели, вносить в них необходимые поправки и уточнения, отбрасывать предположения, вступающие в противоречие с современными данными, и таким образом постепенно восстанавливать картину эволюции от самых ранних ее этапов до нашей эпохи. При этом наибольший интерес представляют такие черты современной Вселенной, которые с полным правом можно назвать удивительными загадками.

Вот одна из них. Как уже говорилось выше, современная Вселенная в достаточно больших масштабах однородна и изотропна. Это значит, что свойства ее любых достаточно больших областей приблизительно одинаковы, а любые направления равноправны.

Но однородность Вселенной в больших масштабах требует специального объяснения. Дело в том, что никакие физические взаимодействия не могут распространяться со скоростью, превосходящей скорость света, которая, как известно, конечна и равна 300 000 км/с. Отсюда, между прочим, следует, что доступная непосредственному наблюдению область Вселенной всегда конечна. Мы не можем видеть объекты, удаленные от нас на такие расстояния, которые световой луч не успевает преодолеть за время существования Вселенной.

В связи с этим говорят о «горизонте», расширить который мы не можем никакими техническими ухищрениями: ведь он определяется не уровнем совершенства астрономических инструментов, а конечной скоростью распространения света. Хотя, разумеется, по мере старения Вселенной оптический горизонт постепенно отодвигается.

Но дело не только в том, что наличие горизонта в расширяющейся Вселенной ограничивает возможности наших астрономических наблюдений. Гораздо существеннее то, что на любой стадии расширения Вселенной в ней имеются такие точки, которые отделены друг от друга расстояниями, превосходящими расстояние оптического горизонта. Нетрудно сообразить, что между такими точками не может быть никакой причинной зависимости. Физические процессы, происходящие в одной из них, не могут оказывать никакого воздействия на события в другой. Образно говоря, любая из таких точек не может «знать», что творится в другой.

В частности, как показывают подсчеты, излучение, приходящее к нам из окраинных районов Вселенной, отстоящих друг от друга на угловое расстояние свыше 30 градусов, исходит из областей, разделенных расстояниями, превышающими оптический горизонт.

Между тем изучение информации, содержащейся в электромагнитных излучениях, свидетельствует о том, что физические параметры, характеризующие состояние материи у границ наблюдаемой Вселенной, везде приблизительно одинаковы.

Это крайне загадочно, ибо в равномерно расширяющейся Вселенной не может существовать никакого физического механизма выравнивания неоднородностей на расстояниях, превосходящих оптический горизонт.

Как же в таком случае объяснить однородность? Может быть, события, которые привели к выравниванию физических условий в расширяющейся Вселенной, развернулись уже на самых ранних стадиях ее существования?

К числу загадок нашей Вселенной относится и средняя плотность вещества, которая (если не учитывать возможного существования массы покоя нейтрино) сравнительно мало отличается от теоретического критического значения, составляющего, как мы уже знаем, 3·10-29 г/см3.

Как и всякое совпадение, это совпадение также требует своего объяснения…

Не исключено, что загадки, о которых идет речь, найдут свое объяснение в современной теории физического вакуума.

Вакуум — это скрытая форма существования вещества. Если говорить более строгим физическим языком — наинизшее энергетическое состояние всех физических полей, при котором нет реальных частиц. Но в то же время вакуум при определенных условиях может рождать реальные частицы и это происходит без нарушения законов сохранения.

Обладает вакуум и гравитационными свойствами. Но этой гравитации, в отличие от обычной, соответствуют не силы притяжения, а силы отталкивания, и она изменяется пропорционально первой степени расстояния.

В современной Вселенной гравитация вакуума либо полностью отсутствует, либо исчезающе мала. Однако при температуре, превосходившей температуру «Великого объединения», она достигала огромного значения. Это было состояние так называемого «ложного вакуума».

В процессе расширения наступил момент, когда гравитация вакуума превзошла гравитацию обычного вещества, и это должно было вызвать ускоренное расширение, «раздувание» Вселенной, сопровождавшееся стремительным уменьшением плотности обычного вещества и не менее стремительным понижением температуры.

Это «раздувание» происходило по экспоненциальному закону (типа ех), т. е. развивалось подобно тому, как растут в мире цены в соответствии со скоростью инфляции. Поэтому иногда «раздувающуюся» Вселенную называют «инфляционной» Вселенной. В этот период мог произойти фазовый переход от состояния «ложного вакуума» с огромной плотностью к состоянию «истинного вакуума» с нулевой или очень малой плотностью, при котором родилось огромное количество реальных частиц и античастиц.

Согласно теории, плотность «ложного вакуума» в «раздувающейся» Вселенной в точности равна критической. Поэтому и плотность вещества, возникшего в результате его распада, также должна быть равна критической плотности.

Что же касается однородности и «проблемы горизонта», то и она получает в теории вакуума вполне естественное объяснение. До начала «раздувания» Вселенной внутри общего горизонта в близких точках должна была установиться одинаковая температура. Но в период «раздувания», как показали расчеты, за очень короткий промежуток времени все пространственные размеры возросли примерно в 1043 раз. Благодаря этому близкие точки оказались стремительно разнесенными на огромные расстояния друг от друга. Расстояния, которые действительно превосходили бы расстояние горизонта видимости в том случае, если бы Вселенная все время расширялась в темпе, близком к современному.

Есть и еще одна проблема, связанная с прошлым и настоящим нашей Вселенной. Поскольку современная Вселенная в больших масштабах однородна, следовательно, была однородной и та горячая плазма, которая заполняла все пространство в период, предшествующий образованию небесных тел.

Однако эта однородность не могла распространяться на все без исключения масштабы. В этом случае образование небесных тел и их систем было бы невозможно и современная Вселенная целиком состояла бы из нейтрального газа, в который абсолютно однородная плазма неизбежно должна была бы превратиться по мере расширения и остывания.

Планеты, звезды, космические туманности, галактики, скопления и сверхскопления галактик могли образоваться лишь при условии, что в первичной плазме существовали неоднородности.

Как показывают расчеты, основанные на данных астрономических наблюдений, масса подобных неоднородностей должна была достигать 1015 солнечных масс. Именно таковы массы современных скоплений галактик. Что же касается различия между плотностью вещества неоднородностей и средней плотностью окружающей среды, то она должна была составлять десятые или сотые доли процента.

Итак, горячая плазма была не совсем однородной — в ней чередовались сгущения и разрежения. Но именно такая картина наблюдается в веществе, когда в нем распространяются звуковые волны. Следовательно, на одном из ранних этапов расширения в горячей плазме существовали звуковые волны и, видимо, это обстоятельство в значительной степени предопределило будущую структуру нашей Вселенной. По образному выражению советских астрофизиков — И. Новикова и В. Лукаша — «вся нынешняя структура Вселенной является своеобразным отзвуком, эхом тех звуковых волн, которые сопровождали начало расширения Вселенной, является раскатами тех громов, которые звучали тогда»).

В тот момент, когда появился реликтовый звук, в очень плотном расширяющемся веществе протекали квантовые процессы. В этих условиях волновые явления характеризуют квантами или квазичастицами. Квазичастицы звуковых волн называются фононами. Чем больше амплитуда звуковых колебаний, тем большее число фононов приходится на каждое колебание.

Как показали расчеты, проведенные И. Новиковым и В. Лукашем, скорость звука в очень плотной первоначальной среде составляла около 0,6 скорости света, а частота колебаний была очень низкой. Что же касается амплитуды колебаний, т. е. числа фононов, то их в этот период было совершенно недостаточно для образования таких сгущений, из которых могли бы сформироваться скопления галактик.

Однако в дальнейшем, из-за происходивших изменений давления сверхгорячего вещества и вызванного ими изменения темпа расширения, число фононов резко увеличивалось и соответственно возрастала амплитуда звуковых колебаний. Благодаря этому уже могли возникать неоднородности, достаточные для образования скоплений галактик.

По всей вероятности, усиление слишком малых для образования галактик хаотических первичных неоднородностей, случайным образом возникавших в горячей плазме, происходило в результате работы особого физического механизма, получившего название параметрического резонанса.

Сущность этого явления состоит в усилении волн, попадающих в «такт» изменениям параметров системы. Нечто аналогичное происходит, когда, раскачиваясь на качелях, мы приседаем в такт их качаниям. Размах колебаний при этом возрастает.

По-видимому, непосредственно после окончания стадии «раздувающейся», или «инфляционной» Вселенной, когда, согласно теории, должен был произойти ее вторичный разогрев, возникли небольшие флуктуации плотности, которые затем разрослись благодаря действию механизма «параметрического резонанса». Иными словами, в кратковременный период расширения Вселенной с повышенной скоростью могли рождаться фононы, появление которых предопределило будущую сложную структуру Вселенной.

Изложенный выше сценарий ранней Вселенной, как подчеркивают его авторы И. Новиков и В. Лукаш в уже цитированной статье, «базируется на двух основных предположениях: они уже заняли прочное место в теории гравитации и физике элементарных частиц, но не получили еще всестороннего практического подтверждения. Это предположения о справедливости общей теории относительности в области сильных гравитационных полей и о существовании при высоких энергиях единого поля, объединяющего все виды взаимодействий».

Современные исследования в области изучения ранних этапов эволюции Вселенной убедительно показывают, что существует весьма тесная связь между космологическими процессами и явлениями, происходящими в микромире.

Одним из очень важных «следов» далекого прошлого нашей Вселенной является уже знакомое нам реликтовое излучение. Картина распределения яркости этого излучения по небесной сфере могла бы многое рассказать как о тех физических процессах, которые определяли формирование различных космических объектов и их систем, так и о некоторых других явлениях, имеющих первостепенное значение для познания закономерностей космических процессов. В частности, изучая анизотропию, т. е. отклонения от изотропии реликтового излучения, можно выяснить распределение областей горячей плазмы, электронов сверхвысоких энергий и межзвездной пыли в нашей Галактике, обнаружить оболочки горячей плазмы вокруг других ближайших к нам звездных систем и их скоплений, а также облака межзвездного газа.

Важные сведения можно получить и о характере расширения Вселенной в прошлом и в современную эпоху, о начальных стадиях процесса формирования звезд и галактик. Наконец, не исключена возможность обнаружения «других» Вселенных, т. е. таких областей материального мира, свойства которых существенно отличаются от свойств исследованной нами области.

Как мы уже отмечали, чувствительность современных наземных радиотелескопов для обнаружения анизотропии реликтового излучения, по-видимому, недостаточна. Поэтому советские ученые решили установить особо чувствительную радиоастрономическую аппаратуру на борту искусственного спутника Земли. 1 июля 1983 г. такой спутник — «Прогноз-9» с малогабаритным высокочувствительным радиотелескопом, работающим на волне длиной 8 мм, был выведен на орбиту.

Наблюдения были организованы таким образом, чтобы за несколько месяцев получить полную картину неба в миллиметровом диапазоне, где, как мы уже знаем, интенсивность реликтового излучения максимальна.

Тем самым было положено начало новому направлению изучения нашей Вселенной, цель которого — расширить и уточнить наши представления о ее структуре и главных особенностях ее эволюции.

Таким образом, современная теоретическая астрофизика уже многого достигла в понимании и объяснении эволюционных процессов, определивших формирование структуры нашей Вселенной.

Можно считать; что ей уже удалось правильно воссоздать события, происходившие в первые минуты расширения Вселенной. В пользу этого свидетельствует, например, тот факт, что в различных современных космических объектах мы обнаруживаем именно то соотношение по массе водорода и гелия, которое предсказывает теория, — 70 % водорода и 30 % гелия.

Однако для построения полной космологической теории, способной надежно определить начальные условия, которые привели к образованию структуры нашей Вселенной, и воссоздать самые ранние, этапы ее расширения, предстоит еще колоссальная работа. В частности, на многие вопросы, которые ставит космология, должна найти ответ прежде всего физика.

В то же время следует подчеркнуть, что у современной космологии есть бесспорные достижения, выводы, которые вряд ли существенно будут изменены в дальнейшем. Это тот фундамент, который сохранится и в будущем, К нему, например, относится теория «Большого взрыва».

«Теория „Большого взрыва“, — пишет Я. Б. Зельдович, — в настоящий момент не имеет сколько-нибудь заметных недостатков. Я бы даже сказал, что она столь же надежно установлена и верна, сколь верно то, что Земля вращается вокруг Солнца».

С другой стороны, небезынтересно отметить, что современная космология становится своего рода ареной, на которой проходят своеобразную практическую проверку различные гипотезы и предположения, относящиеся к физике высоких энергий, изучающей экстремальные состояния материи и свойства пространства.

 

Миры и антимиры

В современной Вселенной плотность фотонов реликтового излучения составляет N γ ≈500 см-3, а плотность барионов — Nбap≈10-6 см-3. Таким образом, число фотонов во Вселенной во много раз больше числа барионов:

Величину S называют удельной энтропией.

Удельная энтропия — тоже «след» прошлого нашей Вселенной, способствующий его теоретической реконструкции. Теория должна объяснить, почему этот «след» именно такой, т. е. почему удельная энтропия столь велика.

Оказывается, это обстоятельство непосредственно связано с еще одной величайшей загадкой современной Вселенной… Согласно данным современной астрономии, все космические объекты, которые мы наблюдаем в нашей Вселенной, состоят из вещества. На языке физики это означает, что в окружающем нас мире явно преобладают барионы. Антибарионов в сколько-нибудь значительных масштабах в нашей Вселенной нет. Однако на протяжении длительного времени этот фундаментальный факт не находил удовлетворительного объяснения.

В физике существует закон сохранения барионного заряда: барионным зарядом или барионным числом называется разность числа барионов и их античастиц, участвующих в тех или иных физических взаимодействиях.

Так вот, при любых физических процессах, какие бы превращения элементарных частиц ни происходили, барионный заряд должен оставаться неизменным. А отсюда следует, что тот избыток барионов над антибарионами, который наблюдается в современной Вселенной, должен был существовать всегда.

С другой стороны, согласно одному из основных законов современной физики, элементарные частицы всегда «рождаются» парами: если в каком-либо физическом процессе на свет появляется, скажем, электрон, то одновременно с ним должен появиться и позитрон, т. е. антиэлектрон. Протон рождается вместе с антипротоном, а нейтрон — с антинейтроном. Куда же в таком случае девались все те античастицы, которые должны были бы составить пары с частицами кашей Вселенной?

Согласно теории, в процессе расширения Вселенной частицы и античастицы должны были аннигилировать, превращаясь в конечном итоге в фотоны и нейтрино.

Но если современные космические объекты состоят только из вещества, то это означает, что на самой ранней стадии расширения должен был существовать небольшой избыток частиц над античастицами. Избыток, который и сохранился до нашей эпохи. Его величина характеризуется отношением числа барионов к числу фотонов:

Но это не что иное, как величина, обратная удельной энтропии. Вот почему удельная энтропия столь велика.

Что же касается причин, обусловивших возникновение избытка барионов над антибарионами, то на этот счет выдвигались различные гипотезы, в том числе довольно экстравагантные, но ни одна из них не выглядела достаточно убедительной.

Еще несколько лет назад академик В. А. Амбарцумян в связи с изучением нестационарных явлений, происходящих во Вселенной, высказал мысль о том, что для их объяснения, быть может, придется пересмотреть некоторые положения теоретической физики и в первую очередь закон сохранения барионного заряда. В конце 60-х годов определенные сомнения в справедливости закона сохранения барионного заряда возникли у физиков и астрофизиков также и в связи с зарядовой асимметрией Вселенной. Сейчас же, в свете теории «Великого объединения», эти сомнения получили весьма серьезные основания.

Когда в процессе расширения Вселенной температура была выше 1028 К, пространство заполняла сверхгорячая смесь, состоявшая из равных количеств всех фундаментальных частиц и соответствующих им античастиц. В этот период барионный заряд был равен нулю.

Если бы такое положение сохранилось и в дальнейшем, то по мере расширения Вселенной и понижения температуры все тяжёлые частицы проаннигилировали бы со своими античастицами и к современной нам эпохе не осталось бы ни протонов, ни нейтронов, т. е. не было бы вещества, а только фотоны и нейтрино.

Но все дело в том, что согласно теории «Великого объединения» при температуре порядка 1028 К могли рождаться сверхтяжелые частицы с энергиями порядка 1015 ГэВ (масса этих частиц была равна 1014 масс протона). Такая температура в процессе расширения Вселенной была достигнута спустя 10-35 секунды после начала расширения.

Затем сверхтяжелые частицы и их античастицы распадались, но у частиц и античастиц эти распады происходили с разной вероятностью. В конечном итоге это и привело к тому, что образовался небольшой избыток барионов над антибарионами, т. е. появился барионный заряд.

 

От настоящего к будущему

Гораздо сложнее обстоит дело с «построением» картины будущего. Это всегда чисто теоретическая экстраполяция, прямая проверка которой невозможна. В полной мере подтвердить ее или опровергнуть может только само дальнейшее развитие событий, само будущее: Но если теории, на которые мы опираемся, в достаточной степени обоснованы, то такая экстраполяция все же представляет известный интерес. Во всяком случае она рисует нам принципиально возможные варианты тех событий, которые могут произойти в грядущем.

Как известно, существуют два основных варианта возможного будущего нашей Вселенной. Либо разбегание галактик в какой-то момент прекратится и Вселенная начнет сжиматься, либо это расширение будет продолжаться неограниченно. В первом случае Вселенная, видимо, в конце концов вернется к первоначальному сверхплотному состоянию. А что произойдет во втором?

Данные современной физики позволяют обрисовать наиболее существенные моменты соответствующего развития событий.

Настанет время, запасы водорода во Вселенной исчерпаются — образование звезд прекратится. Существовавшие до этого звезды полностью израсходуют водород и превратятся либо в холодные тела, либо в черные дыры. Произойдет это примерно через 1014 лет, т. е. через промежуток времени, в 10 тысяч раз превосходящий современный возраст нашей Вселенной.

А какая судьба ожидает звездные острова-галактики? Под действием случайных возмущений отдельные звезды из их внешних частей будут выбрасываться в межгалактическое пространство. Центральные области галактик будут сжиматься и превращаться в сверхмассивные черные дыры, которые своим чудовищным притяжением станут втягивать в себя и поглощать еще оставшиеся звезды. Это случится через 1019 лет, т. е. тогда, когда все звезды уже давным-давно погаснут.

Какие события ожидают Вселенную в дальнейшем? Как мы уже знаем, среднее время жизни протона около 1032 лет, после чего он должен распасться. Продуктами такого распада являются позитрон и излучение в виде фотонов и нейтрино; возможно также образование нескольких электронно-позитронных пар. Что же касается нейтронов, то, как мы уже знаем, в свободном состоянии они довольно быстро распадаются на протоны, электроны и антинейтрино. А в атомных ядрах они ведут себя подобно протону.

Следовательно, через 1032 лет все ядра вещества полностью распадутся. Но еще останутся во Вселенной черные дыры: не очень массивные, образовавшиеся в результате коллапса звезд, и сверхмассивные, возникшие при сжатии центральных частей галактик. Но, как уже говорилось выше, и черные дыры не вечны — они постепенно «испаряются». В течение 1069 лет исчезнут звездные черные дыры, а через 1096 лет такая же участь постигнет и сверхмассивные. Наступит эра излучения…

Через 10100 лет во Вселенной останется только излучение и электронно-позитронная плазма, рассеянная в пространстве с невообразимо малой плотностью: одна частица в объеме пространства, в 10185 раз превосходящем объем наблюдаемой в настоящее время Вселенной.

Не вызывает ли подобная картина будущего Вселенной ощущения безысходного пессимизма? Ведь невольно возникает вопрос: а что же будет с жизнью?

Известный американский физик Ф. Дайсон считает, например, что и в такой Вселенной жизнь все-таки сохранится, хотя и в совершенно непривычных нам формах. Но ее пульс будет биться все медленнее и медленнее. Ведь и наша собственная современная жизнь по сравнению со стремительным темпом событий, происходивших в первые секунды расширения Вселенной, — это нечто чрезвычайно медленное и растянутое в пространстве.

Источником нашего оптимизма должно служить и то обстоятельство, что от катастрофических изменений в состоянии Вселенной нас отделяют десятки, сотни, а возможно, и тысячи миллиардов лет. Это не следует понимать как совет встать на пресловутую точку зрения: «после нас хоть потоп». Речь идет о том, что, познавая все более глубокие закономерности окружающего мира, человек приобретает возможность управлять все более сложными природными процессами. И не исключено, что через миллиарды лет, а возможно и раньше, человек сумеет изменять по своему желанию течение явлений даже космического порядка.

Наконец, следует напомнить и о том, что картина будущего Вселенной, которую мы нарисовали с позиций современной физики и астрофизики, — это лишь теоретическая экстраполяция. В процессе дальнейшей эволюции материи могут возникнуть необычайные условия, способные породить неизвестные нам процессы и вызвать к жизни неизвестные нам силы, которые существенным образом могут повлиять на ход событий и в корне изменить ситуацию.

 

Игра во внеземные цивилизации по-научному

В последние годы на страницах газет и журналов, особенно зарубежных, то и дело появляются сенсационные сообщения о будто бы обнаруженных следах практической деятельности инопланетных разумных существ, а спустя некоторое время эти сообщения подвергаются уничтожающей критике со стороны специалистов. С другой стороны, сами ученые в связи с проблемой внеземных цивилизаций ставят и вполне серьезно обсуждают такие вопросы, которые на первый взгляд относятся скорее к области научной фантастики.

Чем это объяснить? И вообще: можно ли считать проблему внеземных цивилизаций научной проблемой? Ведь речь идет об изучении объекта, о котором мы не только не располагаем ни прямыми, ни косвенными данными, но относительно которого у нас нет даже уверенности в том, что он реально существует.

Возникает вполне закономерный и естественный вопрос: можно ли изучать «то, чего нет», и если можно, то каким образом? И что представляет собой то знание, которое в результате такого исследования мы получим? О чем оно?

В истории науки известно немало случаев, когда в той или иной области исследований, по крайней мере в течение определенного времени, реально наблюдаемого объекта не существовало. Так, экспериментальное обнаружение многих элементарных частиц происходило значительно позже их теоретического предсказания. Предсказано было и существование ряда астрономических объектов, например, нейтронных звезд. И это не мешало ни физикам, ни астрофизикам успешно заниматься изучением свойств подобных «теоретических» объектов, которых еще «не было в наличии».

Если говорить о проблеме внеземных цивилизаций, то здесь предметом исследования как раз и является теоретический объект. Объект, построенный путем обобщения наших представлений о земной жизни и разуме и свойствах Вселенной.

Каковы же те способы, с помощью которых в науке решаются сложные задачи, подобные проблеме внеземных цивилизаций?

В качестве одного из них может применяться так называемый игровой метод. Понятие «игра», которое мы привыкли связывать либо с детскими забавами, либо со спортивными состязаниями, приобрело в настоящее время и строго научный смысл. Существует, например, математическая теория игр, которая изучает возможности отыскания наиболее выгодного, оптимального решения различных задач в ситуациях, когда имеется много вариантов выбора. Игровой метод можно применять и как способ научного познания, особенно в условиях неопределенности — когда по данному вопросу нет достаточной информации. В частности, в тех случаях, когда неизвестно, существует реально или не существует исследуемый теоретический объект.

При игровом методе участники игры должны стараться найти решение ряда задач, которые специально формулируются заранее или возникают непосредственно в ходе самой игры. Причем нередко такие задачи или, как их иногда называют, «вводные», носят условный характер. Особенность игрового метода состоит в том, что он сталкивает различные, иногда противоположные и даже взаимоисключающие точки зрения. В сущности, научная игра — это есть не что иное, как специально организованный с определенной целью спор. При этом в процессе научной игры могут ставиться, возникать и обсуждаться такие вопросы, которые при обычном «нормальном» развитии процесса научного исследования по тем или иным причинам не могли бы появиться. Между тем анализ и обсуждение этих вопросов способны принести науке весьма ощутимую пользу.

Исходной посылкой научной «игры во внеземные цивилизации» является чисто логический постулат: «предположим, что во Вселенной существуют другие общества разумных существ, напоминающие в общих чертах своей деятельностью нашу земную цивилизацию». Какие следствия можно вывести из такого предположения, какие проблемы при этом возникают?

В процессе игры во внеземные цивилизации может быть, например, поставлен такой вопрос или «вводная»: какую цивилизацию искать?

Очевидно, наш поиск должен быть нацелен на обнаружение цивилизаций, достигших определенного технологического и энергетического уровня. От этого зависит как установление признаков, позволяющих судить о существовании и деятельности внеземной цивилизации, так и выбор соответствующих наблюдательных средств…

Член-корреспондент АН СССР Н. С. Кардашев предложил классификацию космических цивилизаций по энергетическому признаку. Все цивилизации разделяются на три типа. К первому относятся цивилизации, аналогичные по уровню своего развития земному человечеству, ко второй — овладевшие энергетическими ресурсами, сравнимыми с энергией их звезды, и к третьей — цивилизации, располагающие энергетическими ресурсами в масштабах своей галактики. По мнению Кардашева, искать следует цивилизации именно третьего типа, поскольку их энергетическая, а также технологическая деятельность может быть обнаружена даже на очень больших космических расстояниях. А еще и потому, что, располагая огромными энергетическими возможностями, такие сверхцивилизации способны осуществлять всенаправленные радиопередачи, которые могут быть приняты в любой области космоса.

Однако подобная точка зрения встречает возражения. Для того, чтобы цивилизация достигла третьего типа и овладела энергией, сравнимой с энергией галактики, она должна расселиться по всей своей звездной системе. Но это неизбежно приведет к тому, что из-за огромных расстояний и конечной скорости распространения любых физических сигналов информационная связь между различными частями такой сверхцивилизации будет неизбежно практически утрачена. Сверхцивилизация распадется — она перестанет быть единым целым. Поэтому логично предположить, что оптимальные размеры цивилизации должны составлять несколько световых часов, максимум дней, т. е. размеры, сравнимые с масштабами Солнечной системы или ненамного их превосходящие.

На это у Кардашева есть контраргумент: для того чтобы космическая цивилизация овладела большими энергетическими ресурсами, она вовсе не обязательно должна осваивать всю галактику. Для этого достаточно расположиться в разумной близости от ядра галактики или квазара, т. е. космических объектов, выделяющих большие количества энергии.

Возможно, что высокоразвитые цивилизации, считает Н. С. Кардашев, используют потоки излучения, испускаемые ядрами галактик и квазарами, подобно тому, как мы используем поток солнечного излучения. А значит, искать сверхцивилизации целесообразнее всего в непосредственной близости от квазаров и ядер галактик.

Но в таком случае возникает вполне закономерный вопрос: каким образом цивилизация может оказаться в районе квазара или ядра какой-либо галактики? Ведь вероятность того, что она в таком месте и возникла, видимо, очень невелика. Кардашев отвечает на этот вопрос так: сверхцивилизация вовсе не обязательно должна сформироваться в непосредственной близости от мощного энергетического источника. Общество разумных существ, достигшее достаточно высокого уровня развития, способно искусственным путем изменить характер движения своей звезды в — пространстве и направить ее к центру галактики или даже за ее пределы к другой галактике или одному из ближайших квазаров. Причем подобную операцию, в принципе, вполне можно осуществить, исходя даже из тех законов физики, которые известны нам уже сегодня. Например, усилить поток солнечного ветра в определенном направлении или получить реактивный эффект, отражая часть солнечного излучения с помощью системы зеркал, расположенных в околосолнечном пространстве…

О чем идет спор? Какой вопрос решается? Внешне — вопрос о том, какие цивилизации следует искать в первую очередь. Для этого обсуждаются всевозможные пути энергетического развития внеземных цивилизаций, возможности овладения разумными существами сверхмощными источниками энергии и осуществления технологических акций космического масштаба. И если бы подобный спор велся ради самого спора, он носил бы чисто умозрительный характер: ведь нам неизвестно, ни что представляют собой инопланетные цивилизации, ни каковы пути их развития! их наука, их технология. В действительности же дискуссия о возможном энергетическом уровне инопланетных цивилизаций является одним из составных моментов научной игры. Речь, в сущности, идет о перспективах развития энергетических ресурсов самого земного человечества. Разумеется, вопрос о практической реализации обсуждаемых энергетических и технологических возможностей встанет перед людьми еще очень и очень нескоро. Однако заглянуть в будущее, пусть и весьма отдаленное, никогда не мешает. Тем более, что энергетические проблемы заявляют о себе достаточно остро и в наше время. В грядущем они станут, вероятно, еще более актуальными, несмотря даже на то, что человечество, видимо, уже в начале XXI в. получит в свое распоряжение управляемую термоядерную энергию. А ведь будущее, даже и очень далекое, в какой-то мере закладывается и в наше время, зависит от нашей современной практической и научной деятельности!..

Есть и такая «вводная»: почему за два с лишним десятилетия серьезных наблюдательных исследований, которые ведутся по международным научным программам, не удалось обнаружить ни одного факта, прямо или косвенно свидетельствующего о том, что внеземные цивилизации действительно существуют?

Возможны самые различные истолкования сложившейся ситуации. Самое простое и, казалось бы, естественно напрашивающееся истолкование состоит в том, чтобы сказать: срок наблюдений еще слишком мал. И вообще, то обстоятельство, что мы чего-то еще не открыли или чего-то еще не знаем, само по себе не может служить основанием для каких-либо далеко идущих и тем более окончательных выводов. Тем более, говорят некоторые исследователи, что инопланетные цивилизации, обогнавшие нас в своем развитии, могут передавать информацию во Вселенную не с помощью радиоволн, на которых главным образом и ведется поиск, а с помощью других физических носителей, которыми мы еще не умеем пользоваться, например, потоков нейтрино или гравитационных волн.

Однако есть и другая точка зрения, ее высказал И. С. Шкловский. Если цивилизации в своем развитии должны последовательно достигать второго, а затем и третьего типа, то во Вселенной должно существовать по крайней мере некоторое число сверхцивилизаций. А деятельность сверхцивилизаций неизбежно связана с выделением огромных количеств энергии, которые мы должны были бы обнаружить. Поскольку мы их не обнаруживаем, сверхцивилизаций не существует. Но так как сверхцивилизации — закономерная стадия развития космических цивилизаций вообще (за миллиарды лет существования нашей Вселенной они должны были появиться), а их нет, то нет и внеземных цивилизаций. Так что не исключен и такой вариант: земное человечество — единственная цивилизация в нашей звездной системе — Галактике, а может быть, и во всей наблюдаемой Вселенной.

Но подобный вывод также встречает возражения. Их выдвинул член-корреспондент АН СССР В. С. Троицкий. Отсутствие во Вселенной сверхцивилизаций или цивилизаций, достигших столь высокого уровня развития, что мы могли бы их обнаружить, объясняется, по его мнению, не отсутствием цивилизаций вообще, а иной причиной. Как предполагает Троицкий, цивилизации не появляются в различных местах Вселенной в разное время, а их возникновение произошло приблизительно в одну и ту же эпоху, когда во Вселенной сложились условия, необходимые для формирования живых структур.

Но если жизнь на различных космических мирах возникла приблизительно одновременно, то ни одна космическая цивилизация не могла существенно обогнать в своем развитии остальные и вырваться вперед настолько, чтобы достичь стадии сверхцивилизации, т. е. такой стадии, на которой мы с помощью современных средств могли бы обнаружить следы ее практической деятельности.

Однако и это предположение встречает серьезные возражения. Совершенно невероятно, чтобы словно по мановению волшебной палочки жизнь в одно и то же время зародилась на множестве далеко отстоящих друг от друга небесных тел. Значит, уже неизбежен какой-то разброс. И уж абсолютно невероятно, чтобы темпы дальнейшего развития жизни везде были одинаковы, независимо от местных условий и воздействия множества факторов, в том числе и случайных. А это означает, что даже в случае практически одновременного возникновения жизни во всей Вселенной современный уровень развития различных цивилизаций неизбежно должен быть существенно неодинаков.

Какая же реальная проблема скрывается за этим «туром» игры во внеземные цивилизации? Тоже очень важная. В сущности, обсуждается с необычной стороны вопрос о последовательных стадиях эволюции вещества во Вселенной. Такой подход может способствовать более глубокому проникновению в закономерности минувших этапов развития Вселенной.

Попутно затрагивается и весьма существенный методологический вопрос: имеют ли право на существование в науке аргументы типа: «а может быть „это“ будет открыто завтра»? На примере обсуждения проблемы внеземных цивилизаций особенно отчетливо видно, что любые ссылки на факты, которые еще не открыты, хотя в принципе и могут быть открыты, лежат за пределами современной науки и не могут быть использованы и приняты в расчет при обосновании той или иной гипотезы или точки зрения.

У обсуждаемой проблемы есть и еще одна сторона: возможно ли в принципе создание всенаправленного передатчика для межкосмической связи и вообще беспредельно ли наращивание цивилизацией своих энергетических ресурсов?

Расчеты показывают, что для создания сверхцивилизацией всенаправленного радиопередатчика, сигналы которого можно было бы принимать не только на межзвездных, но и на межгалактических расстояниях, потребовалась бы огромная концентрация энергии. А это по законам физики привело бы к значительному повышению температуры среды и сильному перегреву — явлениям, губительным для самого существования цивилизации. Это приводит к выводу, иному, чем у Кардашева: искать следует цивилизации не третьего, а второго типа.

Существуют весьма серьезные ограничения и возможной мощности радиосигнала, в особенности всенаправленного, который цивилизация может послать во Вселенную. Подсчеты показывают, что радиус антенны, способной излучать всенаправленные сигналы необходимой мощности, составил бы 0,1 астрономической единицы, что в 6 раз больше радиуса Солнца.

Такую антенну пришлось бы расположить на достаточно большом расстоянии от области обитания. В противном случае цивилизация подверглась бы мощному дополнительному облучению. Это расстояние должно по крайней мере на порядок превосходить расстояние от центральной звезды. В Солнечной системе подобную антенну пришлось бы разместить за пределами орбиты Юпитера. Задача, трудная даже для сверхцивилизации.

Все эти рассуждения приводятся в качестве подтверждения той точки зрения, что отсутствие наблюдательных данных, свидетельствующих о существовании других цивилизаций, объясняется чисто техническими трудностями.

Высказываются также интересные соображения, связанные с сохранением цивилизациями среды своего обитания. Эти соображения сводятся к тому, что выработка практически неограниченных количеств энергии какой-либо цивилизацией невозможна по той причине, что уже производство энергии, превосходящей на порядок энергию центральной звезды, неизбежно вызовет заметные изменения межпланетной среды, ее серьезные нарушения, засорение энергетическими отходами. Рост энергетических ресурсов не может быть беспредельным. Потребление энергии в среде обитания неминуемо ведет к тому, что все ее виды в конце концов рассеиваются, а это вызывает нагревание среды, т. е. ограничения здесь такие же, как и на Земле, только масштабы иные. Космическая среда на определенном уровне развития цивилизации тоже нуждается в защите, и охране.

Против предположения о существовании сверхцивилизаций выдвигается и такое возражение: неограниченный экспоненциальный рост какого-либо реального процесса есть чисто математическая абстракция. Она может реализоваться лишь в том случае, если изменение рассматриваемой величины в единицу времени строго пропорционально этой величине. Но для этого должны оставаться неизменными все внешние условия, при которых протекает данный процесс. Для процессов, связанных с развитием цивилизаций, подобное требование заведомо не может выполняться: экспонента — это чисто математическое понятие, а отнюдь не социологическое. Поэтому прогноз далекого будущего цивилизаций на основе закона экспоненциального роста совершенно неправомерен.

Однако этот аргумент вызывает по меньшей мере два контраргумента.

И. С. Шкловский замечает, что вовсе не обязательно, чтобы все цивилизации развивались по экспоненте. Достаточно, чтобы по такому пути следовали хотя бы некоторые из них.

Правда, д-р физ.-мат. наук Г. М. Идлис считает, что любое развитие цивилизации, не только технологическое, но и интеллектуальное, неизбежно связано с систематическим увеличением материальных и энергетических ресурсов и что в нормальных условиях такое увеличение всегда происходит по экспоненте, по закону геометрической прогрессии. Однако в то же время Идлис подчеркивает, что тривиальная космическая экспансия цивилизации из уже освоенной ограниченной пространственной области через ее внешнюю границу наружу в пределах макромира нашей Метагалактики или даже сразу в несколько таких смежных макромиров не может обеспечить беспредельного экспоненциального роста. Для этого нужно «буравить» материю «вглубь», проникать в квазизамкнутые взаимосоприкасающиеся макромиры, которые извне выглядят как элементарные частицы.

Одним из самых интересных вопросов, которые обсуждаются в процессе «игры во внеземные цивилизации», является идея контакта и, прежде всего, информационного контакта. Это не случайно — проблемы передачи информации, ее хранения и кодирования имеют огромное познавательное и практическое значение. И рассмотрение задачи установления информационных контактов с инопланетными цивилизациями на сверхдальних космических расстояниях открывает заманчивые возможности для «игрового» обсуждения этих насущных вопросов современной науки. В частности, подобное рассмотрение естественным образом приводит к исследованию таких задач как распространение информационных сигналов в космической среде, выбор наилучших средств и способов межкосмических радиопередач и т. п.

Таким образом, предметом исследования в задаче межзвездной связи являются, в сущности говоря, не реальные представители внеземных цивилизаций и взаимодействие с ними, а вопросы, связанные с изучением проблем передачи информации на большие расстояния иначе устроенным «интеллектам». Теоретические выводы, которые при этом могут быть получены, имеют самое непосредственное отношение к конкретной проблематике таких наук как астрофизика, радиофизика, информатика, кибернетика, разработка языков для общения человека и машины, а также к ряду других актуальных проблем современной науки.

Приведенные примеры показывают, что подлинная цель «игры во внеземные цивилизации» — осмыслить место человека, человеческого общества во В селенной, выяснить перспективы космического развития, оценить результаты, к которым могут привести в будущем космические исследования, освоение космоса. Превратится ли человечество, именно оно, а не теоретически возможные «иные разумы», в цивилизацию второго или третьего типа? Сможет ли человек «колонизировать» космос, расширяя поле своей деятельности на всю Галактику? Возникает и целый ряд других вопросов, представляющих вполне конкретный научный интерес.

Таков, подлинный смысл «игры во внеземные цивилизации по-научному». Но возможна игра и «не по-научному». Чем же отличаются друг от друга такие «игры»?

Главное отличие состоит в том, что участники игры первого рода отчетливо представляют себе ее подлинный смысл и трезво оценивают степень условности обсуждаемых вопросов и их соотношение с реальными задачами. При игре же «не по-научному» ее участники полностью игнорируют условность ее элементов, отождествляя их с реальной действительностью. В частности, некоторые люди воспринимают отдельные перипетии «игры во внеземные цивилизации» слишком буквально. Вот тогда-то и появляются пришельцы из космоса, «летающие тарелки», «зеленые человечки», «бермудские треугольники» и прочие «чудеса», не имеющие под собой абсолютно никакой научной почвы.

* * *

Пожалуй, со времени открытия «марсианских каналов» ни одна астрономическая проблема не привлекала к себе столь широкого всеобщего внимания и не обрастала таким количеством всевозможных сенсационных сообщений, как проблема поиска внеземных цивилизаций, осуществимости контактов с ними и, в особенности, о возможности посещения Земли представителями других космических миров.

В западных государствах весь этот круг вопросов быстро стал предметом бизнеса. Газеты и журналы охотно печатают сногсшибательные сообщения на подобную тему без всякой проверки их достоверности, лишь бы эти сообщения носили достаточно сенсационный характер и могли произвести соответствующее впечатление.

И как-то за этим потоком необоснованных сенсаций в глазах широких кругов людей постепенно стал затушевываться подлинный научный смысл проблемы внеземных цивилизаций, ее значение для развития наших представлений о мире, для будущего земного человечества. Очень многие стали ошибочно думать, что самое главное чуть ли не во всем современном естествознании вообще — как можно скорее отыскать какую-нибудь внеземную цивилизацию или обнаружить на Земле следы космических пришельцев.

Это и влечет за собой далекое от подлинной науки стремление к необычному, жажду сенсаций, сенсаций во что бы то ни стало. А спрос, как известно, рождает предложение.

Как же обстоит дело в действительности? Какое место занимает проблема внеземных цивилизаций в современном естествознании? В чем она состоит и каково ее подлинное значение? Ответ, возможно, покажется несколько неожиданным. Основной смысл исследования проблемы внеземных цивилизаций на современном уровне состоит не в обнаружении конкретной инопланетной цивилизации и даже не в выяснении того, существуют ли вообще в реальной действительности другие цивилизации, а прежде всего в изучении общих закономерностей нашего космического существования, знание которых насущно необходимо современному человечеству.

Было время, когда вся практическая деятельность людей ограничивалась чисто земными рамками. И тогда можно было не задумываться над тем, что в физическом отношении земная цивилизация является частью Вселенной и подчиняется действующим в ней физическим закономерностям. Но сегодня, когда наши свершения приобретают глобальный и даже космический характер, мы уже не можем игнорировать это обстоятельство. Знание закономерностей, о которых идет речь, необходимо для обоснованного научного прогнозирования нашего собственного космического будущего, планирования нашей практической деятельности, выбора оптимальных путей дальнейшего развития земного человечества!