Журнал «Если», 1995 № 03
Шрифт:
Продолжение исследований поведет к более глубокому пониманию сущности времени. И, следовательно, к разработке технологий, которые будут опираться на эти новые научные результаты и позволят намного расширить возможности человека поставить себе на службу сложные взаимосвязанные процессы, протекающие во Вселенной в пространстве и во времени. Можно также ожидать, что человек сумеет лучше понять самого себя как существо, живущее во времени.
Время?
Время дано.
Это не подлежит
обсужденью.
Подлежишь обсуждению ты,
разместившийся
в нем.
ВЕРСИЯ
Куда бы ни устремили взор астрономы, мироздание выглядит примерно одинаково — звезды, галактики, скопления галактик… Наш местный образчик космического пространства почти ничем не отличается от других. Вселенная представляется простой и регулярной: «комки» массы распределены в ней однообразно (Гомогенность), она все та же (изотропность), с какой точки ее ни обозревай! В то же время существуют свидетельства того, что Вселенная расширяется (например, характерное покраснение света, путешествующего от удаленных источников), и эти наблюдения прекрасно согласуются с теоретическими предсказаниями на основе общей теории относительности Эйнштейна (ОТО).
Семейство решений Эйнштейновых уравнений, которое независимо друг от друга открыли в 20-х гг. русский математик Александр Фридман и бельгийский аббат Жорж Леметр, предполагает именно гомогенную, изотропную, расширяющуюся Вселенную. Казалось бы, чего же боле…
Тем не менее остается неразрешенной главная загадка: каким образом из исходного единообразия возникли «комки» массы — облака газа, звезды, планеты, галактики, короче — макроструктуры?
Теоретики, поднатужившись, предположили существование «темной материи» — странного, невидимого, почти не уловимого инструментальными методами материала, на который и возложили почетную миссию — направить гравитационный коллапс видимой материи на путь образования «первородных комков». Однако не так давно небольшая, рассеянная по разным странам группа специалистов выдвинула гипотезу о том, что ответ на проклятый вопрос надо искать… в самих уравнениях ОТО!
Общая теория относительности утверждает, что трехмерное пространство, время и гравитация скручены в единую универсальную сущность. То, что мы привыкли почитать за гравитацию, по Эйнштейну, является проявлением геометрии — следствием кривизны четырехмерного пространства-времени. Временные интервалы и расстояния между точками в такой вселенной зависят от наличия или отсутствия массы (или эквивалентной ей энергии); гигантские скопления массы — галактики, черные дыры — драматически деформируют пространство и искажают течение времени. Эти идеи Эйнштейн выразил с помощью ряда НЕЛИНЕЙНЫХ дифференциальных уравнений. Нелинейные уравнения замечательны тем, что изменение численного значения переменной слева от знака равенства, как правило, не приводит к пропорциональному изменению численного значения левой части уравнения… Исследователи давно установили, что даже простые системы, управляемые нелинейными уравнениями, могут демонстрировать в высшей степени непостоянное, труднопредсказуемое поведение; при определенных условиях оно становится полностью непредсказуемым — хаотичным.
В потоке жидкости, однако, даже среди разгула турбулентности и хаоса могут существовать упорядоченные структуры. Примером служит знаменитое Большое Красное пятно на Юпитере — изумительно стабильный «водоворот» среди ярости планетных вихрей.
Почему бы по аналогии не предположить, что нелинейное поведение уравнений ОТО также способно создавать структуры? Что по крайней мере некоторые из структурных формаций Вселенной не являются порождением темной материи, ибо «закодированы» в управляющих ею уравнениях? «Возможно, наши космологические модели СЛИШКОМ ПРОСТЫ», — заявил канадский астрофизик Дэвид Хоубилл. Беда в том, что уравнения ОТО нелинейны весьма нетривиальным образом, это проистекает из существования необычной обратной связи: присутствие массы изменяет форму пространства-времени, а она в свою очередь оказывает влияние на массу. «Другими словами, неизвестность — присутствует в обеих частях уравнения — и это очень, очень плохо!» — комментирует американский математик Беверли Берджер. Традиционные методы решения уравнений (аналогичные подсчетам карандашом на бумаге) работают только для некоторых общих случаев, для специальных же приходится вводить допуски, заметно упрощающие исходные уравнения. Именно так поступили Фридман и Леметр!
Они попросту предположили гомогенную изотропность, расширяемость Вселенной… в результате чего и модель Большого взрыва, признанная большинством астрономов, имеет те же атрибуты.
Теоретики, поставив задачу разобраться в нелинейной динамике и хаосе, заложенных в уравнениях ОТО, пришли к выводу, что недурным началом является специфическое семейство решений, приводящее к модели Mixmaster Universe. Предложенная более 20 лет назад американским математиком Чарлзом Миснером, она описывает вселенную, которая постоянно проходит через сменяющие друг друга циклы, во время которых она расширяется в двух измерениях, сжимаясь при этом в третьем, перпендикулярном к ним.
Конечно, моделью реальности «миксерная» вселенная служить не может. «Это генерализация нашей стандартной космологии», — поясняет Хоубилл; вместо того, чтобы пространство одновременно расширялось во все стороны, каждая его точка то удаляется, то возвращается в одном из направлений. Вселенная остается гомогенной — но уже не изотропна! Современный подход заключается в предположении, что осцилляции миксерного типа действительно могут проявляться — в ограниченных областях пространства-времени.
Британский математик Винсент Монкриф, упомянутый Берджер и группа их сотрудников начали компьютеризированный штурм Эйнштейновых уравнений, дабы с помощью численных методов выяснить, действительно ли «комковатая» модель Вселенной включает в себя миксерное поведение, которое может оказаться чрезвычайно важным в смысле заготовки «зародышей» будущих галактик.
Надо сказать, что интерес к нелинейным аспектам ОТО возник как раз потому, что группа Хоубилла получила неожиданные результаты при попытке решить упрощенные формы уравнений с помощью компьютера. «Мы начали спрашивать себя, не являются ли эти странности артефактом использованных числовых методов — или они все же проистекают из самих уравнений?» — вспоминает он. Неопределенность продолжает отравлять работу ученых: не всегда ясно, имеют ли более общие решения уравнений ОТО какой-либо смысл в физическом мире…
«Уравнения Эйнштейна все еще хранят множество секретов, — говорит Хоубилл. — Если теория общей относительности действительно может что-то сказать о нашем мире, мы просто обязаны определить область ее применения — и затем предсказать поведение физического мира вокруг нас».
Кир Булычев
НОВОЕ ПЛАТЬЕ РЭКЕТИРА
Полгода назад после долгого перерыва на литературной карте страны вновь появился Великий Гусляр, о чем журнал «Если» сообщил своим читателям в девятом номере прошлого года. И вот писатель Кир Булычев решил опять навестить славный город. Отчет о творческой командировке мы предлагаем вниманию читателей.
Все началось с того, что Колю Гаврилова бросила Тамарка по прозвищу Томи-Томи, финалистка городского конкурса «Лучший бюст», и ушла к лавочнику Ахмету. Любопытно, что Ахмет раньше был Василием, жил на Пролетарской, но не мог пробиться в люди, так как не имел связей и друзей. Объявив себя Ахметом, он хотя и вызвал к себе настороженное отношение соседей, но зато нашел друзей в области.
Видя, как гибнет ее сын, мать Гаврилова пришла к профессору Минцу, который все еще обитал в доме № 16 по Пушкинской улице. Профессор, к сожалению, состарился, что не повлияло на его научный гений, но резко ослабило тормоза и ограничители. Раньше, прежде чем изобрести что-ни-будь, профессор трижды отмерял, а потом, может, даже и не резал (хотя, если вспомнить, и тогда случались накладки). Теперь же профессор потерял способность предвидеть, чем закончится очередное его вторжение в цивилизацию.