Файл: Комаров, В. Н. По следам бесконечности.pdf

Однако планкеонов, в которых заключены небольшие энергии, может быть значительно больше. Не исключена возможность, что они входят в состав протонов и нейтро­ нов в качестве центральных ядер этих частиц. Но это, разумеется, лишь самое предварительное предположение.

Есть и другая гипотеза, согласно которой планкеоны — это не что иное как кварки — гипотетические фун­ даментальные частицы с дробными электрическими заря­ дами, из которых построены многие элементарные части­ цы и поисками которых сейчас заняты физики.

Однако может оказаться, что связь между планкеонами и обычными элементарными частицами носит совсем иной характер.

Академик М. А. Марков и профессор Станюкович вы­ сказали оригинальную гипотезу, согласно которой обыч­ ные элементарные частицы представляют собой не что иное, как наблюдаемую часть планкеонов. Эти частицы с очень большой частотой, если можно так выразиться, пе­ риодически «высовываются» из своих планкеонов и «пря­ чутся» обратно.

Но так как масса ненаблюдаемого вещества, заключен­ ного в планкеонах, во много раз больше массы «высовы­ вающихся» из них наблюдаемых частиц, то это может означать, что ненаблюдаемая масса нашей Метагалактики во много раз больше наблюдаемой.

Согласно гипотезе Станюковича планкеоны, взаимодей­ ствуя с обычными частицами, должны время от времени «раскрываться». При таком раскрытии во Вселенную вы­ брасывается некоторое количество элементарных частиц, находившихся до этого в скрытой неуловимой форме. «Спящая» материя просыпается...

Ни планкеоны, ни аналогичные частицы «максимоны», придуманные академиком М. А. Марковым, пока что не обнаружены. Но за последние годы в глубинах Вселенной открыт целый ряд явлений, которые говорят о возмож­ ности концентрации огромных масс в сравнительно не­ больших областях пространства.

К подобным состояниям могут, например, приводить заключительные этапы в жизни звезд.

Звездный зал Московского планетария. Огромный сфе­ рический купол, поблескивающие многочисленными объ­ ективами черные шары главного аппарата в центре, голу­ бой полусвет кагг всегда настраивают на какую то косми­

135

ческую ноту. Идет публичная лекция. На кафедре доктор физико-математических наук Игорь Дмитриевич Новиков.

Игорь Новиков не случайный гость в планетарии. Когда-то он пришел сюда школьником и в астрономиче­ ском кружке познакомился с наукой о Вселенной. Здесь он не только впервые взрлянул на небо в телескоп, но и научился оригинально мыслить, в бесчисленных спорах и диспутах оттачивал ум будущего исследователя. А по­ том Московский университет, аспирантура — он был уче­ ником Зёльманова,— защита диссертации.

И вот, Новиков — сотрудник академика Якова Борисо­ вича Зельдовича, одного из крупнейших физиков-теорети- ков, посвятившего в последние годы свои усилия исследо­ ванию Вселенной.

В планетарии не ведут научных наблюдений неба, не разрабатывают новых теорий. Под искусственными звез­ дами читаются популярные лекции о достижениях и про­ блемах науки о Вселенной.

Как-то одни американский турист, увидев длинную очередь, выстроившуюся возле кассы в вестибюле плане­ тария, восхищенно воскликнул:

— Да у вас в стране всеобщее астрономическое обра­ зование!

Верно сказано. Но в планетарии посетителей не прос­ то знакомят с новейшими представлениями о Вселенной. Современная астрономия поучительна. Она динамична, полна новых идей, она то и дело сталкивает нас лицом к лицу с удивительнейшими фактами. Она учит смело мыслить, обобщать, анализировать, искать неожиданные связи между явлениями, философски осмысливать слож­ ные проблемы.

Среди тех, кто пришел на лекцию Новикова,— школь­ ники, студенты, научные работники, рабочие, инженеры. И, может быть, среди них будущие Эйнштейны и Фрид­ маны.

А Игорь Дмитриевич рассказывает об одном из самых

о том, что происходит с этими небесными телами после того, как в их недрах выгорает ядерное топливо.

Падают давление и температура в центральной части звезды, и она под действием собственного притяжения

136

начинает сжиматься. Если масса звезды меньше массы Солнца, то в результате такого сжатия она превращается в белого карлика — небольшую звезду с плотностью око­ ло тысячи тонн в одном кубическом сантиметре.

Если масса звезды превосходит полторы солнечные массы, то сжатие продолжается и дальше. Звезда теряет устойчивость. Взрываются остатки ядерного горючего, со­ хранившиеся в поверхностных слоях,— со звезды срывае­ тся ее внешняя оболочка. Происходит явление, получив­ шее название вспышки Сверхновой.

Если же масса сжимающейся звезды превосходит сол­ нечную примерно в 2—3 и более раз, то согласно теории тяготения даже при огромной плотности спрессованного вещества, достигающей плотности атомного ядра, упру­ гость прижатых друг к другу частиц не может остано­ вить катастрофического сжатия. Вот тогда-то и возни­ кает гравитационный коллапс.

Но все это — лишь предисловие. Предисловие к тому удивительному выводу, который имеет самое прямое отно­ шение к геометрии окружающего нас мира.

— В процессе сжатия,— говорит Новиков, поясняя спроектированную на купол зала схему,— напряженность поля тяготения на поверхности коллапсирующего тела растет, и наступает момент, когда вторая космическая скорость, то есть скорость освобождения от притяжения сжавшейся звезды, оказывается равна скорости света.

И тогда возникает поразительная ситуация. Ни одна частица, ни один луч света не может преодолеть огром­ ного притяжения и вырваться изнутри подобного образо­ вания наружу. Пространство сколлапспрованного объекта как бы «захлопывается», и для внешнего наблюдателя он перестает существовать.

Это и есть «черная дыра».

Так как при коллапсе масса звезды не меняется, со­ храняется ее статическое гравитационное поле. И хотя сколлапсировавшая звезда как бы исчезает из нашего ми­ ра, в действительности она продолжает взаимодействовать с окружающими объектами своим полем тяготения.

Как подчеркивают Я. Зельдович и И. Новиков, общая кривизна пространства в больших масштабах и замкну­ тость или бесконечность Метагалактики зависят от плот­ ности всех видов материи, в том числе и «застывших звезд».

137

Астрономические расчеты показывают, что в нашей Галактике примерно 30 процентов звезд обладают мас­ сами достаточно большими, чтобы их существование за­ кончилось гравитационным коллапсом. Исходя из этого можно приблизительно оценить число «черных дыр», уже имеющихся в нашей Галактике. Возможно, их не меньше миллиарда.

Но если во Вселенной могут происходить те удиви­

Если Вселенная конечна и замкнута, нельзя ли, дви­ гаясь по лучу света, совершить кругосветное, пли, точнее, «круговселенное», путешествие, подобное путешествию вокруг Земли, то есть путешествие с возвращением в ис­ ходную точку? Разумеется, вопрос ставится чисто аб­ страктно, ибо при этом приходится отвлекаться от време­ ни, необходимого для осуществления подобного замысла и технических возможностей.

Если бы материя была распределена в пространстве равпомерио, так сказать, «равномерно» размазана по все­ му пространству, то путешествие, о котором идет речь, в принципе, вероятно, оказалось бы возможным. И, на­ правив какой-нибудь супертелескоп в противоположную точку небесной сферы, мы, возможно, могли бы увидеть самих себя.

Но в неоднородной Вселенной наша «прямая» линия будет испытывать многочисленные местные искривления и вряд ли вернется к месту старта. Дело обстоит еще сложнее. На нашем пути могут встретиться многочислен­ ные черные дыры с их могучим притяжением и другими пространственно-временными сюрпризами, которые способ­ ны сделать дальнейшее путешествие просто невозможным.

Таким образом, если бы мы даже и располагали необ­ ходимым временем и соответствующими техническими средствами, «круговселенное» путешествие оказалось бы куда более сложным делом, чем путешествие вокруг Зем­ ли. И не только круговселенное, но даже просто полет в намеченную точку мирового пространства.

Нельзя ли, однако, воспользоваться иным способом путешествий по Вселенной? Вернемся на время на Землю и проделаем такой «мысленный» эксперимент: попытаем­ ся совершить путешествие из некоторой точки на эква­

138

торе в противоположную. Казалось бы, кратчайший вари­ ант — движение по экватору пли по меридиану. В этом случае нам придется преодолеть около 20 тысяч километ­ ров. Но есть еще одна теоретическая возможность. По­ скольку поверхность нашей планеты искривлена, до про­ тивоположной точки на экваторе можно в принципе до­ браться прямиком сквозь тело Земли. Разумеется, если располагать для этого соответствующими техническими средствами. Тогда наш маршрут сократится до 13 тысяч километров.

Поскольку пространство Вселенной также искривлено, естественно возникает вопрос: нельзя ли воспользоваться подобным же способом и для путешествий по Вселенной? Кстати, им широко пользуются современные писателифантасты на страницах своих произведений.

Но все дело в том, что для путешествия «напрямик» из одной точки экватора в противоположную нам при­ шлось «проколоть» Землю, иными словами, выйти из дву­ мерного пространства земной поверхности в трехмерное.

Чтобы «проколоть» искривленное мировое пространст­ во, нам надо было бы выйти в следующее — четвертое измерение. Но, увы, пространство, в котором мы живем, хотя и искривлено, но трехмерно. И потому ускоренный метод космических путешествий, о котором идет речь, хотя и заманчив, по, к сожалению, навсегда, видимо, ос­ тается уделом лишь научной фантастики, возможно, было бы точнее сказать — ненаучной фантастики.

От парадоксов к парадоксам

Как мы уже могли убедиться, путь к решению особо сложных естественнонаучных проблем нередко идет через преодоление всякого рода парадоксов.

«Порвалась связь времен» — в величайшей тревоге восклицает шекспировский Гамлет. Но если бы датский принц был диалектиком, он понимал бы, что именно тог­ да, когда рвется «связь времен»,— цепь привычных при­ чин и следствий,— создаются наиболее благоприятные условия для прогресса, для скачка в неизвестное.

Парадокс в науке, то есть явление, противоречащее привычным теориям и представлениям,— почти всегда сигнал о неведомых возможностях, указание на хорошо

139

замаскированную природой потайную дверцу, за которой открываются совершенно новые пути в неизвестное.

«Расправившись» с парадоксами классической физики, теория относительности принесла с собой новые, не менее удивительные.

Если во Вселенной действительно существуют «черные дыры» и замкнутые области пространства, то в этих обла­ стях могут происходить совершенно поразительные вещи.

Об одной из таких возможностей расказывают в своей книге «Релятивистская астрофизика» Я. Зельдович й И. Новиков.

Оказывается, коллапсирующее тело, которое для внеш­ него наблюдателя вошло внутрь сферы Шварцшильда уже не может вновь расшириться так, чтобы выйти из-под этой сферы к тому же наблюдателю, который видел ее сжатие.

Для этого наблюдателя все, что следует за тем момен­ том, когда тело прошло через критический радиус, являе­ тся абсолютно недоступным.

Но можно представить себе наблюдателя, разумеется, гипотетического, который сжимается вместе с коллапси­ рующим веществом. В процессе сжатия он в какой-то момент тоже пересечет сферу Шварцшильда и перейдет, таким образом, из внешнего пространства в замкнутое внутреннее пространство коллапсирующего объекта.

Теория утверлчдает, что при некоторых условиях гра­ витационное сжатие может смениться расширением еще до того момента, как плотность сжимающегося вещества достигнет бесконечной величины. Бесконечной она будет только в центре сжатия.

При расширении, очевидно, наступит момент, когда наш «внутренний» гипотетический наблюдатель вновь пе­ ресечет сферу Шварцшильда, но на этот раз изнутри, и снова выйдет во внешнее эвклидово бесконечное простран­ ство.

Но все дело в том, что это будет уже не то простран­ ство, из которого происходит сжатие. Новая простран­ ственная область лежит по'отношению к прежней в «абсо­ лютном будущем», и между этими двумя бесконечными1

1 Сферой Шварцшильда для данного тела называется такая сфера, оказавшись внутри которой это тело начинает катастро­ фически сжиматься.

140

областями не может быть никакого обмена информацией или какими-либо другими сигналами.

Этот вывод о двух эвклидовых пространствах, разде­ ленных временной бесконечностью, лежащих относитель­ но друг друга в «абсолютном будущем» и в «абсолютном прошлом», представляется довольно странным и даже фантастическим.

И надо прямо сказать, что вопрос о том, что происхо­ дит при коллапсе с точки зрения «внутреннего» наблю­ дателя, остается во многом еще совершенно неясным, и, в частности, трудно сказать, имеет ли он реальный физи­ ческий смысл и какой именно можно сделать вывод о двух отделенных друг от друга бесконечных эвклидовых про­ странствах.

Но этот пример еще раз убедительно показывает, к каким удивительным, необычным, экзотическим ситуа­ циям приводит изучение геометрических свойств окру­ жающего нас мира, особенно в тех случаях, когда мы сталкиваемся с физическими условиями, в той или иной мере соприкасающимися с бесконечностью.

В последнее время появилась еще одна удивительная

эту область, как бы безвозвратно проваливается в бездну. А может быть, в самом деле, проваливается? В другую Вселенную...

Может быть, в нашей Вселенной есть своеобразные стоки, соединяющие ее с другой или с другими вселен­ ными? И тогда в пространстве этой другой Вселенной возникают объекты, истекающие веществом, которые по аналогии можно назвать «белыми дырами».

Таким образом, не исключена возможность, что про­ странство нашей Вселенной соединено с пространствами других вселенных своеобразными туннелями, по которым происходит перекачка вещества. А входы и выходы этих туннелей и есть «черные» и «белые» дыры.

В связи с этим невольно вспоминается высказывание известного английского астрофизика Джемса Джинса, еще в 1928 году предположившего, что центры галактик имеют характер «сингулярных точек», в которых «материя вте­ кает в наш мир из некоторого иного и совершенно посто­ роннего пространства. Тем самым обитателям. нашего

141