Искривленное место
Искривленное место
Мы на данный момент увидим, что вопрос о средней плотности материи во Вселенной имеет решающее значение не только лишь для трудности грядущего Вселенной, да и для трудности ее протяженности. Может быть, эта фраза вызовет настороженность у читателя. Как может появиться у материалиста вопрос о протяженности Вселенной? Разве не ясно, что место Вселенной длится во все стороны прямо до бесконечности?
Казалось бы, хоть какое другое мировоззрение ведет к представлению о существовании некий границы вещественного мира, за который начинается нечто нематериальное. В протяжении долговременной истории науки только нескончаемо простирающееся во все стороны место представлялось единственно применимым для всякого стихийного материалиста. Аргументы, доказывающие это, были верно сформулированы еще превосходным философом старого Рима Лукрецием Каром две тыщи годов назад. Он писал в поэме “О природе вещей”:
Нет никакого конца ни с одной стороны у Вселенной, Ибо по другому края обязательно она бы имела. Края ж не может иметь, разумеется, ничто, если только Вне его нет ничего, что его отделяет, чтобы видно
Было, доколе смотреть за, ним наши чувства способны.
Если ж должны мы признать, что нет ничего за Вселенной.
Нет ни краев у нее, Я нет ни конца, ни предела
И индифферентно, в какой ты находишься часта Вселенной:
Где бы ты ни был, всюду, с того места, что ты занимаешь, Все нескончаемой она остается во всех направлениях.
С того времени подобные аргументы о бесконечности и безграничности места аккуратненько повторялись в протяжении веков.
С нынешней точки зрения такое представление кажете” доверчивым. 1-ый удар. по старенькым взорам был ндвесен . теоретическим открытием способности геометрии, хорошей от геометрии Эвклида, которая изучается в школе. Это было изготовлено величавыми математиками прошедшего дека Н. Лобачевским, Я. Бонн, .Б. Римадом, К. Гауссом,
Что такое неэвкдидова геометрия? Если обратиться к планиметрии, то, оказывается, осознать это очень просто: эвклидова, геометрия изучает характеристики геометрических фигур на плоской поверхности, неэвклидова геометрия изучает характеристики фигур на искривленных поверхностях, к примеру, на сфере либо, скажем, на седлообразной поверхности. На таких искривленных поверхностях уже не может быть прямых линий и характеристики геометрических фигур другие, чем на плоскости. Прямые полосы заменяются тут линиями, которые являются кратчайшими расстояниями меж точками. Они именуются геодезическими линиями. На сфере, к примеру, геодезические полосы — это дуги огромных кругов.
Примером их могут служить меридианы на, поверхности Земли. На сфере мы можем чертить треугольники, стороны которых являются геодезическими, отрисовывать окружности, можем учить их характеристики. Все это просто для себя представить. Трудности с представлением, появляются, когда мы обращаемся .уже не к двумерной поверхности, а к неэвклидову трехмерному месту. Втаком пространстве характеристики призм, шаров и других фигур отличаются от тех, что мы изучали в школе. По аналогии с поверхностями мы можем сказать, что такое место искривлено. Но эта, аналогия навряд ли поможет нам представить наглядно искривленное трехмерное место. Мы живем в трехмерном пространстве, выпрыгнуть из него не можем (так .как вне места ничего нет), потому нельзя спрашивать: “В чем,изгибается наше реальное место?” Сущность кривизлы места заключается в изменении его геометрических параметров по сопоставлению со качествами плоского места, где справедлива геометрия Эвклида.
Читатель, наверняка, помнит из раздела о темных дырах, что общая теория относительности приводит к заключению об искривленности места в сильных полях тяготения, об изменении его геометрических параметров.
Когда мы обращаемся к большущим просторам Вселенной, то чем больший масштаб рассматриваем, тем больше охватываемая масса вещества и тем посильнее поле тяготения. В огромных масштабах мы должны обращаться к теории Эйнштейна, должны учесть искривление места.
И тут мы сталкиваемся с необычным обстоятельством. Чтоб осознать сущность нового явления, вернемся опять к искривленным двумерным поверхностям.
Возьмем кусок плоскости. Если мы будем добавлять к нему примыкающие части плоскости все большего размера, то получим всю плоскость, неограниченно простирающуюся в бесконечность.
Выделим сейчас на поверхности шара небольшой кусок. Если он очень мал; мы даже не заметим его искривленность. Добавим сейчас к этому куску примыкающие, охватывая все огромные области. Сейчас искривленность уже видна. Продолжая эту операцию, мы увидим, что наша поверхность из-за кривизны замыкается сама на себя, образуя замкнутую сферу. Нам не удалось продолжить искривленную таким макаром поверхность неограниченно до бесконечности. Она замкнулась. Сфера имеет конечную площадь поверхности, но не имеет границ. Плоское существо, ползущее по сфере, никогда не повстречает препятствия, края, границы. Но сфера не нескончаема!
Мы наглядно лицезреем, что из-за замкнутости поверхность может быть беспредельна, но не нескончаема.
Вернемся к трехмерному месту. Оказывается, его искривленность может быть подобна искривленности сферы. Оно может замыкаться самб на себя, оставаясь бескрайним, но конечным по объему (подобно тому, как сфера конечна по площади).
Естественно, приятное представление тут очень тяжело. Но такое может быть. Сейчас нам понятно, что аргументы в строфах Лукреция Кара ориентированы против ограниченности места любым барьером, но не против конечности объема места — ведь место может быть бескрайним, но конечным по объему.
Модели Вселенной, построенные А. Фридманом, демонстрируют, что таковой случай может иметь место в реальности. Для этого средняя плотность вещества во Вселенной должна быть больше критичной. В данном случае место оказывается конечным, замкнутым; такую модель именуют закрытой.
Если средняя плотность материи во Вселенной равна критичной, то геометрия места эвклидова. Такое место именуют плоским. Оно простирается во все стороны до бесконечности и объем его нескончаем.
В конце концов, если плотность мамы меньше критичной, то геометрия места тоже искривленная. Но в данном случае геометрия подобна уже не геометрии на сфере, а геометрии на седлообразной поверхности. Это место так же неограниченно простирается во все стороны, не замыкается. Его объем нескончаем. Такую модель Вселенной именуют открытой. Каковой же наш мир?
Напомним, что до сего времени неведома накрепко средняя плотность вещества в пространстве, непонятно, больше она критичной либо меньше.
Потому непонятно, открыта ли наша Вселенная либо закрыта.
Мысль способности закрытого мира с замкнутым местом, естественно, очень необыкновенна. Как и мысль эволюции Вселенной, эта мысль с трудностями пробивала для себя дорогу. Возражения против нее частично были обоснованы всей той же инертностью мышления и тенденциозными соображениями, а частично недостаточной образованностью приверженцев утверждения, что только нескончаемый объем места совместим с материализмом.
Я помню один из таких горячих споров в мои студенческие времена, проходивший на 6-м Всесоюзном совещании по вопросам космогонии в Москве.
Вот цитата из выступления 1-го из философов на том совещании: “По правде, если представить, что Вселенная конечна в пространстве, то сразу мы сталкиваемся с необходимостью ответить на такие неразрешимые вопросы: как можно представить для себя конечную в объеме Вселенную, что лежит за ее пределами…”
Видите ли, аргументация тут еще примитивнее, чем у Лукреция Кара и базирована лишь на воззвании к здравому смыслу, что, как уже издавна понятно, не является аргументом в споре.
Никаких идеалистических выводов из факта, способности замкнутости места, естественно, не следует.
Материализм исходит из факта объективности места, из того, что материя может существовать исключительно в пространстве. “В мире нет ничего, не считая передвигающейся материи, и передвигающаяся материя не может двигаться по другому, как в пространстве и во времени” (В. И. Ленин). Установление же определенных параметров места, и, а именно, нескончаем его объем либо конечен, — дело естественных наук.
Свойственна в. этом отношении реплика академика В. Гинзбурга на одной из научных обсуждений: “Не количеством кубических см определяется идеология!”
Подобные споры ушли в прошедшее, и дело за наукой — найти настоящую структуру мира.
Искривленность места определяется степенью отличия плотности материи от критичного значения. Чем посильнее отличие, тем больше искривление. Наблюдения демонстрируют, что если плотность материи и отличается от критичной, то не очень очень и искривленность сказывается лишь на больших расстояниях во многие млрд световых лет. В замкнутом пространстве Вселенной кратчайшая линия — геодезическая — оказывается замкнутой, подобно большенному кругу на сфере (к примеру, подобно экватору). Скользя повдоль такового пути, мы возвращаемся в начальную точку, точно так же, как, двигаясь по экватору и обойдя Землю, приходим в начальный пункт нашего путешествия.
Может быть, будущие наблюдения покажут, что плотность материи больше критичной и Вселенная замкнута. В данном случае объем Вселенной конечен, но все таки громаден, размеры Вселенной колоссальны. Длина “экватора” — геодезической полосы, обхватывающей всю Вселенную, — никак не меньше нескольких 10-ов млрд световых лет, а возможно, еще больше.
Естественно, есть не наименьшие основания ждать, что плотность материи во Вселенной не превосходит критичную и объем Вселенной нескончаем.
В последующем разделе мы увидим, что различие меж открытой и закрытой Вселенной не настолько драматично, как это кажется с первого взора.
Новиков И.Д.