Идущие по пустыне

Разделяя материю на все более мелкие частицы, физики вдруг обнаружили нарушение закона сохранения массы. Оказалось, что масса целой элементарной частицы всегда меньше суммы масс частиц, ее составляющих.

Здравый смысл говорит нам: если мы разрежем яблоко пополам, то каждая половина будет в два раза меньше и легче целого плода. Сложим обе половины – и снова получим целое яблоко. И не может быть такого, чтобы каждая половинка весила больше целого яблока. Но это в макромире, а вот в мире элементарных частиц по-другому.

Например, протон состоит из трех кварков. А масса каждого кварка, по расчетам, во много раз превышает массу протона!!! Что же получается, «толстые, пухлые» кварки залезли в «худенький» протон? Именно так!

Впрочем, это неудивительно. В силу эквивалентности массы и энергии, доказанной Эйнштейном в теории относительности (Е = mс², где Е – энергия, m – масса, а с – скорость света), дефект массы[57], который явно выражен в примере с протоном и кварками, восполняется выделением соответствующего количества энергии.

В самом деле, из 1 грамма кварков, будь они у нас в руках, можно получить лишь 0,05 грамма протонов. Остальные 95 % массы кварков выделяются в виде огромного количества энергии, эквивалентной сжиганию 2500 тонн нефти!

Вот и получается: в микромире вместо старого принципа «большое состоит из малого» действует противоположный закон – «малое слагается из большого»!

Создав в 1915 году общую теорию относительности, Эйнштейн показал, что геометрические свойства пространства реального мира существенным образом зависят от того, как распределена в нем материя. Другими словами, было установлено: окружающий нас мир, подобно изогнутому листу бумаги, обладает кривизной, и эта кривизна связана с гравитационным полем.

В условиях гравитации (распределения массы с некоторой плотностью) пространство-время приобретает «кривизну», которая изменяет его свойства по сравнению со свойствами евклидового пространства. Словом, все определит плотность вещества.

Например, отношение длины окружности к ее радиусу, известное нам всем как число «пи», может меняться в зависимости от плотности материи. Если она достаточно велика, то это отношение может даже стать равным нулю! То есть изучаемая система превратится в точку.

В 1922 году ленинградский ученый Александр Александрович Фридман, анализируя выведенные Эйнштейном уравнения общей теории относительности, сделал сенсационное открытие. Он обнаружил, что уравнения Эйнштейна имеют решения, которые описывают полностью замкнутый мир. Под действием гравитации в отдельных участках Вселенной материя может «схлопнуться», образовав самозамкнувшееся пространство [5].

Таким образом, если средняя плотность Вселенной превышает некий критический предел, Вселенная становится замкнутой, то есть конечной, но безграничной.

Что значит, Вселенная становится замкнутой, то есть конечной, но безграничной? Это значит, что границ у такой Вселенной нет, куда ни полетишь, никакого предела не встретишь. Просто вернешься в ту же самую точку, откуда вылетел. То есть объем Вселенной конечен.

Как себе это представить? Возьмем обычную сферу и вообразим, что живущие на ее поверхности разумные существа, ползающие по поверхности сферы, ничего не знают о существовании третьего измерения. Поверхность сферы образует особый двухмерный мир. Он замкнут и в то же время безграничен – ведь по поверхности сферы можно двигаться в любом направлении, не опасаясь наткнуться на какую-то неодолимую преграду [6]

Представим, что разумные жители этой сферы (допустим, Земли) решили опытным путем проверить, безгранична или же ограничена их вселенная.

Исследователи встали на Северном полюсе сферы с огромным циркулем в руках и начали вычерчивать вокруг себя окружности с растущим радиусом.

Метр. Два метра. Десять километров. Тысяча километров. Десять тысяч километров… Циркуль вычерчивает окружность по поверхности земного шара. Длина этих окружностей растет вместе с ростом радиуса, растет и их площадь. К удивлению исследователей, длина окружности земного шара, все возрастая по мере удаления от Северного полюса, достигла бы максимума, а затем (перевалив за экватор) начала бы неуклонно уменьшаться, вплоть до нуля на Южном полюсе.

В итоге исследователи изобразили бы предельную окружность с нулевой длиной и максимальным радиусом – от Северного полюса до Южного. Ее радиус будет равен 20 тысячам километров, а площадь равна площади всего земного шара. Что мы увидим? Точку, в которой заключен целый мир. Это и означало бы, что мир этих исследователей замкнут.

Замкнутый мир – это такая область Вселенной, где взаимное притяжение всех находящихся в нем тел – звезд, межзвездного газа и пыли, галактик и их совокупностей – равно энергии их общей массы, то есть энергии, которая заключена в веществе согласно известной эйнштейновской формуле: Е = mc². Другими словами, наступает равенство инертной и гравитационной энергии. Плюс на минус – суммарная энергия (она же масса) может стать сколь угодно малой и даже равной нулю. Тело же с нулевой массой – не более чем точка [7].

Ряд физических вычислений показывает, что огромная вселенная может оказаться почти в замкнутом, по Фридману, мире, а ее внешние размеры могут быть микроскопическими и даже равными нулю. Но так кажется только внешнему наблюдателю: малая масса локализована внутри сферы микроскопически малого радиуса. Для наблюдателей же изнутри все выглядит совершенно по-другому: внутри этой кажущейся малой сферы, в принципе, может помещаться целая Вселенная со всеми своими галактиками, звездами и скоплениями галактик.

Так, может быть, прав был Анаксагор[58], который еще в V веке до н. э. утверждал, что в каждой частице, какой бы малой она ни была, «есть города, населенные людьми, обработанные поля, и светит солнце, луна и другие звезды, как у нас»? Все возможно! Ученые уже много раз доказывали, насколько относительны понятия «большого» и «малого».