Наука Плоского мира. Книги 1-4

На самом деле в каждом из трех случаев возможно более одного варианта топологии. Фридман отмечал это в своей статье 1924 года для случая отрицательной кривизны, но его комментарий по какой-то причине был забыт. Конечные пространства нулевой кривизны уже были известны, и самым очевидным из них был плоский тор. Эллиптическое пространство конечно в любом случае. Но даже оно не исчерпывает всех возможных пространств с положительной кривизной этот факт был известен Пуанкаре в 1904 году. К сожалению, после того, как это недоразумение завладело умами, искоренить его было весьма непросто, и в итоге оно на несколько десятилетий затуманило понимание вопроса о форме Вселенной.

Впрочем, на тот момент перед космологами стояла более крупная цель происхождение Вселенной. В соответствии с решением уравнений поля, описывающим Большой взрыв, и пространство, и время возникли из ничего, а затем эволюционировали в современную Вселенную. Физики были в состоянии принять столь радикальную теорию, так как квантовая механика уже подготовила их тому, что частицы могут спонтанно возникать из ничего. Если это по силам одной частице, то почему не целой Вселенной? Если на это способно пространство, то почему не время?

Возвращаясь к Эйнштейну. Он мог бы даже предсказать расширяющуюся сферическую Вселенную, но решил, что статическая модель единственно верная. Чтобы получить статичное решение, он модифицировал свои уравнения поля, добавив в них новый член, зависящий от «космологической постоянной». Подобрав нужное значение этой константы, Вселенную можно было привести к статичному виду. Точная причина, по которой космологическая постоянная должна равняться именно этому значению, была не столь ясна, однако добавочный член уравнений удовлетворял всем глубоким принципам симметрии, лежавшим в основе философии Эйнштейна о правильном поведении Вселенной. В действительности, чтобы избавиться от этого члена, потребовались бы серьезные и довольно специфические основания. Когда телескопические наблюдения галактических спектров выявили расширение Вселенной, Эйнштейн решил, что введение космологической постоянной было его «величайшим заблуждением». Отказавшись от нее, он вполне мог предсказать расширение.

Что ж, такова традиционная история, однако она требует неявного допущения. Чтобы вывести формулу, выражающую зависимость формы и размера Вселенной от времени, специалисты по математической физике в начале двадцатого века искали лишь сферически симметричные решения уравнения поля. Благодаря этому допущению, число пространственных переменных уменьшается с трех до одной, выражающей расстояния от центра. В качестве приятного побочного эффекта оно также помогает упростить уравнения поля, которые в этом случае можно решить в явном виде. Неочевидное предположение о сферической симметрии «Вселенная должна быть одинаковой в любой точке» не имеет под собой твердого основания. Эйнштейн настаивал на том, что везде должны действовать одни и те же законы, но это вовсе не означает, что одинаковым должно быть и поведение. Планеты и вакуум, к примеру, тоже подчиняются одним и тем же законам.

С появлением компьютеров стало ясно, что число решений эйнштейновых уравнений поля невообразимо велико даже бесконечно велико, в зависимости от выбора начальных условий и лишь немногие из них обладают сферической симметрией. Пространство может расширяться в одних областях, сжиматься в других или закручиваться, как в водовороте. Его поведение может меняться со временем. Так что хотя расширяющаяся Вселенная и является одним из возможных решений уравнения поля, предсказываемое ей расширение справедливо не более, чем уверенный прогноз дождя на завтра, основанный на одной лишь возможности дождя как решения погодных уравнений.

Несколько лет тому назад в мире царила безмятежность. Теория Большого взрыва удовлетворяла результатам всех важнейших наблюдений. В частности, она предсказывала, что фоновое микроволновое излучение космоса должно иметь температуру около 3 градусов по абсолютной шкале. Очко в пользу Большого взрыва.

Но по мере продвижения исследований стали возникать трудности. Современная Вселенная содержит множество крупномасштабных структур громадных галактических прядей, окружающих еще более громадные пустоты наподобие пены в бокале пива, если считать, что галактики образуются на поверхности пивных пузырьков, а пустоты это заключенный внутри них воздух. Если проиграть события от настоящего к прошлому, то с учетом современных теорий возраст Вселенной составит около 13,5 миллиардов лет. С одной стороны, этот возраст слишком мал, чтобы объяснить скопление материи, существующее в настоящий момент. С другой стороны, он недостаточно велик, чтобы объяснить плоскую форму современного пространства.