Вселенная. Путешествие во времени и пространстве

Был этот мир глубокой тьмой окутан.
Да будет свет! И вот явился Ньютон.

Так написал в XVIII веке английский поэт Александр Поуп.

Но сатана недолго ждал реванша:
Пришел Эйнштейн — и стало все, как раньше.

Так ответил ему в XX веке Джон Сквайр.

Конечно же, имелись в виду простота и ясность теории Ньютона и отвергающая здравый смысл (на первый взгляд) теория Эйнштейна.

Замечательно, что две теории на самом деле не противоречат друг другу. Теория Ньютона может (точнее, должна) рассматриваться как часть теории относительности при малых (по сравнению со скоростью света) скоростях. Достаточно сложная математика, использованная Эйнштейном, в случае малых скоростей может быть заметно упрощена — и тогда получается физика Ньютона. Поправки, связанные с эффектами теории относительности, имеет смысл вводить только при очень больших скоростях.

9. Вселенная, меняющаяся в размерах

Вы мне не поверите и просто не поймете —
В космосе страшней, чем даже в дантовом аду!
По пространству-времени мы прем на звездолете,
Как с горы на собственном заду.

Владимир Высоцкий, «Песня космических негодяев»

Эйнштейн был первым, кто попытался построить научную и математически обоснованную теорию, которая описывала бы всю Вселенную. Впервые речь шла не об устройстве отдельной звездной системы с планетами или отдельной галактики, а об устройстве мира в целом. Поэтому теория Эйнштейна оказалась первым наброском современной космологии — но уже не умозрительной, а соответствующей всем известным законам природы и результатам наблюдений.

Впрочем, определенная умозрительность в новой теории все-таки присутствовала. Эйнштейн был убежден в том, что Вселенная стационарна — неизменна и вечна. Но (видимо, к удивлению ученого) из его математических построений это не следовало. Наоборот, ­получалось, что Вселенная «не хочет» быть стационарной.

Если теория правильна и корректно изложена математически, значит, формулы адекватно описывают реальность. На основании проверенных формул мы рассчитываем траектории космических аппаратов (например) и убеждаемся, что «правильная» математика дает верные результаты.

Уровень компетентности лучших ученых, их знания физики и математики дают если не гарантию, то, по крайней мере, высокую вероятность того, что ошибок в рассуждениях и расчетах нет.[34] В науке, кроме того, принято всё и всегда проверять и перепроверять. Теория Эйнштейна показывала, что Вселенная не может быть стацио­нарной. Но сам автор теории был уверен, что это невозможно. Допустить, что Вселенная нестационарна (рас­ширяется или сжимается), он не мог. ­Значит, что-то нужно было менять в теории.

Эйнштейн предположил следующее. Вселенная однородна. Это значит, что средняя плотность материи (в виде вещества и полей) в среднем одинакова по всей Вселенной. Нет никаких сверхплотных сгущений материи, вещество разбросано по всей Вселенной приблизительно равномерно.

Вселенная однородна и изотропна.

Кроме того, в основе теории лежало второе предположение — об изотропности Вселенной. Слово «изотропность» означает, что все направления во Вселенной равноправны. В ней нет таких направлений, которые чем-то отличаются от других — например, чтобы в одном из направлений нарастала плотность вещества, а в других — нет.

Космологическая модель Эйнштейна описывала однородную и изотропную Вселенную.

Для того чтобы его теория описывала стационарную Вселенную, Эйнштейн добавил в свои уравнения дополнительное слагаемое. Он обозначил его заглавной греческой буквой «лямбда» (Λ) и назвал космологической постоянной. Эта величина должна была компенсировать воздействие гравитационного парадокса и противодействовать сжатию Вселенной, которое прямо следовало из его уравнений.

Что это такое, какой физический смысл имеет космологическая постоянная и что это за сила, которая должна действовать как антигравитация, Эйнштейн не знал. Вселенная казалась ему стационарной (не сжимающейся и не расширяющейся), поскольку не было фактов, говоривших, что это не так. Зато фактом являлось то, что звезды в Галактике и сами галактики находятся на огромных расстояниях друг от друга и кажутся[35] неподвижными.

Эйнштейн ввел в свои уравнения космологическую постоянную, надеясь на то что в будущем удастся выяснить ее сущность. В том, что какая-то сущность есть, Эйнштейн не сомневался: что-то же должно препятствовать сжатию всего вещества Вселенной под действием его (вещества) тяготения.