Бесконечна ли вселенная?

После того как Эйнштейн в основном завершил свой опыт релятивистской теории тяготения, он неоднократно пытался построить, исходя из нее, свою модель вселенной, которую многие почитают едва ли не самой важной частью его работы.

Однако и Эйнштейново уравнение тяготения при том же предположении о равномерном распределении «материи» («однородности и изотропности пространства») не давало избавления от космологических парадоксов: «вселенная» получалась неустойчивой, и, чтобы предотвратить ее стягивание тяготением, Эйнштейн не нашел ничего лучшего, как, подобно Зелигеру, вставить в свое уравнение еще один член — ту же универсальную так называемую космологическую постоянную. Эта константа выражает гипотетическую силу расталкивания звезд. Поэтому-то даже в отсутствие масс в релятивистской модели де Ситтера получается постоянная отрицательная кривизна пространства-времени.

При таких условиях решение гравитационных уравнений дало Эйнштейну конечный мир, замкнутый в себе из-за «кривизны пространства», подобно сфере конечного радиуса, — математическая модель в виде цилиндра, где искривленное трехмерное пространство образует его поверхность, а время — неискривленное измерение, идущее вдоль образующей цилиндра.

Вселенная стала «безгранична»: двигаясь по сферической поверхности, понятно, невозможно натолкнуться на какую-либо границу, — но тем не менее не бесконечна, а конечна, так что свет, словно Магеллан, может обойти ее и вернуться с другой стороны. Таким образом получиться, что обсерватория, наблюдая в фантастически сильный телескоп две разные звезды на противоположных сторонах небосклона, может оказаться, видит одну и ту же звезду с ее противоположных сторон, и тождество их может быть установлено по каким-нибудь особенностям спектра. Вот и получается, что замкнутость мира оказывается доступной экспериментальному наблюдению.

Исходя из подобной модели получается, что и объем мира, так же, как и масса его материи, получается равным вполне определенной конечной величине. Радиус кривизны зависит от количества «материи» (массы) и ее разреженности (плотности) во вселенной.

Космологи занялись великими вычислениями «радиуса мира». Согласно Эйнштейну, он равен 2 миллиардам световых лет! За этот радиус ввиду общей «кривизны пространства» никакие лучи и тела; не могут выйти.

Эта «современная идея» заменить бесконечность безграничной замкнутостью, где упреки в конечности, дескать, «недоразумение», потому что здесь нет «конечных прямых», возникла по меньшей мере в середине позапрошлого века, когда ее проводил Риман 3.

И вот уже полтора столетия она разъясняется притчей о поучительной ограниченности плоских, как тени, существ, ползающих на двумерном шаре: не ведая ни высоты, ни глубины, мудрые «плоскатики» с изумлением обнаруживают, что их мир не имеет ни начала, ни конца и все же конечен.

На этом основании на сам вопрос: а что находится за границами замкнутой вселенной? — по позитивистскому обыкновению отвечают лишь снисходительной иронией —- как на «бессмысленный», потому что у сферы границ нет.

Что касается фотометрического парадокса Ольберса, то статическая модель Эйнштейна не дала даже подобия его разрешения, поскольку свет должен вечно крутиться в ней.

Противостояние притяжения и расталкивания означало неустойчивость вселенной: малейший толчок — и модель начнет либо расширяться — и тогда наш остров звезд и света рассеивается в бесконечном океане, мир опустошается. Либо сжиматься — смотря что перевесит, какова плотность материи в мире.

В 1922 году ленинградский математик А. А. Фридман решил уравнения Эйнштейна без космологического члена и нашел, что вселенная должна расширяться, если плотность материи в пространстве больше 2 х 10 в минус 29 степени г/см3. Эйнштейн не сразу согласился с выводами Фридмана, но в 1931 — 1932 годах отметил их большое принципиальное значение. А когда в 1920-е годы де Ситтер отыскал в работах Слайфера указания на «красное смещение» в спектрах спиральных туманностей, подтвержденное исследованиями Хаббла, а бельгийский астроном аббат Леметр предположил по Доплеру причину в их разбегании, некоторые физики, в их числе и Эйнштейн, увидели в этом неожиданное опытное подтверждение теории «расширяющейся вселенной».

Подмена бесконечности «безграничной» замкнутостью — софизм. Выражение же «кривизна пространства — времени» физически означает изменение в пространстве («искривление») поля тяготения; это прямо или косвенно признают крупнейшие знатоки эйнштейновской теории. Компоненты метрического тензора или других измерений «кривизны» играют в ней роль ньютоновых потенциалов. Таким образом, «пространством» здесь именуется просто вид материи — гравитационное поле.

Это обычная у позитивистов путаница понятий, которая идет еще от Платона, Юма, Мопертьюи, Клиффорда и Пуанкаре, и ведет к абсурдам. Во-первых, к отрыву пространства от материи: если гравитация не материя, а только форма ее существования — «пространство», то получается, что «форма материи» простирается далеко от «материи» (как позитивисты называют только массу) и там искривляется и замыкается. Во-вторых, это ведет к представлению «пространства» особой субстанцией — в дополнение к материи: «пространство» несет энергию и причинно взаимодействует с материей. В-третьих, это ведет к абсурду «пространства в пространстве» — обычной у позитивистов двусмысленности в употреблении этого слова: геометрия «пространства» определяется распределением в пространстве материи, — в таком-то месте пространства («вблизи масс») «пространство» искривилось.

Между тем эйнштейновская «замкнутость вселенной» в действительности может означать замкнутость лишь ее отдельного образования, в чем ничего чрезвычайного нет: замкнуты и звездные системы, и планеты, и организмы, и молекулы, и атомы, и элементарные частицы. Ядерные силы не распространяются дальше области 3 х 10 в минус 13 степени см, но это пространство открыто для электромагнитных и гравитационных сил.

Астрономы предполагают существование «черных дыр» — сколлапсировавших звезд со столь сильным полем тяготения, что оно не «выпускает» свет. Можно допустить, что есть где-то предел распространению и гравитационных сил, открытый для каких-то других сил. Подобным образом относительно замкнутой может быть и доступная нашим телескопам черная и сверкающая метель галактик — какая-то часть мира, в которую входит известный нам мир.

Если б космологи ясно сознавали, что речь идет об относительной замкнутости какой-то части вселенной, тогда вычисления радиуса этой части не пользовались бы таким возбужденным вниманием мистиков.

При постулировании разных дополнительных условий и в Ньютоновой, и в эйнштейновской, и в других теориях тяготения получается много возможных космологических моделей. Но каждая из них, по-видимому, описывает только какую-то ограниченную область вселенной. Как бы ни окрыляли нас успехи познания, упрощенно и ошибочно представлять весь мир по образцу познанного — однообразным нагромождением одинакового, абсолютизируя свойства и законы его отдельной части.

Бесконечность принципиально непознаваема конечными средствами. Ни космология, ни какая-либо другая из частных наук не может быть наукой о всем бесконечном мире. А вдобавок такая экстраполяция еще и дает пищу разным мистическим спекуляциям.