190

Пространство, время, материя

В основе нашей способности представлять какой-нибудь предмет или явление лежит трехмерная геометрия Эвклида. Опираясь на неё, мы ориентируемся в пространстве и можем в любое время изготовить наглядные модели физических процессов, которые облегчают нам понимание этих процессов.

Наглядное изображение — всегда желанный помощник в научной работе. Но оно не является самоцелью этой работы. Разве можно наглядно представить себе, что такое энергия, электричество или мезон, которых ни один человек никогда не видел? Разумеется, нет.

И, однако, мы говорим обо всех этих вещах так, как если бы их можно было потрогать руками. Мы умеем применять к ним математический аппарат, знаем все их «уловки» и тайные свойства и заставляем их служить человечеству. Они изучены и познаны довольно полно, хотя их ещё никто не видел. Тот, кто всегда настаивает на наглядности, никогда ничего не поймёт в физике.

Точно так же общая теория относительности заботится в первую очередь не о наглядности. Речь идёт о необходимости при помощи уравнений охватить мир полнее, чем это было сделано до сих пор, не входя при этом в противоречие с проверенными фактами. Для этого Эйнштейн вместо эвклидовой геометрии должен был использовать другую, более общую. Таким образом возникает совершенно новая структура мира, которую нелегко представить в нашем соображении: искривлённое пространство.

Чтобы объяснить всё же, что это такое, приведем знаменитую сказку о плоских насекомых.

Когда-то существовал мир, который имел только два измерения: длину и ширину (рис. 1).

191

Рис. 1. Мир двумерных существ

Это была огромная плоскость, и все живущие на ней существа были ещё более плоскими, чем клопы. Они честно питались четырехугольниками и кругами, а по праздникам ели эллипсы и другие подобные лакомства.

Эти существа были совсем не так поверхностны, как выглядели со стороны. Наоборот, они тщательно изучали эвклидову геометрию плоскости и, разумеется, давно нашли, что сумма углов треугольника составляет точно 180°. Из физики они знали целый ряд законов движения, немного занимались оптикой и другими более или менее простыми вещами. Они знали, что если бежать прямо, то никогда не добежишь до конца мира, который по этой причине являлся для них бесконечно большим. Мысль о бесконечности мира наполняла их восторгом и легла в основу их мировоззрения.

Так жили эти существа в согласии с самими собой и со своим распластанным ландшафтом. Но однажды появился злой дух и с подлой ухмылкой пересадил кое-кого из них на громадный шар (рис. 2).

192

Рис. 2. Двумерные существа на шаре

Так как шар был очень велик, а у этих насекомых было слабое зрение, они не заметили, что их новый мир обладает округлостью, хотя и очень слабой. Они начали поспешно сновать взад и вперёд в своём новом мире, однако скоро успокоились, так как ничего, бросающегося в глаза, не обнаружилось.

Только взявшись основательно и систематически за изучение новой страны, они сделали непонятное для себя открытие: сумма углов треугольника составляла теперь не 180°, а больше, и тем больше, чем крупнее был треугольник. Одна измерительная экспедиция получила даже результат 270°!

Одно насекомое, знаменитое своими математическими способностями, после долгих размышлений создало теорию и сделало по этому поводу глубокомысленный доклад: мир должен быть искривлённым либо равномерно, как окружность, либо по гиперболе, или, наконец, совсем без всякой закономерности, это выяснить трудно.

Все насекомые благоговейно выслушали его, но ничего не поняли. Это было выше их плоского уровня. Только уважение к незапятнанной репутации и славе их великого математика не давало им возможности серьёзно сомневаться в его здравом уме.

Однако речь шла, в конце концов, не о нескольких градусах суммы углов треугольника; на карту было поставлено нечто большее. Теория искривлённого мира была в состоянии подвергнуть самой серьёзной опасности все существующие у них представления о Вселенной.

Поэтому они очень неохотно предприняли всё же ещё одну последнюю исследовательскую экспедицию, к которой их настоятельно призывал великий математик. Много недель маршировали они прямо, не отклоняясь в сторону ни на шаг, и казалось, что никогда не будет конца этому путешествию. Многие уже натёрли себе волдыри на лапках и ворчали, что это предприятие бессмысленно и натертые лапки — это его единственный наглядный результат.

И вдруг на далёком горизонте появились признаки жизни. Неуверенными шагами, из последних сил наши исследователи побрели вперёд. Когда они подошли ближе, то не поверили своим глазам.

О чудо, это были их собственные друзья, которых они несколько недель назад так легкомысленно покинули. Растроганно они трясли друг другу немногие оставшиеся здоровыми лапки. Но внезапно ими овладело глубокое уныние. Этот прекрасный мир обладал теперь той ужасной и непостижимой пропастью, которую им предсказал их великий Учитель, — он был искривлён и замкнут, и они обошли его, не заметив при этом ничего особенного. Мир был и остался загадочным и не поддающимся воображению. И все же он существовал!

Мы на Земле не знаем подобных забот. Наше пространство трёхмерно, и чувствуем мы себя в нём довольно хорошо, почти как рыбы в воде. Однако если как следует обдумать историю о плоских насекомых, то не будет абсолютно никаких оснований только из принципа отклонять идею об искривлённости пространства.

Искривление двумерного пространства, где жили насекомые, было произведено так, что при этом получился шар. Радиус кривизны везде соответствовал радиусу этого шара. Мера же искривления нашего пространства определяется величиной и взаимными расстояниями находящихся в пространстве масс. Поэтому искривление пространства изменяется от точки к точке и в местах, где воздействие масс отсутствует, оно должно быть равно нулю.

Отсюда следует, что, согласно общей теории относительности, пространство представляет собой нечто иное, чем пустое Ничто. Оно не может быть также голой «формой существования», как его понимает идеалистическая философия. «Пространство само по себе»- это такой же продукт нашего мышления, как и «время само по себе».

Пространство и время существуют только в связи с материей, и распределение материи определяет геометрические свойства пространства. Физика и геометрия слились в общей теории относительности в неразрывное целое.

Общая теория относительности нашла теоретические и наблюдательные доказательства того, что свойства и структура пространства и времени полностью зависят от распределения и движения материи.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here