Представления о Вселенной

Есть люди, которые считают, что Вселенная была всегда, и в этом случае вопрос о ее происхождении просто отпадает. Христиане, иудеи и мусульмане верят, что Вселенную сотворил Бог. Восточные религии, вроде индуизма и буддизма, отличаются большим разнообразием идей и представлений о постоянно повторяющихся циклах, или перерождениях, каждый из которых сопряжен с определенным переменами. Еще несколько столетий назад бытовали самые разные домыслы и предположения о природе Вселенной. Затем появился целый ряд выдающихся научных гениев, включая Исаака Ньютона, который описал законы тяготения и движения небесных тел, объяснявшие устройство Вселенной. Его труды оказали глубокое влияние на взгляды того времени. Ученые показали, что загадочная Вселенная объяснима и предсказуема, да и не она одна. Необходимость в Боге как будто стала потихоньку отпадать. Коль скоро все поддавалось объяснению, стали раздаваться голоса, что и физикам скоро будет нечем заниматься. Но вскоре выяснилось, что далеко не все так просто. Все изменилось с появлением квантовой теории и теории относительности. Мы рассмотрим вкратце развитие этих идей, потому что это поможет нам составить более четкое представление о том, как работает наука.

Серьезные проблемы начались приблизительно сто лет назад, но не в области астрономических исследований, а с субмикроскопическим (не видимым в микроскоп) миром атомов, из которых состоят звезды, и с энергией, ими излучаемой. Область исследований, известная как квантовая теория, имеет дело с концепциями, которые порой откровенно пугают на фоне нашей нормальной причинно-следственной Вселенной, интуитивно воспринимаемой нами как само собой разумеющееся. Предложенная Максом Планком (1858—1947), квантовая теория утверждает, что определенные физические величины могут допускать определенные заданные значения, но не значения между ними. Более того, электроны могут вести себя в одних отношениях как волны, в других — как частицы. Некоторые результаты предсказуемы, но только на статистическом уровне, при совокупном рассмотрении многочисленных событий. А вот по отдельности дать достоверные предсказания не представляется возможным. Одной из наиболее значимых концепций, разработанных на основе этих исследований, стал принцип неопределенности Гейзенберга. Согласно этому принципу с точностью определить и положение частицы, и одновременно ее импульс (скорость, помноженная на массу) невозможно. Все это стало богатой почвой для философских умозаключений. Были высказаны предположения, что квантовой реальности не существует вовсе или что непредсказуемость в рамках квантовой теории служит основанием для нашей свободы выбора. Мы же сделаем осторожный вывод: нам еще многое предстоит узнать и замысловатом мире квантовой теории. Всякий, кто утверждает, что вполне постиг квантовую теорию, глубоко заблуждается! Тем не менее данная концепция оказалась весьма полезной при разработке разного рода необычных устройств, таких, как лазеры и сверхпроводящие магниты, и широко используется в моделях развивающейся Вселенной. Кроме того, она существенно расширила философское мировоззрение человека. Она помогла нам понять, что реальность далеко не так проста, как нам кажется; нам нужно принимать в расчет такие ее свойства, как неопределенность и непредсказуемость.

В равной степени непостижимой и переворачивающей привычные нам представления об окружающем мире стала теория относительности. Предложенная Альбертом Эйнштейном (1879—1955), одним из величайших гениев современности, эта теория оказалась удивительно полезной. Эйнштейн, родившийся в Германии и получивший образование в Швейцарии, твердо верил в Бога, но не в такого Бога, каким Его обычно представляют христиане. Для Эйнштейна олицетворением Бога служили постоянство, порядок и гармония Вселенной. Этот взгляд отражен в знаменитом его высказывании: «Бог не играет в кости». Подобным образом он возражал против неопределенности, свойственной квантовой теории.

Согласно теории относительности нельзя двигаться быстрее скорости света, а скорость света в вакууме всегда одинакова независимо от того, с какой скоростью и в каком направлении движутся источник света или наблюдатель. Впрочем, не все так просто. К примеру, несколько недавних открытий позволяют предположить, что в скорости света или в тесно связанных с ней факторах все-таки могут происходить определенные изменения¹². Теория относительности говорит о существенных изменениях во многих других физических факторах, однако мы их обычно не замечаем из-за их крайней незначительности в рамках той реальности, которая доступна для наших наблюдений. А вот если бы вы передвигались со скоростью, близкой к скорости света, то вы заметили бы, что часы идут медленнее, предметы стали короче и их масса больше. При скорости света масса теоретически должна стать бесконечной, что налагает определенные ограничения на скорость передвижения физических тел. Согласно теории относительности пространство может искривляться, масса превращаться в энергию, а энергия — в массу, что отображено в хорошо известном уравнении E=mc².

Обоснованность теории относительности подтверждается многочисленными наблюдениями. Она утверждает, что время вблизи массивных тел должно идти медленнее, и это действительно так. Согласно показаниям специальных, очень точных часов время наверху водонапорной башни идет быстрее, чем у ее основания, ближе к поверхности Земли. Наши замечательные глобальные системы определения координат должны учитывать подобные расхождения для повышения своей точности¹³. Лучи света искривляются, когда проходят рядом с огромными массами, такими, как наше Солнце, в полном соответствии с предсказанием теории относительности. С помощью атомных часов, помещенных в самолет, можно выявить мельчайшие изменения, предсказанные теорией относительности, несмотря на то, что самолет летит со скоростью, в миллион раз меньшей, чем скорость света¹⁴. Чем быстрее вы будете передвигаться в пространстве, тем медленнее будете стареть. Вы можете отправиться в космос на очень скоростном корабле, пробыть там несколько недель, и, вернувшись на Землю, вы обнаружите, что уже прошло много лет, а ваши друзья и родные уже состарились, а то и вовсе умерли¹⁵.

Так неужели теория относительности опровергает Ньютона и все его тщательно выверенные формулы небесной механики? Нет, но добавляет к выкладкам Ньютона новое измерение, особенно в том, что касается крайних состояний. Концепции Ньютона по-прежнему действенны для обычных условий и движения небесных тел в Солнечной системе, за исключением Меркурия, чье движение в некоторых его аспектах лучше объясняется теорией относительности.

На смену теории относительности, вполне возможно, придут какие-нибудь другие, более продвинутые концепции, однако с ее помощью можно объяснить множество явлений, и она нашла немало подтверждений на протяжении минувших лет. Тот факт, что время может течь по-разному, просто изумляет. Некоторые исследователи даже высказывают предположения, что время как таковое не существует вовсе; якобы, это игра нашего воображения. Но, думается мне, отказываться от этой концепции не стоит, по крайней мере, пока мы живем на Земле, ведь, неровен час, можно и на работу опоздать!