Процесс творчества Вселенной продолжается. Акты творения – «маленькие Большие взрывы» – зажигают звезды, производят на планетах революционные изменения, в результате которых рождаются живые существа, человек, разум…

Что нас ждет дальше?

Алексей Чуличков, д-р физ. – мат. наук, МГУ

98 лет тому назад, в начале XX века, в работах А. Эйнштейна по теории относительности пространство и время начинают собираться в некоторый универсальный комплекс. Этот комплекс, называемый интервалом, сохраняется при различных физических преобразованиях, при переходах от движущихся систем отсчета к неподвижным. Работы Эйнштейна привели нас к пониманию того, что пространство и время нельзя отделять одно от другого, в каком-то смысле это единая сущность. Но в то же время нельзя отождествлять время и пространство. Это все-таки разные физические понятия. И сейчас наши представления о пространстве и времени оказались уже существенно измененными в той эволюции знаний, которая прошла с конца XIX – начала XX века.

Если говорить о Вселенной, то даже во времена Эйнштейна казалось, что звезды и галактики на небе неподвижны. В 20-х годах XX века в библиотеке американского Конгресса прошла дискуссия о галактиках. Ее участники поделились на две группы: одни считали, что это газовые образования, а другие говорили, что галактики состоят из многих звезд, таких же, как и звезды, которые мы видим, но они отстоят от нас очень и очень далеко. И только благодаря развитию методов спектрального анализа, когда стали изучать свойства света от звезд и галактик, стало ясно, что все-таки по спектральным своим характеристикам галактики такие же, как звезды, а значит, они являются большим скоплением звезд.

В 1915 году А. Эйнштейн сформулировал теорию гравитации, самой неуловимой силы, которую, оказывается, труднее всего описать. В основу своей теории он положил очень элегантную идею: он ввел в физику геометрическое представление о гравитации, которое выдержало проверку временем. Прошло уже 85 лет, но мы считаем, что это одно из наиболее адекватных ее описаний. Хотя в уравнениях Эйнштейна пространство и было связано со временем, но при описании Вселенной это было некое статическое образование, которое никуда не исчезало, не сжималось, не расширялось. Единственное, что ввел Эйнштейн по сравнению с Ньютоном, это то, что пространство совсем не обязано быть евклидовым, то есть плоским, таким, к какому мы привыкли в повседневной жизни.

Возможность существования другой геометрии доказали математики XIX века. Например, в этой аудитории есть три измерения: координаты, связанные с длиной, с шириной и с высотой, это наше трехмерное пространство. Если мы начнем чертить здесь геометрические фигуры, например нарисуем треугольник на плоскости и измерим сумму его углов, то она окажется равной 180° – это хорошо известный факт из школьной геометрии. Однако тоже хорошо известно еще из школы, что нельзя из плоского листочка сделать сферу, и наоборот, из сферы невозможно сделать плоский листочек (говоря научным языком, топология сферы отлична от топологии плоскости). Геометрия пространства на сфере обладает той особенностью, что сумма углов треугольника всегда больше 180°. Действительно, если мы возьмем треугольник с двумя сторонами, идущими по меридианам, и подсчитаем сумму его углов, то можем получить любое число, но всегда больше, чем 180°. Это пример пространства положительной постоянной кривизны. А в XIX веке, еще до Лобачевского, Ф. Бойяи, очень талантливый венгерский математик, написал Гауссу письмо, в котором говорил, что существует пространство с постоянной отрицательной кривизной. Такое пространство вообразить достаточно сложно, его образом является поверхность седла. Хотя там кривизна не постоянная, но, тем не менее, этот пример дает правильное качественное представление. Если на поверхности седла нарисовать треугольник, то сумма его углов всегда меньше 180°. Других классификаций пространств в этом смысле не бывает. Пространство может обладать либо нулевой кривизной, как плоский листок, где сумма углов треугольника всегда 180° (причем как ни изгибай этот листок, как его ни крути, он всегда останется математически плоским), либо постоянно положительной кривизны, либо постоянной отрицательной кривизны.