ФЮ.Зигель
НЕИСЧЕРПАЕМОСТЬ
БЕСКОНЕЧНОСТИ

ей

ФЮ.Зигель
НЕИСЧЕРПАЕМОСТЬ
БЕСКОНЕЧНОСТИ
Scan nbl
МОСКВА «ДЕТСКАЯ ЛИТЕРАТУРА» 1984
22.63
3—59
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Научный редактор
профессор, доктор
физико-математических наук
I Г. С. НАРИМАНОВ I
Художник
П. ЧЕРНУСКИЙ
4802000000—254
М101 (03)84
059—84
(^ИЗДАТЕЛЬСТВО «ДЕТСКАЯ ЛИТЕРАТУРА», 1984 г.
...Природа бесконечна, как беско-
нечна и мельчайшая частица ее
(и электрон в том числе), но разум
так же бесконечно превращает «вещи
в себе» в «вещи для нас».
В. И. Ленин
Вступление
Когда мне шел восьмой год, мой дядя, быва-
лый и разносторонне образованный моряк, ре-
шил однажды познакомить меня с беско-
нечностью.
— Возьми в руки какую-нибудь палку, — сказал он, —
и представь себе, что другого конца у палки нет.
— Как так нет? — удивился я.
— А вот так — один конец палки в твоей руке, а
другого нет, потому что палка имеет бесконечную длину
или, точнее, уходит в бесконечность!
Я попробовал, зажмурив глаза, вообразить себе пал-
ку с одним концом, и мне стало... жутко! Удивительная
невесомая палка протыкала стены комнаты, воздушную
оболочку земного шара и уходила куда-то далеко-дале-
ко, в черную бездну ночного неба. Мои попытки мы-
сленно увидеть всю палку кончались крахом. Да и мог-
ло ли быть иначе, когда второго конца фантастической
палки не было, а значит, представить себе наглядно всю
палку просто невозможно! Так впервые мне довелось
ощутить тот «ужас бесконечного», о котором, как я поз-
же узнал, писали многие философы и математики.
— Вот так же бесконечен и Мир, Вселенная, то
есть все, что существует, — продолжал дядя. — Куда
ни посмотри на небо, в любом направлении никакого
края, конца Вселенной нет. Сколько ни лети туда, куда
смотришь, конца твоему полету никогда не будет.
Для детского сознания все это было крайне необыч-
но. Всем существом своим хотелось протестовать против
неумолимой логики дядиных рассуждений и доказать
ему, что какой-то все-таки «конец» у Вселенной дол-
жен же быть!
— Хорошо! — усмехаясь, как бы соглашался дя-
дя. — Пусть будет по-твоему — где-то Вселенная «окан-
чивается». Ну, а что там дальше, за этим «концом»?
И снова трудно, вернее, невозможно было предста-
вить себе какой-то «конец» Вселенной, за которым
больше ничего, даже пустого пространства, нет.
— Вот когда мысленно долетишь до «конца» Вселен-
ной, — шутливо посоветовал дядя, — протяни дальше
руку или, скажем, обычную палку. Неужели ты не
сможешь это сделать?
— Конечно, смогу. Разве что-нибудь мне помеша-
ет? — соглашался я.
— Так будет и со всяким другим, более далеким
«концом» Вселенной, потому что Вселенная бесконеч-
на, — завершил разговор дядя.
Не знал я тогда, что и пример с палкой, и совет
протянуть руку за «край» Вселенной придуманы не дя-
дей, а древними философами. Впрочем, это обстоятель-
ство в ту пору не играло существенной роли — автори-
тет дяди был для меня непререкаем. Впервые ощутив
«ужас бесконечного», я почувствовал и поразительную
6 противоречивость в самом понятии бесконечного.
Ведь одинаково трудно представить себе, что Вселенная
бесконечна или что у Вселенной есть какая-то граница.
Хотя с той поры прошло несколько десятилетий, но
и сейчас проблема бесконечного мне представляется од-
ной из сложнейших проблем науки и философии. При-
чина не только в том, что мы, люди, не в состоянии
наглядно представить себе бесконечность — взамен об-
раза приходит мысль, понимание, и то, что нельзя пред-
ставить, вполне можно понять. Главные трудности по-
рождены самой бесконечностью, ее многоплановостью,
неисчерпаемостью. Бесконечность встречается буквально
на каждом шагу, и с ней связаны самые важные, фунда-
ментальные проблемы науки и философии.
Читателю предстоит познакомиться с ролью беско-
нечности в математике, астрономии, физике, философии,
с неисчерпаемостью окружающего нас материального
Мира. Далеко не все, о чем рассказано в этой книге,
бесспорно. Скорее, наоборот — большинство обсуждае-
мых проблем дискуссионны и окончательного общепри-
нятого мнения по ним в науке пока нет. Разные ученые
думают по-разному, и не следует их гипотезы, то есть
научные предположения, принимать за бесспорные
факты.
Не забывайте — мы выходим на передовые рубежи
современного знания. Здесь, на грани неведомого, толь-
ко еще ищут истину, но пока в полной мере не обла-
дают ею.

Л|Л Когда целое
равно своей части
Рассмотрение бесконечного имеет
свои трудности, так как много не-
возможного следует и за отрицанием
его существования и за призна-
нием.
Аристотель
Самая простая
бесконечность
®Для первого знакомства с бесконечным
нет нужды мысленно уноситься в космиче-
ские дали, мы найдем бесконечное здесь,
рядом, в обычной земной обстановке. Выбери-
те недалеко от себя какой-нибудь предмет, например,
стул, и представьте себе, что вы решили дойти до него
несколько необычным способом — всякий раз ступая
ровно на половину того расстояния, которое осталось
до стула. Нетрудно сообразить, что стул окажется
для вас недосягаемым. Вы можете двигаться не останав-
ливаясь сколько угодно лет, приблизиться к стулу как
угодно близко, но до самого стула так никогда и не до-
беретесь — ведь вас от него будет отделять вторая поло-
вина оставшегося расстояния.
Конечно, реальную обстановку в этом примере при-
дется идеализировать: каждый ваш шаг совершенно 9
точно равен половине оставшегося расстояния. Можно
процесс вашего движения записать в форме такого мате-
матического выражения:
-L+-L+-L-4-
2 ' 4	8 ’
Многоточие справа заменяют слова «и так далее», то
есть суммирование постепенно убывающих чисел продол-
жается «до бесконечности». Что, однако, означает выра-
жение «до бесконечности»? Разве бесконечность — это
какое-то число, достигнув которого можно прекратить
суммирование? Нет, разумеется, бесконечность — не
число и складывать числа придется как угодно долго,
то есть вечность. Слово же «вечность» не имеет иного
смысла, как «бесконечность во времени». Как видите,
уже сразу, на простейшем примере, нехитрые рассужде-
ния столкнули нас с бесконечностью во времени и прост-
ранстве. Оказалось, что бесконечность находится ни
где-то там, в «прекрасном далеке», а здесь, рядом
с нами.
Те, кто знаком с суммированием членов бесконечно
убывающей геометрической прогрессии, сразу же заме-
тят, что приведенное выше выражение равно 1. Но этот
совершенно правильный вывод отнюдь не опровергает
наших рассуждений. При вычислении суммы членов бес-
конечно убывающей геометрической прогрессии пред-
полагается, что все ее члены (а их бесконечно много!)
уже даны, существуют. В таком случае математики го-
ворят об актуальной, существующей, «завершенной» бес-
конечности. При попытках же дойти до стула вы сумми-
руете все большее и большее число членов прогрессии,
но не сразу все ее члены. При такой ситуации беско-
нечность мыслится лишь как нечто потенциальное, скры-
тое, пока еще (и вечно!) недостигнутое. Естественно,
что такого рода «недостижимую» бесконечность назы-
вают потенциальной.
Чтобы лучше запомнить пример с недостижимым
стулом, назовем этот пример как-нибудь условно, на-
10
пример «Путник». Пусть — в дальнейших наших рас-
суждениях одно слово «Путник» избавит нас от повто-
рения того, что было сейчас рассказано.
Можно ли сравнивать бесконечности? Имеет ли
смысл утверждение, что одна бесконечность «бесконеч-
нее» другой?
Для житейского «здравого смысла» сама постановка
такого рода вопросов выглядит нелепой. Но ведь так на-
зываемый «здравый смысл» есть всего лишь обобщение
нашего повседневного опыта. Он включает в себя не
только знания, но и заблуждения. Отмечая лишь то,
что «бывает», здравый смысл не всегда восходит до по-
нимания того, что может быть. «...Здравый человече-
ский рассудок, — писал когда-то Фридрих Энгельс, —
весьма почтенный спутник в четырех стенах своего до-
машнего обихода, переживает самые удивительные при-
ключения, лишь только он отважится выйти на широ-
кий простор исследования» L
Так что не всегда следует доверять «здравому смыс-
лу». Не поверим мы ему и на этот раз.
Самая простая бесконечность — это бесконечность
натурального ряда чисел:
1; 2; 3; 4; 5; ...
Такая последовательность целых положительных,
или, как их иначе называют, натуральных, чисел напо-
минает знаменитую палку с одним концом. Левый «ко-
нец» отмечен единицей, а справа конца нет, потому что
не существует наибольшего натурального числа. Если
кто-нибудь в этом сомневается, пусть прибавит к «наи-
большему» числу единицу и получит число еще боль-
шее. Противоречие доказывает, что исходное предполо-
жение о наибольшем натуральном числе ошибочно. Его
просто нет, и натуральный ряд справа ничем не огра-
ничен.
Представим себе теперь то, что математики назы-
1 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 20, с. 21.
11
Числовая ось.
вают числовой осью. Это прямая (бесконечная в обе
стороны), на которой выбраны начало отсчета, точка О,
положительное направление отсчета (указано стрелкой)
и масштаб. Нанесем на числовую прямую все целые
числа — и положительные и отрицательные. Тех и
других бесчисленное множество, но тем не менее точек
на числовой прямой еще больше: ведь далеко не все из
йих пронумерованы. Получается, что бесконечное мно-
жество точек числовой прямой, так сказать, «бесконеч-
нее» множества всех целых чисел!
Можно, казалось бы, сказать проще: целых чисел
меньше, чем точек числовой прямой. Но понятия «боль-
ше» и «меньше» пригодны лишь для конечных мно-
жеств, например, для числа школьников в разных клас-
сах. Говорить же о том, что одна бесконечность больше
другой как-то нескладно — ведь бесконечность не есть
число. Требует уточнения и термин «бесконечнее». В ка-
ком именно смысле одна бесконечность «бесконечнее»
другой? Но тут беда поправима: чуть позже слово «бес-
конечнее» мы заменим строгим математическим тер-
мином.
12
Бесконечность натурального ряда чисел — самая
простая из всех возможных бесконечностей, и для нее
оказывается верным утверждение: целое равно своей
части. Убедиться в этом неожиданном выводе нетрудно.
Напишем снова натуральный ряд чисел, а под ним
квадраты тех же чисел:
1	2	3	4	5	6...
12	22	З2	42	52	62...
1	4	9	16	25	36...
Совершенно очевидно, что вторая строчка содержит
столько же чисел, сколько и первая, — она состоит из
тех же чисел натурального ряда, над которыми написан
знак возведения в квадрат. Возведем числа в квадрат и
запишем результат в третьей строчке. Количество чисел
в этой строчке такое же, как в первой и второй. Однако
третья строчка есть лишь часть натурального ряда чи-
сел — в ней отсутствуют 2, 3, 5, 6, 7, 8 и множество
других натуральных чисел. Но каждому числу третьей
строчки соответствует одно, и только одно, число первой
строчки. Следовательно, целое (весь натуральный ряд
в первой строчке) «равно» своей части (третья
строчка).
Для обычных, ограниченных или конечных предме-
тов такое утверждение, конечно, нелепо. Скажем, поло-
вина яблока никак не равна всему целому яблоку. Но
для бесконечности целое может «равняться» своей
части. И это не случайное исключение, а типичное
свойство любой бесконечности.
Надеюсь, что читатель теперь без особого труда
докажет, что, например, четные числа можно пере-
считать, как и натуральные. Похожие доказательства
возможны и для кубов чисел и вообще для всякой бес-
конечной части бесконечного ряда натуральных чисел.
Не спешите с выводами. Нам предстоит теперь зна-
комство с куда более «мощной» бесконечностью, чем
множество всех натуральных чисел.
13
Много ли точек
на прямой?
Только что мы употребили два термина,
требующие пояснения: «множество» и «мощ-
ность».
Под множеством понимается совокупность
каких-либо предметов или вообще объектов. Так, на-
пример, уместно говорить о множестве звезд, множест-
ве людей, множестве мыслей или чувств. К сожалению,
дать строгое определение слову «множество» невозмож-
но, так как это понятие принадлежит к числу простей-
ших или первоначальных. Через какие-нибудь более
простые понятия оно не выражается. И то, что мы на-
звали множество совокупностью некоторых объектов,
лишь кажется определением — ведь нддо тогда
разъяснить, что такое «совокупность», а это ничуть не
легче, чем определить, что такое «множество».
Знаменитый математик прошлого века, основатель
теории множеств Георг Кантор говорил, что «множество
есть многое, мыслимое, как единое».
Остановимся на этом пояснении, вовсе не принимая
его, разумеется, за строгое определение множества.
Что же касается мощности какого-либо бесконечного
множества, то это понятие соответствует понятию коли-
чества элементов для конечных множеств. Поясним под-
робнее, что мы имеем в виду.
Нет ничего проще, как сосчитать количество элемен-
тов в каком-нибудь небольшом конечном множестве —
скажем, число учеников в классе. В классном журнале
рядом с фамилией школьника ставится порядковый но-
мер, ему соответствующий. Сравнивая подобные списки
в разных классах, легко установить, в каких из них
школьников больше.
В принципе задача остается вполне разрешимой, ес-
14 ли бы нам, скажем, предложили сосчитать все песчинки
на каком-нибудь морском берегу. Работа, конечно, полу-
чилась бы трудная, нудная, но в принципе все же вы-
полнимая — натуральных чисел хватит для любого чис-
ла песчинок.
От конечных множеств перейдем к множествам бес-
конечным. Говорить о количестве или о числе элементов
в бесконечных множествах бессмысленно — все такие
множества содержат бесконечно много элементов. В лю-
бом бесконечном множестве «число» элементов равно
бесконечности. Слово «число» поставлено в кавычки по-
тому, что бесконечность не есть «число», и предыдущая
фраза математически не точна. Она может означать
лишь одно — бесконечное множество содержит беско-
нечно много (то есть сколько угодно) элементов.
А все-таки сравнивать бесконечности возможно.
Если вас интересует, кого больше в классе — маль-
чиков или девочек, начните выводить их парами из
класса. Если в итоге в классе останутся одни мальчи-
ки — значит, их больше, чем девочек. В том же случае,
когда класс окажется пустым, и тех и других имеется
поровну. Математики в таких случаях говорят, что меж-
ду множествами мальчиков и девочек данного класса
существует взаимно однозначное соответствие: каждо-
му мальчику соответствует одна девочка, и обратно.
Все это просто и понятно. Попробуем теперь тот же
способ сравнения множеств применить ко множествам
бесконечным.
Назовем бесконечное множество счетным, если все
его элементы можно пересчитать, то есть поставить их
во взаимно однозначное соответствие с числами нату-
рального ряда. В противном случае бесконечное множе-
ство называют несчетным.
Вспомните — множество всех четных чисел или мно-
жество всех квадратов натуральных чисел представляют
собою счетные множества. Говорят в таком случае, что
все эти множества обладают одинаковой «мощностью».
Сказать, что множества равны между собой или что они
15
содержат одинаковое количество элементов, было бы не-
верным — таких элементов во всех случаях бесконечно
много. Но несмотря на это, пересчитать все элементы,
то есть однозначно сопоставить их с натуральным рядом
чисел, как видите, возможно.
Подобная операция далеко не всегда выполнима —
не все в мире можно сосчитать. В этом мы скоро убе-
димся, но прежде познакомимся с новыми «чудесами»
числовой прямой.
Представим себе все множество положительных и от-
рицательных чисел, то есть, иначе говоря, всех дробей
вида -jp где р и q целые числа. Присоединим сюда
нуль — во многих отношениях замечательное число. Все
эти числа, вместе взятые, образуют бесконечное мно-
жество так называемых рациональных чисел. Среди них
встречаются, естественно, и целые числа (для них зна-
менатель q равен единице). Легко доказать, что, в от-
личие от натуральных чисел, рациональные числа на
числовой прямой располагаются как угодно плотно!
В самом деле, пусть Г| и гг — два рациональных
числа, которым соответствуют две разных точки число-
вой прямой. Их полусумма - - ~2~ , которую мы обозна-
чим буквой гз, также есть рациональное число. На чис-
ловой прямой оно находится как раз посередине между
точками ri и Г2.
Как бы ни были близки друг к другу числа ri и Г2,
их полусумма г3 всегда поместится между ними. И туда,
в этот отрезок числовой прямой, можно, очевидно, по-
местить не только одно число гз, но и сколько угодно
других рациональных чисел. В самом деле, ведь никто
«	Г1Ч-Г3	Г2Ч-Г3
не помешает нам наити полусуммы —— или --------— .
Точки, им соответствующие (г4 и Г5), разместятся вну-
три того же отрезка с крайними точками ri и Г2. Оче-
видно, подобный процесс можно продолжить до беско-
нечности и прийти при этом к важному выводу: между
16
Плотность множества рациональных чисел.
любыми как угодно близкими рациональными числами
(или точками) числовой прямой находится бесконечное
множество других рациональных чисел. Иначе говоря,
точки числовой прямой, соответствующие рациональным
числам, располагаются как угодно плотно.
После такого утверждения может показаться просто
поразительным, что несмотря на как угодно высокую
плотность в расположении рациональных точек, на чис-
ловой прямой осталось еще бесчисленное множество
других точек, не занятых никакими рациональными чис-
лами! Убедиться в этом совсем просто.
На отрезке, равном единице, строим квадрат, диаго-
наль которого, по теореме Пифагора, равна иррациональ-
ному числу V2. Эту диагональ откладываем на число-
вой прямой и получаем точку, не занятую каким-либо
рациональным числом (как известно, иррациональные
числа лишь приближенно могут быть представлены ка-
кими-нибудь дробями). Стоит умножить V2 на любое 17
2 Ф. Ю. Зигел)
Иррациональные числа на числовой прямой.
рациональное число, и мы получим бесконечное мно-
жество новых иррациональных чисел. А ведь кроме
V 2, существует как угодно много и ^других иррацио-
нальных чисел — например, V3? V5, V7 и другие.
Легко доказать (пусть это сделает сам читатель), что
иррациональные точки (то есть точки числовой прямой,
соответствующие иррациональным числам) также распо-
лагаются на числовой прямой как угодно плотно!
Получается какая-то «как угодно плотная» мешанина
рациональных и иррациональных чисел, которые все
вместе образуют бесконечное множество так называемых
действительных чисел. Мы убедились, что точек на чис-
ловой прямой явно больше, чем натуральных и даже ра-
циональных чисел. Однако доказано, что между мно-
жеством всех действительных чисел и множеством всех
точек числовой прямой существует взаимно однознач-
ное соответствие. Иначе говоря, оба эти множества об-
ладают одинаковой мощностью. Правда, мощность эта
18
несравнимо больше мощности самой простой бесконеч-
ности — множества всех натуральных чисел. Пересчи-
тать точки числовой прямой в принципе невозможно!
Для нашего, отягощенного житейским опытом созна-
ния все это выглядит, по меньшей мере, странно. В тол-
пе, то есть среди множества людей, каждый имеет, по
крайней мере, одного соседа. А на прямой, состоящей
из точек, соседних точек вовсе нет! Легко убедиться, что
такой вывод совершенно неизбежен. Доказательство,
как говорят математики, поведем «от противного».
Допустим, что у некоторой точки А числовой пря-
мой соседней, то есть самой близкой, точкой является
точка В. Так как эти точки явно не совпадают друг
с другом, между ними есть отрезок АВ. Но тогда его
середина С вдвое ближе к А, чем правый конец от-
резка В.
Мы пришли к противоречию: считая В соседней, то
есть самой близкой к А точкой, мы /тотчас же нашли
точку С, вдвое к ней более близкую. Может быть, тог-
да точка С есть соседняя точка? Вы, вероятно, догада-
лись, что и это предположение ошибочно. Середина от-
резка АС, отмеченная точкой Д, вдвое ближе к А,
чем С.
Каждому ясно, что такого рода рассуждения можно
повторять сколько угодно. Мы будем подходить к точке
А все ближе и ближе, но не достигнем ее никогда —
вспомните удивительные приключения «Путника». Зна-
чит, у любой точки на числовой прямой нет соседних
(то есть самых близких) точек ни справа, ни слева.
В этом выражается непрерывность числовой прямой —
свойство, тесно связанное с бесконечностью.
После всех этих рассуждений становится ясным, что
не существует, например, самого маленького положи-
тельного числа. Невозможно указать, какому положи-
тельному числу будет соответствовать «следующая» за
нулем точка справа просто потому, что такой точки
нет.
19
На прямой нет соседних точек.
Наше удивление перед этой открывшейся нашему со-
знанию «бездной непрерывности» объясняется тем, что
подсознательно мы представляем себе прямую как сово-
купность отдельных точек. Кое-кто, может быть, даже
полагает, что если взглянуть на прямую в какой-нибудь
фантастический сверхмикроскоп, то в поле зрения она
распадется на отдельные точки. Для невооруженного
же глаза эти точки сливаются в сплошную линию.
Грубое заблуждение! Прямая (и вообще любая кри-
вая) есть непрерывный след движущейся точки, и в сло-
ве «непрерывный» заключена вся суть дела. Уяснить,
что такое непрерывность, можно лишь с помощью по-
нятия бесконечности.
Предпримем теперь, на первый взгляд, совсем безна-
дежное дело — пересчитаем и перенумеруем все ра-
циональные числа. Трудность счета заключается преж-
де всего в том, что (снова это повторим) рациональные
числа расположены на числовой прямой как угодно
плотно, а значит, не существует соседних, самых близ-
20 ких между собою рациональных чисел. Непонятно, с ка-
кого же тогда числа начать счет и какое число взять сле-
дующим?
И все-таки задача разрешима. Напишем в форме бес-
конечной таблицы все положительные рациональные
числа (для отрицательных чисел доказательство анало-
гично). В этой не имеющей концов ни справа, ни снизу
таблице и в самом деле присутствуют все числа — ведь
числители и знаменатели дробей принимают все число-
вые значения. Нумеровать же их мы будем «змейкой»,
как показано на рисунке. Первый номер припишем еди-
нице -р, второй -р третий у и т. д. Двигаясь змейкой,
мы непременно охватим своим подсчетом все числа таб-
лицы, пропуская при этом, конечно, одинаковые числа
1	2
(например, -р= -у и т. д.). Таким образом, мы указали
способ или, как говорят, алгоритм, по которому можно
пересчитать все рациональные числа. Отсюда следует,
что множество натуральных чисел и множество всех ра-
циональных чисел имеют одинаковую мощность. Други-
ми словами, бесконечное множество всех рациональных
чисел счетно. А так как натуральные числа есть лишь
частный случай рациональных чисел, то мы снова при-
ходим к поразительному выводу — целое равно своей
части.
Если теперь обратиться к множеству всех действи-
тельных, то есть рациональных и иррациональных чи-
сел, то легко доказать, что такое множество несчетно,
то есть сосчитать все его элементы, как мы это сейчас
сделали с рациональными числами, невозможно.
Сузим несколько задачу. Докажем, что множество
всех действительных чисел, расположенных между ну-
лем и единицей, несчетно. Такого рода числа с левой
стороны имеют нуль, а после запятой неограниченное
количество знаков (например, 0,7125...). Всякую конеч-
ную дробь (например, 0,5) договоримся записывать в
виде бесконечной дроби (0,499...). Доказательство же
поведем «от противного».	21
Как сосчитать все рациональные числа.
Допустим, что все действительные дроби между ну-
лем и единицей пересчитаны. Тогда их перечень или
список будет иметь вид:
1.	О, aj Bj ср..
2.	О, а2 В2
3.	О, а3 в3 с3...
	 • • >
где буквам соответствуют какие-то цифры. Таблица, ес-
тественно, не имеет конца ни справа, ни снизу. Легко,
однако, написать число, которое заведомо не попало в
22 этот список. Вот оно: 0, ai В2С3 ..., где ai#=ai; в2=#=В2; сз=*=с.з
и т. д. В самом деле, это число составлено так, что оно
не совпадает ни с первым, ни со вторым, ни с третьим,
ни вообще с каким-либо числом таблицы. Значит, оно
нами не подсчитано, и, следовательно, таблица содержит
не все числа между нулем и единицей. Противоречие
доказывает, что исходное предположение ошибочно, то
есть множество всех действительных чисел между нулем
и единицей несчетно.
Не составит особого труда доказать, что множество
всех действительных чисел также несчетно. Мощность
этого множества несравнимо больше мощности любого
счетного множества. Это, образно говоря, бесконечность
гораздо более высокого ранга, чем бесконечность нату-
рального ряда чисел. Говорят, что множество всех дей-
ствительных чисел имеет мощность континуума (слово
«континуум» означает «непрерывный»).
Мы избавим читателя от дальнейших доказательств
различных теорем теории множеств. Хорошо, если все
предыдущие рассуждения вы не пропустили, испугав-
шись их кажущейся сложности, а постарались понять —
только так можно почувствовать хотя бы отчасти неис-
черпаемость бесконечного. Перечислим некоторые выво-
ды теории множеств.
В квадрате содержится столько же точек, сколько
и в его стороне. То же самое можно сказать о кубе и его
ребре. И наконец, совсем уж невероятный вывод, — во
всем бесконечном пространстве столько же точек, сколь-
ко в стороне любого квадрата! Говоря иначе, мощность
множества всех действительных чисел между нулем и
единицей такая же, как мощность множества всех точек
пространства!
И все-таки доказано, что мощность континуума — не
самая большая в Природе. Например, мощность множе-
ства всех функций действительного аргумента несравни-
мо выше мощности континуума. Более того, наибольшей
мощности в Природе вообще не существует. А вот на-
именьшая есть — это мощность всякого счетного мно-
23
жества. Значит, натуральный ряд чисел и в самом деле
есть самая простая, «бедная» бесконечность из беско-
нечностей.
Трудно все это понять? Необычно для нашего «за-
земленного» рассудка? Да, конечно. Но что делать, если
именно так непросто устроена Природа, реальная беско-
нечность, неисчерпаемость которой куда более сложнее
тех математических бесконечностей, с которыми мы сов-
сем поверхностно, чуть-чуть познакомились. Но как го-
ворится в известной поговорке, «что легко дается, то не
стоит брать»!
Парадоксы, софизмы
и апории бесконечного
f \ В словаре иностранных слов сказано: «Пара-
I ж ) доке — своеобразное мнение, резко расходя-
k J щееся с общепринятым, противоречащее
(иногда только внешне) здравому смыслу».
Не следует путать парадокс с софизмом, представляю-
щим собой, по утверждению того же словаря, «ложно
построенное заключение, формально кажущееся пра-
вильным». Вот пример типичного софизма, которым вы
можете поразить младшего брата или сестру.
Докажем, что единица равна двум. Не верите? Тог-
да смотрите.
Никто не станет возражать, что а* I 2 * * * * * В—а2=а2—а2. Три
черточки означают, что здесь мы имеем не просто равен-
ство, а тождество, то есть алгебраическое равенство,
справедливое при всех значениях входящих в него букв.
В левой его части вынесем «а» за скобки, а к правой
части применим формулу для разности квадратов. Тог-
да получим а(а—а)=(а—а)(а-ра). Сокращая на рав-
24 ные сомножители, получаем, что а=2аили 1=2.
В чем же секрет этого заведомо ошибочного вывода?
Слышу ваш возмущенный голос:
— На нуль сокращать нельзя!
Правильно, нельзя. А почему, собственно, нельзя,
в чем смысл этого общеизвестного запрета?
Действие деления какого-либо числа на нуль равно-
сильно умножению его на бесконечность. Бесконечность
же (снова и снова это повторим!) не есть число, а пото-
му умножение обеих частей равенства на бесконеч-
ность — чисто формальная операция, не имеющая мате-
матического смысла. Если бы такого рода операцию мы
разрешили, то легко было бы «доказать» равенство меж-
ду собою любых чисел:
а • оо —в • оо .
Сокращая на бесконечность ( оо —значок бесконечно-
сти), получаем что а=в, где айв — любые числа. Вот
почему с бесконечностью следует обращаться крайне ос-
торожно и, во всяком случае, не принимать ее за число.
Если формулировать несколько упрощенно, со-
физм — это ложь, кажущаяся истиной, тогда как пара-
докс — истина, кажущаяся ложью.
Еще в V веке до н. э. древнегреческий философ Зе-
нон Элейский сформулировал ряд парадоксов, которые
легли в основу научного исследования бесконечности.
Они доказали внутреннюю противоречивость бесконеч-
ного, присущего его природе, как и вообще природе не-
исчерпаемого окружающего нас мира.
Познакомимся со знаменитым зеноновским парадок-
сом «Ахиллес и черепаха». Ахиллес — лучший бегун
древности. Зенон брался доказать, что, несмотря на
это, Ахиллесу не удастся не только перегнать, но даже
догнать черепаху.
Не думайте, что Зенон был чудаком, решившим во
что бы то ни стало доказывать недоказуемое и тем раз-
дражать своих современников. Это был умнейший чело-
век того времени, более чем кто-либо другой почув-
ствовавший сложнейшую природу бесконечности. Свою
25
задачу он видел в том, чтобы указать всем способным
мыслить на огромные трудности в познании бесконечно-
го. Поэтому чаще всего рассуждения Зенона называются
не парадоксами, а апориями, что, конечно, правильнее
(ведь истина заключается, конечно, в том, что Ахиллес
перегонит черепаху). Под апорией в античной филосо-
фии понимали «логическое затруднение, непреодолимое
противоречие при разрешении проблемы».
Проследим за рассуждениями Зенона.
Итак, дается старт в соревнованиях по бегу между
Ахиллесом и черепахой. Допустим, что Ахиллес, как
человек вежливый, пропускает черепаху вперед, скажем
на сто метров (на сколько именно метров — это неваж-
но). Дан старт, и Ахиллес с черепахой пустились на-
перегонки. Легко доказать, что Ахиллес никогда не до-
гонит черепаху.
В самом деле, пусть Ахиллес пробежит первые сто
метров. На это ему явно потребуется некоторое время,
не может же он преодолеть эту дистанцию мгновенно!
За то же время черепаха проползет, скажем, 10 санти-
метров. Ахиллес легко, разумеется, пробежит и эти
10 см, но сделает он это опять не мгновенно, а за какое-
то время. Черепаха же не стоит на месте, а непрерывно
движется. И в этом своем движении она снова продви-
нется вперед, скажем, на один сантиметр.
Подобные рассуждения можно продолжить неогра-
ниченно долго. И все-таки Ахиллес никогда не догонит
черепаху, которая всегда сумеет продвинуться хоть чуть-
чуть вперед за то время, пока Ахиллес преодолевает
предыдущую дистанцию.
В предыдущем случае с сокращением на нуль мы
легко обнаружим ошибку. Апория же Зенона «Ахиллес
и черепаха» до сих пор не разрешена, хотя над поиска-
ми ошибки в рассуждениях древнегреческого мудреца
трудились на протяжении многих веков лучшие умы
человечества. Всякий раз, когда казалось, что ошибка
26 Зенона почти найдена, в этом «почти» оказывалась са-
мая суть апории. Прежде чем сделать из этого факта
определенные выводы, рассмотрим еще одну апорию Зе-
нона, названную им «Стрела».
Из лука выпущена стрела. Когда она летит, то по-
следовательно проходит одну точку своей траектории за
другой. Но что значит «проходит через точку»? Это
означает, что стрела находится в данной точке некото-
рое время в покое. Не может же стрела, в самом деле,
совсем не находиться в каждой данной точке? Но если
это невозможно, получается, что стрела неподвижна, так
как в любой момент времени она находится в покое.
И еще одна, последняя (чтобы не утомить читателя)
апория. Называется она «Дихотомия», что означает «де-
ление пополам».
Вообразите себе некоторый отрезок и мысленно по-
делите его пополам. Как бы ни был мал исходный отре-
зок, все же его половинки имеют какую-то протяжен-
ность, а их снова можно поделить пополам. Достаточно
«очевидно», что такой процесс можно продолжить до
бесконечности, то есть вечно.
Заметим, однако, что слово «очевидно» математики
очень не любят. Они справедливо указывают на то,
что каждое утверждение нуждается в доказатель-
стве. Проверьте это. Пусть дано выражение:
1	••• Знак многоточия означает, как
вы помните, что число постепенно уменьшающихся
слагаемых неограниченно велико. Как вы думаете, если
все их сложить, сумма получится больше или меньше
ста? Не забывайте, что члены справа все время умень-
шаются, стремясь к нулю. Так каково же ваше
мнение?
Можно ожидать, что, сложив все числа в этом выра-
жении, мы сотню не наберем. Так говорят наши глаза.
Но, увы, они нас обманывают. На самом же деле напи-
санное выражение бесконечно велико, и если взять в нем
достаточно большое количество членов, то сумма их пре-
высит любое число.
27
Другой пример. Посмотрите на чертеж, где изобра-
жен график функции, имеющей уравнение у = -1-. Все
тс
точки этой функции лежат выше оси ОХ, но координат-
ные оси она нигде не пересекает. Как это ни удивитель-
но, заштрихованная площадь бесконечно велика! Иначе
говоря, она больше площади этого листа бумаги, пло-
щади Советского Союза, площади поверхностей всех
миллиардов планет нашей Галактики! Поверить в та-
кое трудно, но это так. А главная (по размерам) часть
заштрихованной площади здесь не изображена — это
ее «верхушка», суживающаяся вверх до бесконечности!
Но вернемся к апории «Дихотомия». Итак, мы при-
шли к очевидному выводу, что делить любой отрезок
можно «до бесконечности». Казалось, такой вывод со-
гласуется со школьным представлением о точке как ма-
тематическом объекте, «не имеющем измерения». Гово-
рят также иначе: точка есть то, что не имеет частей.
Но тогда и возникает апория: каким же образом из
точек, не имеющих измерения, складывается (или со-
стоит) отрезок, всегда имеющий некоторую длину?
Сколько бы нулей вы ни сложили, их сумма всегда
равна нулю. Геометрическая точка — это своеобразный
«нуль» в геометрии, некое «ничто». Каким же образом
из «ничто» слагается «нечто», то есть отрезок, имею-
щий длину?
Не подумайте, что мы уклонились в какую-то схола-
стику, не далекую от подсчета количества чертей на
острие иголки. Нет, речь идет о вещах весьма важных,
серьезных, имеющих ближайшее отношение к проблемам
современной физики. Есть ли предел делимости вещест-
ва, есть ли такие элементарные частицы, которые даль-
ше делить уже нельзя даже мысленно? Или же вещест-
во бесконечно делимо, и тогда слово «элементарный»
относится только к нашему уровню знаний в современ-
ную эпоху?
28 Мы вернемся к этим вопросам несколько позже, а
Г рафик функции у — —- •
X
сейчас постараемся сделать выводы из апорий Зенона.
Известный советский ученый академик АН Эстонской
ССР Г. И. Наан так оценивает их значение:
«Бесконечность неисчерпаема, а Зенон сумел охва-
тить в наивной, но гениальной форме три вечные проб-
лемы, тесно связанные друг с другом и с проблемой бес-
конечности: проблему ничто, проблему непрерывности и
проблему существования».
Так называемая формальная логика (а ею и пользо-
вался Зенон) бессильна разрешить его апории. Эта ло-
гика действует по принципу или—или, тогда как марк-
систско-ленинская диалектическая логика рассматривает
все явления Природы как единство противоречий.
Особенно хорошо видны ее принципы на примере объ-
яснения сути движения тел (апория «Стрела»).
29
«Мы не можем представить, выразить, смерить, изо-
бразить движение, — писал в «Философских тетра-
дях» В. И. Ленин, — не упростив, не угрубив, не раз-
делив, не омертвив живого. Изображение движения
мыслью есть всегда огрубление, омертвление — и не
только мыслью, но и ощущением и не только движения,
но и всякого понятия.
И в этом суть диалектики. Эту-то суть и выражает
формула единства, тождество противоположности».
С точки зрения диалектической логики, всякое
движущееся тело одновременно находится и не нахо-
дится в данной точке пространства. Всякое движение
(да и не только движение!) по существу своему про-
тиворечиво, и следует не устранять это противоречие
(оно лежит в сути вещей!), а изучать вещи и явления
такими, какими они есть, то есть во всей их противоре-
чивости. Этот вывод касается, конечно, не только апо-
рий Зенона, но и всего того, о чем речь пойдет в даль-
нейшем.
Еще основатель теории множеств Георг Кантор по-
лагал, что между двумя бесконечностями — счетным
множеством и континуумом — нет никаких промежу-
точных бесконечных множеств. Иначе говоря, не сущест-
вует бесконечного множества, мощность которого была
бы больше мощности счетного множества, но меньше
мощности континуума. Континуальная непрерывная
бесконечность бесконечно сложнее, богаче любого мно-
жества, элементы которого можно пересчитать.
Долгое время это утверждение Г. Кантора, получив-
шее название «проблемы континуума», оставалось не-
доказанным. Лишь в 1964 году П. Коэн доказал, что
теория множеств, для которой верно утверждение Кан-
тора, не является единственно возможной. Оказывается,
удалось создать и такую, внутренне непротиворечивую
математику, в которой пропасть между счетным мно-
жеством и континуумом заполнена промежуточным бес-
30 конечным множеством. Все это звучит, конечно, не-
сколько специально, но не следует думать, что открытие
Коэна важно лишь для математиков. Не исключено, что
есть и такие области реального мира, где наша обычная
математика неприменима и где действуют законы иных
математических аксиом.
Не подумайте, что апориями Зенона исчерпываются
«странности» теории множеств. Наш современник, из-
вестный английский ученый Бертран Рассел, открыл
парадокс, который, казалось, подрывает все основы
этой теории. Суть его проста: существует ли множество
всех множеств?
С одной стороны, положительный ответ неизбежен:
если объединить все множества, то получится еще одно
новое множество. Однако в формулировке вопроса слово
«всех» исключает какое-либо новое множество, и тем
самым множество всех множеств не существует.
Если читатель не сразу уяснил суть противоречия в
понятии «множество всех множеств», предложим ему
шутливую формулировку того же парадокса Рассела.
Некоему парикмахеру разрешили брить только тех
людей, которые не бреются сами. Бреется ли он сам?
Если он не станет бриться, то попадет в число тех лю-
дей, которых он должен брить. Если же он себя по-
бреет, то тем самым попадет в компанию тех, кого он
брить не должен. Выпутаться из этого противоречия
вроде бы нельзя.
К сожалению, и сегодня кризис, вызванный пара-
доксом Рассела, непреодолен. Видимо, формальная ло-
гика и тут бессильна. Даже само понятие «Мир»
(«множество всех множеств») по существу своему про-
тиворечиво. Отсюда следует, что Мир оказался намного
сложнее того, чем мы о нем думаем. Наряду с очевид-
ной множественностью, рано или поздно должны про-
явиться такие свойства Мира, к крторым даже самое
понятие «множество» неприменимо. Разве и эта сторона
сущего не указывает на его неисчерпаемость?

2'~\ Странный мир
) Альберта Эйнштейна
Научные истины всегда парадок-
сальны, если судить на основании
повседневного опыта, который улав-
ливает лишь обманчивую видимость
вещей.
Карл Маркс
Привычная
относительность
ФНа какой стороне улицы вы живете — на
правой или на левой? Надеюсь, этот вопрос
не поставит вас в тупик и вы ответите един-
ственно правильно: «Смотря, откуда идти».
Тогда другой вопрос: «А на самом деле сторона, где
стоит ваш дом, правая или левая?» — справедливо
покажется вам лишенным всякого смысла: если идти по
улице в одном направлении, дом будет справа, в дру-
гом — слева.
Не всегда относительность такого рода выглядит
очевидной. Прошло много веков, прежде чем человечест-
во убедилось, что на Земле нет никакого абсолютного,
одинакового для всех «верха» йли «низа». Когда-то
почти все обитатели Земли были уверены, что «снизу»
на шарообразной Земле люди не удержатся, а ходить
ногами «вверх», как мухи по потолку, они не смогут. 33
3 Ф. Ю. Зигель
Сегодня такая аргументация сторонников плоской Зем-
ли вызывает лишь улыбку, но в прошлом шарообраз-
ность Земли и относительность понятий «верх» и «низ»
утвердились в сознании людей после долгой, упорной
борьбы за научную истину.
Вообразим себе теперь экспресс, мчащийся по марш-
руту, скажем, Москва — Владивосток. Каждое утро два
пассажира встречаются за завтраком в вагоне-ресторане.
С их точки зрения, ежедневные встречи происходят в
одном и том же месте — за ресторанным столиком. Но
жены пассажиров, оставшиеся в Москве, с этим мнением
вряд ли согласятся. За сутки экспресс проходит многие
сотни километров, и встречи их мужей проходят в раз-
ных местах транссибирской магистрали.
Не просто решить вопрос и о том, по какой кривой
движется тело. Летчик военного самолета сбрасывает
бомбу. Он видит ее прямо под самолетом (сносом
бомбы за счет сопротивления воздуха мы пренебрега-
ем), и с его точки зрения бомба летит вниз по прямой.
Те же, кто находится на Земле, видят иную картину —
бомба летит по изогнутой параболе. Вопрос о том, какой
траекторией на самом деле обладает бомба, лишен вся-
кого смысла. Все зависит от точки зрения или, как гово-
рят физики, от системы отсчета, в которой находится
наблюдатель.
Столь же неопределенно звучит и вопрос о том,
движется ли данное тело или покоится. С точки зрения
читателя, стул, на котором он сидит, неподвижен. Но
ведь эта «неподвижность» относительна. Она верна
только для той системы отсчета, в которой находится
читатель (скажем, комната или вагон электрички).
Относительно же, например, Солнца стул вместе со
всей нашей Землей участвует сразу в двух движениях—
суточном вращении земного шара и его орбитальном
вращении вокруг центра Солнечной системы. Кстати
сказать, у Земли открыто еще двенадцать различных
34 движений, в которых она одновременно участвует!
Так что всякое движение (как и покой) относитель-
но. И к вопросу «движется ли тело» непременно тре-
буется пояснение — относительно чего именно рассмат-
ривается движение?
Абсолютно покоящихся тел в Природе нет. Любое
из тел в какой-нибудь системе отсчета обязательно дви-
жется. Некоторые из этих движений прямолинейные и
равномерные. Другие (а их большинство) совершаются
с ускорением и подчас по весьма сложным относитель-
ным траекториям. Великий итальянский физик и астро-
ном Галилео Галилей еще в XVII веке открыл принцип
относительности, гласящий: в системах отсчета, движу-
щихся прямолинейно и равномерно, все явления проис-
ходят так же, как и в покоящихся.
Иллюстрации этого принципа общеизвестны. Напри-
мер, в трюме теплохода, плывущего по спокойному мо-
рю, невозможно заметить, ощутить движение корабля.
Если из двух стоящих на станции поездов один тихо
двинулся в путь, пассажирам первое мгновение не
всегда удается правильно определить, чей поезд тро-
нулся.
Другое дело — движение с ускорением. При резком
торможении трамвая или троллейбуса, пассажиры, давя
друг на друга, устремляются к переднему выходу. Тут
проявляется известный закон инерции, открытый Исаа-
ком Ньютоном: тело стремится сохранить состояние
покоя или прямолинейного равномерного движения до
тех пор, пока внешние силы не выведут его из этого
состояния. Когда затормозил водитель, пассажиры «по
инерции» продолжают прежнее движение — отсюда и
все следствия.
Обратите внимание: в законе инерции Ньютона
состояние покоя приравнивается к состоянию прямо-
линейного равномерного движения. По этой причине по-
коящиеся или равномерно движущиеся системы отсчета
часто называют иначе: инерциальные системы отсчета.
Не только само движение, но и его скорости относи- 35
тельны. Вы едете в поезде и переходите по коридору
из одного купе в другое со скоростью 5 км/час. Такова
ваша скорость относительно вагона. Однако относитель-
но полотна железной дороги скорость вашего движения
значительно больше. Если вы идете по ходу поезда, а
сам поезд мчится со скорость 100 км/час, ваша ско-
рость относительно полотна дороги равна 105 км/ час.
При движении же в обратном направлении скорость ваше-
го перемещения относительно вагона вычитается из ско-
рости поезда, и поэтому относительно шпал вы движе-
тесь со скоростью 95 км/час.
К сожалению, относительность не всегда так оче-
видна.
Постулаты Эйнштейна
и их следствия
[	\ В 1905 году двадцатипятилетний, тогда еще
[ J ) малоизвестный немецкий физик Альберт
V J Эйнштейн опубликовал специальную теорию
относительности. Ее основой послужили два
постулата, то есть два утверждения, принимаемых без
доказательств. Первым из них стал уже знакомый нам
принцип относительности Галилея. Он вытекает из мно-
гочисленных опытов, даже просто из обычного житей-
ского опыта, что можно считать доказательством этого
постулата. Второй же постулат, в отличие от первого,
далеко не очевиден: в любых системах отсчета скорость
света всегда одинакова и близка к 300 000 километров
в секунду.
Но не противоречит ли такой постулат здравому
смыслу? Представьте себе луч прожектора, освещающе-
го путь экспресса. Пусть скорость поезда 280 м/сек. Тог-
да «по здравому смыслу» скорость луча света (или фото-
нов, то есть частиц, из которых состоит луч ) относительно
36
железнодорожного полотна равна 300 000,28 км/сек. Од-
нако, как утверждал Эйнштейн, обычный закон сложения
скоростей в данном случае не действует, и скорость луча
света относительно шпал по-прежнему остается равной
300 000 км/сек I
Более того, если два луча света летят навстречу
друг другу, то и в этом случае их относительная ско-
рость равна 300 000 километров в секунду!
Тут есть чему удивляться и против чего внутренне
протестовать. Ошибка в утверждении Эйнштейна выгля-
дит очевидной. Но мы уже видели и впредь много раз
снова убедимся, что ссылки на очевидность не-
состоятельны. Когда-то казалось очевидным, что Земля
плоская, а антиподов не существует.
Формулируя второй постулат, Эйнштейн старался
согласовать принцип относительности Галилея с теорией
электрических и магнитных явлений, разработанных
английским физиком Дж. Максвеллом. А для этого
нужен был второй постулат. Кроме того, в те времена
считалось, что свет есть колебания некоторой тонкой
вещественной среды, «мирового эфира», заполняющего
весь космос.
Казалось вполне естественным, что если свет рас-
пространяется в эфире, а Земля движется относительно
эфира, то скорости света и эфира должны склады-
ваться. Однако самые тщательные опыты, поставленные
еще в 1880 году американскими физиками Майкельсо-
ном и Морли, а позже и многими другими учеными,
никакого движения Земли относительно «эфира» не об-
наружили. Скорость же света при этом во всех направ-
лениях оказалась совершенно одинаковой. Поэтому Эйн-
штейн сделал вывод, что никакого эфира нет, а скорость
света в пустоте — максимально возможная скорость в
Природе.
Так родился второй постулат Эйнштейна, который,
как и первый, собственно, считать постулатом не совсем
верно. Он — результат опыта, и термин «постулаты 37
Эйнштейна» сохранился до сих пор в силу традиции.
Суть, однако, не в словах, а выводах, которые вытека-
ют из этих постулатов.
Мы стараемся избегать формул, но здесь все же под-
черкнем, что в формулах теории относительности почти
всюду встречается величина, равная л/1 — (-^)2, где
v —скорость наблюдателя (реального или вообра-
жаемого), а с —скорость света (300 000 км/сек).
В огромном большинстве случаев, с которыми приходит-
ся встречаться в повседневной практике, скорости v не-
сравнимо меньше с, а потому написанный выше корень
очень мало отличается от единицы. Все странные эффек-
ты специальной теории относительности, о которых пой-
дет далее речь, сколь-либо заметно проявляются лишь
при околосветовых (то есть близких к с) скоростях.
В остальных же случаях «странный мир» Эйнштейна
никак себя не проявляет, и здравый смысл имеет все
основания считать себя непосрамленным.
А теперь уясним некоторые парадоксы Эйнштейна.
Сущность сложных явлений лучше всего уясняется на
простых примерах. Пусть эти примеры несколько отвле-
ченные, даже искусственные. Но зато суть дела видна на
таких примерах куда яснее, чем при рассмотрении реаль-
ного, подчас весьма сложного явления.
Представим себе некий фантастический «поезд Эйн-
штейна», мчащийся куда-то со скоростью 240 000 км/сек.
Заставим его, в отличие от реальных поездов, двигаться
прямолинейно и равномерно. Допустим, что в середине
одного из вагонов поезда укреплен источник света, по
команде посылающий лучи света на заднюю и переднюю
двери вагона.
Вполне возможно представить себе (ив этом нет ниче-
го фантастического) фотоэлектрическое устройство, кото-
рое, как только луч света попадет на него, мгновенно
срабатывает и открывает дверь. Будем считать, что фо-
38 тоэлектрическим замком оборудованы обе двери. Нако-
«Поезд Эйнштейна».
нец, для того, чтобы результат расчетов стал возможно
нагляднее, примем, что длина вагона поезда равна...
5 400 000 км!
Пусть теперь продолжает мчаться наш фантастиче-
ский экспресс. Где-то в пути включается источник
света, тот самый, что находится в середине эксперимен-
тального вагона. Напомним, что поезд движется прямо-
линейно и равномерно, а потому все явления в нем долж-
ны происходить совершенно так же, как если бы поезд
стоял на станции. Следовательно, лучи света одновре-
менно (за девять секунд) достигнут дверей вагона, ко-
торые одновременно откроются.
Именно это увидят пассажиры «поезда Эйнштейна».
Совсем иная картина предстанет стрелочнику, которому
удалось пронаблюдать эксперимент.
По отношению к стрелочнику лучи света движутся
с той же скоростью с, что и относительно вагона (второй
постулат Эйнштейна). Но задняя дверь вагона несется
навстречу лучу света, а переднюю дверь ему, наоборот,
39
приходится догонять. Следовательно, «левый» луч света
быстрее достигнет задней двери вагона, а потом уже
«правый» луч откроет с помощью фотоэлемента перед-
нюю дверь. В итоге стрелочник увидит, что двери вагона
открылись не одновременно — задняя дверь через 5 сек.,
а передняя дверь спустя 45 сек. Таким образом, одни и
Те же события (открытие дверей) пассажирам поезда
кажутся одновременными, а стрелочнику — разделен-
ными промежутком времени в 40 секунд.
Бессмысленно спрашивать, кто из них прав.
Ответ может быть только один — каждый прав по-
своему. Убеждение, что два события, наблюдаемые нами
как одновременные, и другим наблюдателям непременно
покажутся одновременными, не больше, как предрассу-
док. Понятие одновременности относительно. На дви-
жущихся относительно друг друга телах время течет
различно.
Не подумайте, что парадоксальные выводы, к кото-
рым мы пришли, вызваны фантастическими свойствами
нашего воображаемого экспресса. Все останется верным
и для любого поезда, в том числе и той электрички, в ко-
торой вы ездите за город. Но только из-за небольших
размеров электропоезда и медлительности его движения
эффекты теории относительности здесь неразличимы.
Нам остается убедиться в том, что в поезде время
всегда течет медленнее, чем на станции. Представим себе,
что на полу экспериментального вагона укреплена элект-
рическая лампочка, а прямо над ней на потолке — не-
большое зеркало. Включив лампочку, заставим луч света
долететь до зеркала, отразиться от него и снова вернуться
обратно. Пассажир поезда сможет при этом констатиро-
вать, что луч света прошел путь, равный удвоенной высо-
те вагона. Однако стрелочник, следивший за этим экспе-
риментом, с ним не согласится. Для стрелочника экспе-
римент выглядит совсем иначе. Он видит, что движутся
и лампочка, и зеркало, й весь вагон. Поэтому луч света,
40 покинувший лампочку, должен лететь не вертикально
вверх, а несколько косо, чтобы попасть на зеркало, кото-
рое для луча является своеобразной движущейся ми-
шенью.
Подобно этому и отраженный луч пойдет не верти-
кально вниз, а по некоторой наклонной, чтобы снова вер-
нуться к движущейся лампочке. Так как скорости зерка-
ла и лампочки одинаковы, луч, с точки зрения стрелочни-
ка, прочертит две стороны равнобедренного треугольни-
ка, высота которого равна высоте вагона.
Надеемся, что у читателя уже не возникнет вопрос,
по какой же траектории на самом деле движется луч
света. Следовательно, рассматриваемый эксперимент про-
текает для пассажиров и для стрелочника с разной
длительностью. При одной и той же скорости своего дви-
жения луч света, с точки зрения стрелочника, проходит
Время для стрелочника и пассажира поезда течет по-разному.
больший путь, чем по мнению пассажира. Сумма двух
сторон равнобедренного треугольника больше удвоенной
соответствующей высоты. А это означает, что луч от лам-
почки к зеркалу и обратно проходит, с точки зрения пас-
сажира, за меньший промежуток времени, чем с точки
зрения стрелочника. Следовательно, для движущихся тел
время течет медленнее, чем для тел покоящихся.
Вряд ли стоит затруднять читателя подсчетами вели-
чины этого расхождения времени. Очевидно, оно зависит
от скорости относительного движения данного тела. Чем
быстрее движется поезд, тем на большее расстояние сме-
стится лампочка за время полета светового луча между
полом и потолком. При этом удлиняется основание
рассмотренного выше треугольника и увеличиваются его
боковые стороны.
Растяжение треугольника может быть любым, так как
стороны треугольника с приближением скорости экспрес-
са к скорости света неограниченно увеличиваются.
Отсюда следует, что и разница в течении времени на поко-
ящихся и движущихся телах может быть сколь угодно
большой.
Таковы главные выводы специальной теории относи-
тельности. Прежде чем рассказать о сути общей теории
относительности, мы познакомим читателя с некоторыми
удивительными выводами современной геометрии.
Чудеса
многомерья
[	\ Математики умеют отвлекаться от реальных
I к I свойств вещей и представлять некие идеали-
\ J зированные модели объектов действительного
----------S мира. Когда математик говорит о точке, он под-
разумевает не ту точку, которую он сам поставил ме-
42 лом на доске или которая отмечена в конце фразы пе-
чатного текста. Такие точки имеют вполне определен-
ный диаметр, скажем, миллиметр или полмиллиметра.
Идеализированная математическая точка не имеет ника-
кого измерения. Это геометрический нуль, или, упо-
требив профессиональную терминологию, пространство
нулевого измерения.
Математик чертит на доске треугольник. Стороны
такого треугольника имеют не только длину, но и ши-
рину. Однако математик представляет себе стороны
треугольника идеально прямыми и не имеющими ши-
рины. Точно так же и математическая плоскость, и
математический куб, и все остальные геометрические
образы хотя и взяты из реального мира, но в матема-
тических рассуждениях и доказательствах они идеализи-
рованы. В дальнейшем, знакомясь с пространствами раз-
ных измерений, и мы пойдем по этому неизбежному
пути.
Чтобы определить положение типографской точки
на этом листе бумаги, достаточно измерить ее расстояние
от верхнего и от бокового краев листа. Числа, при этом
полученные, можно называть координатами точки, впол-
не определяющими ее положение. Так как таких коорди-
нат две, говорят, что плоскость и ее части (например, тре-
угольник, круг, прямоугольник ит. п.) есть объекты двух
измерений. Сама же плоскость может быть названа двух-
мерным пространством.
Теперь читателю понятно, что бесконечную прямую
линию уместно считать пространством одного измере-
ния: положение любой точки на прямой вполне или,
как говорят, однозначно определяется одной координа-
той — ее расстоянием от какой-нибудь другой точки,
выбранной в качестве начала отсчета.
Пространство трех измерений — это то самое реаль-
ное, привычное пространство, в котором мы живем.
Чтобы однозначно определить положение, например
лампы, висящей в вашей комнате, нужно определить
ее расстояние от пола и каких-нибудь двух разных 43
Геометрические объекты разных измерений.
(не противоположных!) стен. Три координаты вполне
определяют положение точки не только в комнате, но и
вообще в трехмерном пространстве.
Пусть длина некоторого отрезка равна а. Тогда а2 —
площадь квадрата со стороной а, а3 — объем куба с реб-
ром а. Можно ли приписать какой-либо геометрический
смысл величинам а4 или а5?
Если предположить, что вообще величина ап есть
объем куба n-го измерения, то при этом никакого на-
глядного образа у нас не возникнет. Человек — сущест-
во трехмерное, живет в трехмерном пространстве и по-
тому представить себе то, чего никогда не было в нашем
житейском опыте, конечно, не в состоянии. Но мыслить
по аналогии мы можем, даже не имея наглядного пред-
ставления о многомерных пространствах. Математики и
физики прекрасно понимают, о чем они говорят, и мно-
гие свойства «многомерья» ими отлично изучены.
44
Попробуем понять, какие «чудеса» нас ожидали бы в
четырехмерном пространстве, если бы оно на самом деле
существовало. Рассуждать будем по аналогии.
Представьте себе фантастический мир плоских су-
ществ, или «плоскатиков», обитающих на не имеющей
краев плоскости. Хорошей моделью плоскатика может
быть тень от вашей руки, которую вы отбросили на
освещенную стену. В самом деле, не станете же вы
утверждать, что тень имеет толщину? А вот длиной и
шириной она обладает — типичный двухмерный пло-
скатик.
Курьеза ради замечу, что один ученый прошлого
века задал странный вопрос: не являемся ли мы тенями
существ четвертого измерения? Надеюсь, читатель в
дальнейшем сам разберется в том, насколько правомерен
такой вопрос.
Мир «плоскатиков».
Итак, мы в фантастической стране плоскатиков. По-
говорим о том, что они могут и что для них недо-
ступно.
Ничто, конечно, не мешает плоскатикам свободно дви-
гаться в любом направлении по своей плоскости, пло-
скому, двухмерному «пространству». Правда, при этом
любой другой плоскатик стал бы для них непреодоли-
мым препятствием. Пройти сквозь него нельзя, а про-
скочить сверху или снизу также невозможно — ведь
третьего измерения в плоском мире просто нет. Любая
окружность или другая замкнутая кривая служила бы
тюрьмой для провинившегося плоскатика. Это мы,
трехмерные существа, могли бы спасти его от заключе-
ния, потому что мы можем легко попасть внутрь окруж-
ности, не пересекая ее границы. Сверху мы видим си-
дящего в круглой камере плоскатика и не догадывающе-
гося о том, что «сверху видно все» и путь вверх — са-
мый лучший для бегства из неволи.
Знаменитый революционер прошлого века Николай
Александрович Морозов, просидевший в одиночном за-
ключении более двадцати пяти лет, мечтал освободиться
из тюрьмы бегством... в четвертое измерение. Полу-
фантастический рассказ на эту тему есть в его книге
«На границе неведомого». Но и Морозов, и любой дру-
гой человек не может, конечно, указать, куда бежать в
четвертое измерение. Для нас такого направления просто
нет, как нет направлений вверх и вниз для плоскатиков.
Зато в четырех мерном пространстве удалось бы
творить чудеса. В самом деле, если мы, трехмерики,
легко попадаем в центр круга, не пересекая его границ,
то четырехмерики с не меньшей легкостью смогли бы
попасть в центр шара, минуя его замкнутую поверх-
ность. Для них не составило бы никакого труда
исчезнуть из любого замкнутого помещения или, на-
оборот, внезапно, ниоткуда появиться в нем. Четырех-
мерик запросто вывернет наизнанку шар, подобно тому,
46 как мы выворачиваем наизнанку перчатки.
Кстати, о перчатках. Мы не в состоянии левую пер-
чатку удобно надеть на правую руку. А вот для четы-
рехмериков такая задача выглядит пустячной.
С ростом числа измерений, теоретически говоря,
должно расти и могущество воображаемых многомери-
ков. Но это лишь теория. На самом деле нет никаких
фактов, убедительно свидетельствующих о реальности
многомерных геометрических пространств. Правда, эти
пространства и их закономерности — весьма удобный
способ описания, скажем, некоторых физических про-
цессов.
Если, например, какое-нибудь явление зависит от
изменения нескольких величин, то можно условно по-
лагать, что каждой из таких величин, например, темпе-
ратуре, соответствует свое условное или, как его назы-
вают, фазовое пространство. Но тут речь идет не о
реальных геометрических пространствах, а об удобных
средствах условного описания действительности. Реаль-
ность же даже четырехмерного пространства до сих пор
находится под большим сомнением.
В науке все решает эксперимент, опыт, факты. «Ги-
потезы о том, что вне пределов доступного нам опыта
пространство может оказаться, например, четырехмер-
ным, — писал в 1970 году советский философ и мате-
матик Э. Кольман, — или двухмерным, а время, скажем,
двухмерным, не могут быть пока подкреплены никакими
фактами. Однако они не содержат также ничего проти-
воречащего научным знаниям, ничего сверхъестест-
венного.
Существует ли четырехмерное пространство, равно
как и то, бесконечно ли пространство или конечно и не-
ограниченно, непрерывно ли оно или прерывно — все
эти вопросы не может решить одно лишь философское
размышление... Как еще в 1894 году гениально заметил
Энгельс, бытие есть вообще открытый вопрос начиная
с той границы, где прекращается наше поле зрения».
Искривленные
пространства
® Читатель, вероятно, не забыл, что плоскость
мы назвали пространством 2-го измерения.
В этом двухмерном пространстве, или, яснее
говоря, на плоскости, есть своя, присущая
только плоскости, геометрия. Так, например, сумма
углов в любом плоском треугольнике равна 180 граду-
сам. Через точку, лежащую вне прямой, можно прове-
сти только одну прямую, параллельную данной. Это
утверждение — пятый постулат Евклида, а геометрия на
плоскости называется евклидовой геометрией.
По аналогии можно предполагать, что и реальное
трехмерное пространство, в котором мы с вами сущест-
вуем, есть евклидово пространство. Это означает, что
все теоремы плоской евклидовой геометрии остаются
верными и для пространства трех измерений. Такой
вывод на протяжении многих веков не подвергался со-
мнению. Лишь в прошлом веке независимо друг от
друга русский математик Николай Лобачевский
(1793— 1856) и немецкий математик Георг Риман
(1826— 1866) усомнились в общепризнанном мнении.
Они доказали, что могут существовать и иные «геомет-
рии», отличные от евклидовой, но столь же внутренне
непротиворечивые, как и она. Поясним, о чем идет речь.
Итак, пятый постулат Евклида утверждает, что че-
рез точку вне прямой можно провести лишь одну пря-
мую, параллельную данной. Логически рассуждая, легко
увидеть еще две возможности.
Через точку вне прямой нельзя провести ни одной
прямой, параллельной данной (постулат Римана).
Через точку вне прямой можно провести бесчислен-
ное множество прямых, параллельных данной (постулат
48 Лобачевского).
К постулату Евклида о параллельных прямых.
По поводу второго из этих утверждений следует
заметить, что если через точку вне прямой можно про-
вести две прямые, параллельные данной, то тем самым
создастся возможность провести еще бесчисленное
множество таких параллельных прямых. Все они будут,
очевидно, размещаться внутри угла, образованного дву-
мя главными, основными параллельными прямыми.
С первого взгляда оба высказанных выше утвержде-
ния звучат абсурдно. На плоскости такие постулаты и в
самом деле неверны. Но ведь могут существовать иные
поверхности, где имеют место постулаты Римана или
Лобачевского.
Представьте себе, например, поверхность сферы. На
ней кратчайшее расстояние между двумя точками от-
считывается не по прямой (на поверхности сферы пря-
мых вообще нет), а по дуге большого круга (так назы-
вают окружности, радиусы которых равны радиусу
сферы). На земном шаре подобными кратчайшими или,
как их называют, геодезическими линиями служат 49
4 Ф. Ю. Зигель
Треугольник на сфере.
меридианы. Все меридианы, как известно, пересекаются,
сходятся в полюсах, и каждый из них (а их бесчислен-
ное множество) можно считать «прямой», параллельной
данному меридиану. На сфере выполняется своя, сфе-
рическая геометрия, в которой, между прочим, верно
утверждение: сумма углов треугольника всегда больше
180 градусов. В этом убедиться совсем просто: пред-
ставьте себе на сфере треугольник, образованный двумя
меридианами и дугой экватора. Углы между меридиа-
нами и экватором равны 90°, и к их сумме прибавляется
угол между меридианами с вершиной в полюсе. На
сфере, таким образом, нет непересекающихся «пря-
мых».
Как это ни удивительно, существуют и такие по-
верхности, для которых оказывается верным постулат
Лобачевского. К ним относится, например, седловид-
ная поверхность, именуемая псевдосферой. На рисунке
50
нанесены соответствующие геодезические линии, то
есть «прямые» для данной поверхности. Две «парал-
лельные» из них нигде не пересекаются друг с другом.
И таких «параллельных» геодезических линий, то есть
«прямых» на псевдосфере, бесчисленное множество.
Заметим, что на псевдосфере выполняются хотя и не
все, но многие теоремы геометрии Лобачевского, в част-
ности, и утверждения о том, что сумма углов треуголь-
ника меньше 180 градусов.
После того как Лобачевский и Риман доказали
внутреннюю непротиворечивость их геометрии, возник-
ли законные сомнения в евклидовом характере реально-
го трехмерного пространства. Не является ли оно
искривленным наподобие Сферы ИЛИ псевдосферы? npe-
Геодезические линии на псевдосфере.
дупредим читателя, что наглядно представить себе
искривленность трехмерного пространства невозможно.
Остаются лишь рассуждения по аналогии. Поэтому,
если, скажем, реальное пространство не евклидово, а
сферическое, не следует воображать его себе в виде
некоторой обычной сферы. Сферическое пространство
есть сфера, но сфера четырехмерная, не поддающаяся
наглядному представлению. По аналогии можно сделать
вывод, что объем такого пространства конечен, как ко-
нечна поверхность любого шара — ее можно выразить
конечным числом квадратных сантиметров. Поверхность
всякой четырехмерной сферы также выражается в ко-
нечном количестве кубометров.
Продолжая рассуждения по аналогии, приходим
к выводу, что сферическое пространство не имеет гра-
ниц и в этом смысле безгранично. Летя в таком прост-
ранстве по одному направлению, мы, в конце концов,
вернемся в исходную точку, не встретив на своем пути
ничего иного, кроме трехмерного пространства. Так же
и муха, ползущая по поверхности шара, нигде не найдет
ее границ. В этом смысле и поверхность обычного шара
безгранична, хотя и конечна.
Словом, вопреки житейским представлениям, без-
граничность и бесконечность — вовсе не синонимы. Это
различные понятия, и можно перечислить немало при-
меров пространств безграничных, но конечных.
Отметим, что внутри четырехмерной сферы евкли-
дова геометрия неверна и, в частности, сумма углов
треугольника не равна/180 градусам. То же самое мож-
но утверждать и о псевдосферическом трехмерном
пространстве, построенном по аналогии с псевдосферой.
Еще великий немецкий математик Карл Гаусс
(1777 — 1855) предлагал с помощью лучей света прове-
рить, искривлено ли реальное пространство. Но его
проект остался неосуществленным. Световые гауссовы
треугольники должны иметь космические размеры, а в
52 масштабах Земли реальное пространство практически
Лист Мебиуса.
неотличимо от евклидова. Подобно этому каждому из
нас с высоты своего роста земной шар кажется плоским.
Сфера и псевдосфера — не самые сложные поверх-
ности, которые можно себе представить. Сфера, напри-
мер, типичная двусторонняя замкнутая поверхность, у
которой есть внешняя и внутренняя стороны. Легко
различить две разные стороны у этой страницы, у пло-
скости или даже у псевдосферы. Но есть поверхности
односторонние, у которых второй стороны попросту нет.
Свойства их поистине удивительны. К числу таких
поверхностей относится знаменитый лист Мебиуса.
53
Вырежьте полоску бумаги и склейте концы полоски
так, чтобы получилось плоское бумажное кольцо. Это
простая двусторонняя поверхность с внешней и внут-
ренней стороной, на которой никаких фокусов показать
нельзя. А теперь чуть измените бумажную конструк-
цию. Концы бумажной полоски склейте крест-накрест,
как показано на рисунке. Получился так называемый
лист Мебиуса — поверхность, у которой есть лишь одна
сторона! Убедиться в этом совсем просто — покрасьте
лист Мебиуса в какой-нибудь цвет. Красить лист при-
дется с одной стороны, второй у него просто нет!
Представьте себе, что лента, или лист Мебиуса, —
некий двухмерный мир, посредине которого на одинако-
вом расстоянии от краев листа течет река. Ее условно
можно изобразить карандашной линией. Попробуйте
теперь пойти по одному берегу реки, оставляя реку, ска-
жем, справа. Пройдя достаточное расстояние, то есть
сделав больше одного оборота, вы очутитесь на другом
левом берегу, не переплыв при этом реку.
Если разрезать бумажное кольцо по средней линии,
образуются два более тонких кольца. Попробуйте ту же
операцию проделать с листом Мебиуса, разрежьте его
вдоль нарисованной средней линии. Уверен, что заранее
предсказать результат вам не удастся.
Разрезали? Неправда ли, вы этого не ожидали?
Лист Мебиуса обладает и многими другими удивитель-
ными свойствами, о которых можно было бы писать
книги. Подумайте теперь о том, каким необычным стал
бы мир, если бы трехмерное пространство стало подоб-
ным листу Мебиуса.
Не исключено и существование так называемых
многосвязных пространств, состоящих из отдельных ку-
сков, которые никак и ничем не связаны друг с другом.
Все эти сложные, подчас искривленные пространства
могут быть не только игрой воображения математиков,
но и реальностью в каких-то областях неисчерпаемого
54 материального мира.
Мир
Минковского
( р» \ Обратимся теперь к графикам движения по-
I	] ездов. Этот неожиданный поворот темы, как
\	J увидит в дальнейшем читатель, вполне
оправдан.
Возьмем чистый лист бумаги и нанесем на него две
взаимно перпендикулярные прямые — оси графика. По
горизонтальной оси графика будем откладывать время
в часах, по вертикальной — расстояние в километрах.
Теперь движение любого поезда можно представить
графиком.
Допустим, некий поезд ровно в полночь отправился
в путь. По мере удаления от главной станции, растет
пройденный поездом путь, бегут вперед стрелки часов
пассажиров. Следовательно, графиком движения поезда
будет прямая, наклоненная под некоторым углом к го-
ризонтальной оси. Нетрудно сообразить, что этот угол
будет тем больше, чем быстрее движется поезд.
Пройдя 100 километров, поезд прибывает на стан-
цию. Время продолжает течь, а расстояние от пункта
отправления остается неизменным. График превращает-
ся в отрезок прямой, параллельной горизонтальной
оси. Поезд снова тронулся в путь, и опять график его
движения до новой остановки станет отрезком, накло-
ненным под острым углом к оси времени.
Представим себе теперь, что одновременно с первым
поездом и так же ровно в полночь из пункта, отстоя-
щего от главной станции на 300 км, отправился встреч-
ный поезд. Его график похож на график первого поезда,
но он пойдет не вверх, а вниз. В пункте А (см. рису-
нок) оба поезда встретятся — их графики пересекутся.
В 10 часов утра оба поезда придут в конечные пункты
назначения.
55
Г рафики движения поездов.
Подобные графики можно построить для всех поез-
дов, и диспетчеру по ним сразу видно, где и когда на-
ходится любой поезд. Согласитесь, что такая наглядная
картина способствует четкой работе железнодорожного
транспорта. Но смысл ее не только в этом.
В 1909 году немецкий математик Герман Минков-
ский (1864— 1909) предложил оригинальную модель
реального мира. К трем обычным его измерениям он
прибавил четвертое измерение — время. В самом деле,
всякое событие происходит не только где-нибудь (для
этого нужно знать три измерения, точнее, три коорди-
наты), но и когда-нибудь. Поэтому наш пространствен-
но-временной мир Минковский предложил представить
по аналогии с железнодорожным графиком. Тогда каж-
дому объекту, в том числе и человеку, в четырехмер-
56
ном мире Минковского будет соответствовать некото-
рая кривая, которую он предложил назвать мировой
линией.
Конечно, мировая линия может быть лишь в том
случае, если речь идет о математической точке, сущест-
вующей во времени. Что же касается протяженных
тел, то их четырехмерные изображения в мире Минков-
ского скорее можно сравнить со змеями или червями.
Так, например, всякий человек в мире Минковского сра-
зу представлен всей своей жизнью от момента появле-
ния на свет до смерти. То же, что мы видим вокруг се-
бя, есть сечения в данный момент времени странных
четырехмерных образований.
Сделайте простой опыт. В листе бумаги прорежьте
узкую вертикальную щель и проведите эту щель по
графику движения поездов. Весь график при этом вы
не увидите, в вертикально расположенную щель будут
видны лишь две точки: поезда, идущие навстречу друг
другу. На станциях они останавливаются, постояв неко-
торое время, а затем снова отправляются в путь и,
встретившись, расходятся в противоположных на-
правлениях.
Щель в листе бумаги — модель временного разреза
четырехмерного мира Минковского. С точки зрения
Минковского, все в мире предопределено, для всех
объектов уже существуют заранее готовые «мировые
линии». Как заметил один известный физик, «события
не происходят; они существуют, и мы только, так ска-
зать, натыкаемся на них».
Если бы мир и в самом деле соответствовал мате-
матической схеме Минковского, то в нем царила бы пол-
ная предопределенность, или, как говорят философы,
абсолютный детерминизм. Но если все предопределено,
тогда человек не властен изменить свою «мировую ли-
нию», свою судьбу. Все, что совершается, не могло бы
совершиться иначе, а значит, отпадает и нравственная
ответственность за любые поступки: если человек не 57
свободен в выборе, если ему только кажется, что он во-
лен в своих поступках, о какой нравственной ответ-
ственности может идти речь?
К счастью для человечества, «мир Минковского»
не более, чем удобный математический прием описания
природы. Реально он не существует, но для истолкова-
ния теории Эйнштейна такая математическая схема
облегчает расчеты. Время и пространство есть формы
существования материи, тбй объективной реальности,
которая составляет Мироздание. Поэтому заслуга Мин-
ковского состоит в том, что он впервые в конкретной
математической схеме связал как будто совершенно не-
связанные между собой вещи — пространство и время.
Еще в 1908 году в речи «Пространство и время»
Минковский произнес следующие знаменательные
слова:
«Отныне время по себе и пространство по себе долж-
ны сделаться всецело тенями, и только особого рода их
сочетание сохранит самостоятельность».
Такой же точки зрения придерживался и Альберт
Эйнштейн.
Эйнштейн
и тяготение
®Вы роняете карандаш, и он падает на пол.
В чем причина этого явления? Объяснение
знакомо с детских лет: Земля притягивает
к себе все предметы. Эта сила притяжения и
есть причина падения карандаша. Так считал великий
Исаак Ньютон, такое объяснение дается и в современной
школе.
Закон всемирного тяготения, в XVII веке открытый
Ньютоном, утверждает, что тела притягивают друг дру-
58 га с силой, пропорциональной произведению их масс
и обратно пропорциональной квадрату расстояния меж-
ду ними. Так как сила тяготения зависит от произведе-
ния масс двух тяготеющих друг к другу тел, то, следо-
вательно, Земля притягивает карандаш точно с такой же
силой, как и карандаш Землю. На известный вопрос
«почему же тогда карандаш падает на Землю, а не
Земля на карандаш?» дается известный вам, конечно,
ответ: потому что масса Земли несравнимо больше
массы карандаша, а при одной и той же силе ускорение
тем меньше, чем больше масса тела.
Строго говоря, оба тела — и Земля и карандаш —
падают друг на друга. Но при этом смещение Земли
навстречу карандашу настолько ничтожно, что о нем не
стоит и говорить.
Ньютон был убежден, что таинственная сила тяго-
тения, присущая всем телам, распространяется мгновен-
но. Можно иначе сказать, что она просто существует,
дана, так сказать, в готовом виде. Пространство,
окружающее нас, есть просто вместилище тел, то место,
где или в чем происходят все явления. С позиций
Ньютона, если бы даже вдруг почему-то исчезли все
вещи, вся материя, то пространство все равно оста-
лось бы.
Вы, вероятно, обратили внимание на то, что мгновен-
ное распространение сил тяготения противоречит специ-
альной теории относительности Альберта Эйнштейна.
В природе нет и не может быть сверхсветовых скоро-
стей — это утверждение Эйнштейна есть краеугольный
камень его теории. Поэтому Эйнштейну предстояло как-
то иначе, чем Ньютону, объяснить тяготение тел.
В 1916 году, спустя одиннадцать лет после публика-
ции специальной теории относительности, Эйнштейн
распространил принцип относительности на любые
ускоренные движения. Так родилась общая теория отно-
сительности с ее подчас совершенно парадоксальными
выводами.
До Эйнштейна считалось, что инерция тел, то есть
59
их сопротивляемость сообщаемому им внешней силой
ускорению, и вес тела (сила тяжести) — нечто совсем
разное. Эйнштейн смело заявил, что «инертная» и «ве-
сомая» масса тела — это одно и то же. Поначалу, как
это иногда бывает в истории науки, великого ученого
сочли безумцем, но дальнейшие опыты показали, что
Эйнштейн прав.
Проделайте такой опыт. На пятачок сверху положите
бумажный кружок такого же диаметра, как и пятачок.
Хотя вес пятачка гораздо больше веса бумажного
кружка, оба они при бросании плашмя достигнут пола
одновременно. Если же их бросить порознь, бумажный
кружок из-за сопротивления воздуха упадет позже мо-
неты. В пустоте же, как это установил Галилео Галилей,
все тела падают с одинаковым ускорением.
Другой эксперимент будет по необходимости только
мысленным. Вообразите себе, что вы опускаетесь в лиф-
те, внезапно лифт обрывается, и вы вместе с лифтом
падаете вниз. Так как лифт и вы двигаетесь вниз с оди-
наковым ускорением, ваш вес (как давление на пол лиф-
та) пропадает, и вы на короткие секунды окажетесь в
состоянии невесомости. Пропал вес, исчезло поле тяготе-
ния, отсутствуют таинственные притягивающие вас
силы! А вот еще один мысленный эксперимент.
Вы в фантастическом лифте движетесь вверх с уско-
рением. Кроме вас и лифта, ни Земли, ни других косми-
ческих тел кругом нет. Если это ускорение постоянно
и в точности равно ускорению земной силы тяжести,
вас прижмет к полу лифта, и вы окажетесь во вполне
земноподобной обстановке. Все кругом и вы сами ста-
нете весомы, хотя никаких притягивающих вас тел нет.
Таким образом, ускоренное движение равноценно появ-
лению некоторых мнимых, на самом деле несуществую-
щих сил.
Из этих мысленных экспериментов Эйнштейн сде-
лал вывод, получивший название принципа эквивалент-
60 ности: тяжесть и инерция тел — одно и то же!
Падающий лифт.
Пассажир в поднимающемся лифте не может одно-
значно решить, что прижимает его к полу лифта — его
тяжесть или его инерция. Все зависит от точки зрения
или, вернее, от системы отсчета.
Если системой отсчета служит лифт, его пассажир
имеет основание говорить о тяжести. Если же за систе-
му отсчета принять весь космос, всю Вселенную, кото-
рая ускоренно движется вниз, а лифт «сопротивляется»
этому всеобщему движению, пассажир лифта имеет
право считать наблюдаемые факты проявлением инер-
ции. Вопрос о том, что же движется «на самом деле»,
по Эйнштейну, неправомерен: ускоренные движения
так же относительны, как и равномерно-прямолиней-
ные.
Итак, по Эйнштейну, никаких мгновенно действую-
щих таинственных сил тяготения не существует, а есть
другое: движение тел в искривленном пространстве —
времени.
Здесь мы подошли к теме, разъяснить которую
вполне доступно вряд ли возможно. Отметим лишь
главное, суть. По Эйнштейну, реальный мир может
быть математически описан как четырехмерный
пространственно-временной мир Минковского. Но этот
мир — не евклидов, пространство — время (а не одно
только пространство) искривлено. Очень сложные рас-
четы, выполненные Эйнштейном, показывают, что такой
способ описания действительности дает хорошее объяс-
нение движению планет и других космических тел. Не-
смотря на сложность и необычность общей теории от-
носительности, многие ее выводы подтверждены наблю-
дениями.
Так, например, вблизи крупных масс трехмерное
пространство должно быть искривлено, а потому любой
луч света, пролетая вблизи Солнца, изменит направле-
ние своего движения и пойдет по слегка измененному,
по сравнению с первоначальным, пути. Теория Эйн-
62 штейна дает количественную оценку этому явлению,
кстати сказать, получившему название «эффект Эйн-
штейна».
Самое удобное время для проверки эффекта Эйн-
штейна — полное солнечное затмение. В момент полной
фазы, когда Луна целиком закроет ослепительный
солнечный диск, на небе появляются звезды. Выберем
из них две такие, которые видны рядом с краем затмив-
шегося Солнца, причем пусть одна звезда будет сверху
Солнца, а другая снизу. Так как пространство в этих
окрестностях Солнца заметно искривлено, лучи звезд
изменят свое первоначальное направление. Глаз же
наблюдателя увидит звезду на небе не там, где она есть,
а слегка смещенной в сторону от Солнца. Присутствие
Солнца как бы раздвигает звезды. Многократная про-
верка показала, что такое раздвижение звезд по величине
хорошо согласуется с теорией Эйнштейна.
Представьте теперь фантастическую кольцевую же-
лезную дорогу, по которой мчится «поезд Эйнштейна».
Этот поезд периодически проносится мимо станции
отправления, на которой начальник станции всякий
раз при этом проверяет часы. Такую же операцию про-
делывают и пассажиры этого поезда.
Очень скоро выясняется, что часы пассажиров
начинают отставать, причем тем больше, чем быстрее
движется поезд. Увеличивая скорость поезда, можно
достичь такой ситуации, когда для пассажиров пройдет
всего один день, тогда как по часам начальника стан-
ции протечет много лет!
Вы догадываетесь, что вопрос «а сколько времени
протекло на самом деле?» здесь не уместен, так как все
зависит от системы отсчета. Но в отличие от специаль-
ного принципа относительности, в нашем примере си-
стемы неравноправны. Они были бы равноправны, если
бы и на «поезд Эйнштейна», и на начальника станции не
действовали никакие силы. На самом же деле это не так.
На часы в «поезде Эйнштейна», поскольку он мчит-
ся по кольцевой дороге, действуют центробежные силы, 63
«Поезд Эйнштейна» на кольцевой дороге.
и потому мы никак не можем считать часы на поезде
покоящимися. Про часы же начальника станции этого
сказать нельзя — они неподвижны. Стало быть, часы
отстанут у того, на кого действуют силы, кто, точнее
говоря, движется ускоренно.
В нашем воображаемом эксперименте «поезд Эйн-
штейна» превратился в своеобразную «машину време-
ни». Те, кто захочет сохранить подольше свою моло-
дость, должен прокатиться в таком поезде с околосве-
товой скоростью. Чем ближе он подойдет к недостижи-
мому пределу — скорости света, — тем больше, ощути-
мее становится выигрыш во времени. Отсюда и следует
знаменитый «парадокс близнецов». Если пассажир «по-
езда Эйнштейна» и начальник станции близнецы, то
после возвращения пассажира из путешествия их воз-
раст окажется весьма различным.
С первого взгляда все эти забавные рассуждения
64 кажутся отвлеченными: в самом деле, где взять «поезд
Эйнштейна» и как его разогнать до околосветовой
скорости? Прогресс космонавтики заставил смотреть на
«парадокс близнецов» по-иному.
«Парадокс близнецов» успешно проверен при око-
лоземных полетах. Но выигрыш во времени тут полу-
чается таким ничтожным, что о практическом его приме-
нении говорить не приходится. Примерно такие же ре-
зультаты получаются и при полетах на современных
космических летательных аппаратах по Солнечной си-
стеме. Слишком малы их скорости, да и вряд ли когда-
нибудь они увеличатся до околосветовой. Другое де-
ло — полеты к звездам.
Удаленность даже ближайших к Земле звезд так
велика, что до самого последнего времени межзвездные
перелеты казались совершенно нереальными. Ракеты,
работающие на химическом топливе, долетают до Луны
за 10—15 часов. Но та же ракета, отправившись на
ближайшую из звезд — альфу Центавра, достигнет
цели только через миллион с лишним лет!
Атомные ракеты мало что изменят в этих сроках.
Развивая скорость до 100 км/сек., они станут, пожалуй,
наиболее приемлемым средством передвижения внутри
Солнечной системы. Но до альфы Центавра и атомная
ракета долетит не раньше чем через 10 000 лет!
Невообразимо колоссальны межзвездные просторы.
Преодолеть их удастся лишь в том случае, если скорость
передвижения станет близкой к скорости света.
Как это ни удивительно, но уже сейчас разрабаты-
ваются проблемы межзвездных перелетов. Предложены
проекты так называемых фотонных ракет.
Представьте себе невероятный случай. Вы садитесь в
автомобиль, включаете фары, и вдруг автомобиль начи-
нает катиться назад со все возрастающей скоростью.
Испугавшись, вы выключаете свет, и машина постепенно
останавливается. Свет, отраженный зеркалами фар, соз-
дал реактивную тягу. Потоки света, вырывающиеся из
фар, уподобились струям газов, выходящим из сопла 65
5 Ф. Ю. Зигель
обычной ракеты, а сам автомобиль превратился в свето-
вую или, как говорят, фотонную ракету.
На самом деле описанный случай, конечно, невоз-
можен. Реактивная тяга, создаваемая светом автомо-
бильных фар, так ничтожно мала, что привести в движе-
ние тяжелый автомобиль она не в состоянии.
Однако, будь потоки света несравненно более мощ-
ными, автомобиль тронулся бы с места. Все дело имен-
но в мощности излучения, так как достаточно мощные
потоки света могут создать заметную реактивную тягу.
В современных схемах фотонная ракета напоминает
исполинский прожектор. Однако источник света в фо-
тонных ракетах совсем иной, чем в автомобильных
фарах.
Как известно, в Природе существуют, кроме обычных
элементарных частиц вещества — протонов, нейтронов и
электронов, противоположные им по электрическому за-
ряду и магнитным свойствам античастицы — анти-
протоны, антинейтроны и позитроны. Когда частица
сталкивается со своей античастицей, обе они сразу или
через ряд промежуточных состояний превращаются в
порции света — фотоны. Энергия при этом процессе, на-
зываемом аннигиляцией, выделяется в максимально
возможном количестве. Если бы, например, удалось
аннигилировать сто тонн вещества, то энергии при этом
выделилось бы столько, сколько произвело искусствен-
ным путем все человечество за последние 2000 лет.
Для получения сверхмощных потоков света в фо-
тонных ракетах и предполагается использовать анниги-
ляцию. При соединении струй обычных частиц со
струями искусственно полученных античастиц будет вы-
деляться такое невообразимо мощное излучение, кото-
рое, отразившись от рефлектора фотонной ракеты, при-
ведет ее в стремительное движение.
Схема фотонной ракеты пока еще далека от техни-
ческой реализации. Еще неясно, как получать струи
66 античастиц. Трудно себе представить, где, в каких ре-
зервуарах можно сохранить антивещество, так как со-
прикосновение его со стенками резервуара мгновенно
приведет к аннигиляции. Потоки излучения будут так
мощны, что их отражатель просто испарится, если его
не сделать из каких-нибудь сверхстойких материалов
или не преобразовать жесткое, очень энергичное пер-
вичное излучение двигателя в менее энергичные, но зато
безопасные радиоволны.
Короче говоря, до технического осуществления фо-
тонной ракеты еще далеко. Но уже сейчас ясно одно —
возможно, эти двигатели откроют человечеству путь
к звездам’, с их помощью удастся развивать скорости,
близкие к скорости света.
Полет к ближайшим звездам займет годы или деся-
тилетия. Но могут ли быть достигнуты звезды, лучи
света которых доходят до Земли за тысячи или десятки
тысяч лет, не говоря уже о других звездных системах —
галактиках, удаленных от нас на миллионы свето-
вых лет?
Казалось бы, на этот вопрос можно дать лишь отри-
цательный ответ. Какой безумец станет утверждать, что
полет человека среди звезд туманности Андромеды
или другой галактики возможен?
Но то, что представляется житейскому здравомы-
слию безумным, иногда оказывается гениальным. Тео-
рия относительности, созданная гением Эйнштейна,
указала теоретический выход из как будто бы безнадеж-
ного тупика.
Время относительно. В телах, движущихся по-разно-
му, оно течет неодинаково быстро. В фотонных ракетах
оно будет течь несравненно медленнее, чем на Земле.
И это раскрывает перед астронавтикой такие перспек-
тивы, о которых не смел мечтать даже Циолковский.
Пользуясь формулами теории относительности, мож-
но подсчитать, за какие сроки удастся в будущем доби-
раться до звезд и какой выигрыш во времени для участ-
ников полета при этом получится. Такие расчеты были 67

выполнены немецким ученым Е. Зенгером. Выводы
получились совершенно необычные, судите сами.
Допустим, что фотонная ракета отправляется в по-
лет на альфу Центавра. Скорость ей придется наби-
рать постепенно, чтобы создающееся при этом ускорение
не было чрезмерно большим и гибельным для пасса-
жиров.
Будем считать, что ракета совершает полет с уско-
рением, равным 3g, то есть втрое большим, чем земное
ускорение, причем в первую половину пути скорость
ракеты возрастает, а во второй половине пути, прибли-
жаясь к цели, ракета должна тормозиться с тем же за-
медлением 3g. Опыты, проделанные за последнее деся-
тилетие, показали, что троекратную нагрузку человек
может переносить долго и безболезненно.
Итак, ракета в полете... Каковы же сроки первого
межзвездного, перелета?
По расчетам Е. Зенгера, на ракете пройдет 18 меся-
цев, прежде чем путешественники окажутся вблизи со-
седней звезды. Если после этого они сразу отправятся
в обратный путь, то полет в оба конца по часам ракеты
займет около трех с половиной лет. Но время на ра-
кете текло медленнее, чем на Земле. Поэтому для тех,
кто остался кружиться вокруг Солнца, протекло от
старта ракеты до ее возвращения не 3,5 года, а около
10 лет.
Если путешествие закончится благополучно, его уча-
стники должны быть счастливы вдвойне. Они повидали
соседнюю звезду и заодно, так сказать, сэкономили в
полете более 6 лет своей жизни.
Схема фотонной ракеты:
7 — космический ракетоплан; 2 — центральный пост управления;
3— шаровидные обсерватории; 4 — жилые помещения космонавтов;
5 — основной отсек; 6 — резервуары с веществом; 7 — резервуары
С антивеществом; 8 — защитные экраны; 9 — отражающее зеркало;
10 — управляющие двигатели.	69
И еще один парадоксальный вывод: луч света до
альфы Центавра и обратно пролетает за 8,6 лет, тогда
как путешественники преодолели то же расстояние за
три с половиной года. Получается, что по собственному
времени ракеты астронавты летели быстрее света, тогда
как в земной системе отсчета, по земным часам, протек-
ло около 10 лет, то есть их скорость, как и следует по
теории Эйнштейна, не превысила скорости света.
С увеличением дальности полета эффект замедления
времени стремительно, а вовсе не пропорционально, воз»
растает.
Так, например, центральные области нашей Галак-
тики фотонная ракета при прежних условиях, с уско-
рением 3g, достигнет по часам ракеты через 7 лет, тогда
как луч света по земным часам преодолевает то же рас-
стояние за 20 000 лет. Следовательно, побывав в центре
Галактики и вернувшись на Землю, астронавты не за-
станут никого из своих знакомых — ведь пока они путе-
шествовали, на Земле прошло более 40 000 лет! Они по-
чувствуют себя давно забытыми пришельцами из прош-
лого. Подобные ощущения пережил бы человек камен-
ного века, если бы внезапно, каким-то чудом он оказал-
ся, например, в центре современной Москвы.
Чем дальше, тем больше.
До соседней Галактики — туманности Андромеды —
фотонная ракета домчит человека за 9 лет (считаем, ко-
нечно, по часам ракеты). Но, вернувшись на Землю, он
убедится, что, пока он постарел на 18 лет, на Земле про-
шло около полутора миллионов лет!
Самые далекие из доступных современным телеско-
пам галактик отстоят от Земли на расстоянии 15 мил-
лиардов световых лет. Но фотонная ракета преодолеет
эти невообразимые расстояния всего за 15 «собствен-
ных» лет? Правда, смельчаки, рискнувшие отправиться
в эти космические дали, могут по возвращении обратно
не найти собственный дом — ведь по земным часам их
70 путешествие займет более двух миллиардов лет — срок,
в течение которого гарантировать сохранность Земли
было бы слишком смелым.
Перед человечеством раскрываются поистине безгра-
ничные возможности распространения в космос. Теоре-
тически говоря, оно способно проникнуть как угодно да-
леко в глубь окружающей нас Вселенной... И кто посме-
ет утверждать, что могущество человечества может быть
чем-то ограничено?
Нарисованные перспективы есть лишь теоретическая
возможность, которую открывает перед человечеством
общая теория относительности. Снова повторим, что
техническое воплощение всех этих идей ныне выглядит
почти невозможным. Однако сам «эффект близнецов»
проявляется не только в космических масштабах, но и в
жизни мельчайших частиц вещества, так называемых
элементарных частиц.

/оЛ Бесконечна ли
\w/ Вселенная
Изыскание о строении мира—одна
из самых великих и благородных
проблем, какие только существуют
в Природе.
Г а л и л е о Галилей
Вселенная
из вселенных
[	\ В самом начале тридцатых годов, когда я еще
( I ) учился в младших классах средней школы,
\ I / мне попалась в руки небольшая книга «Все-
ленная и ее устройство». На ее цветной об-
ложке был изображен крупнейший в ту пору стодюймо-
вый телескоп-рефлектор, а в открытом люке обсервато-
рии на фоне звездного неба красовались Луна, огром-
ная комета и, конечно, Сатурн. Книга была издана в
1926 году, ее автор — Николай Рубакин.
Имя этого популяризатора науки мне тогда еще не
было знакомо. Но уже первые прочитанные страницы
захватили дух — об удивительных вещах и очень про-
сто, доходчиво шел неторопливый рассказ.
«Мы, люди, живем посреди вечности и бесконечно-
сти, — вдохновенно писал Н. А. Рубакин. — Со всех
сторон нас окружает Вселенная, а все мы — не что иное, 73
как частички ее. Бесконечность Вселенной — это зна-
чит бесконечность пространства. Вечность Вселенной —
это то же, что бесконечность времени, как она сущест-
вует. Земной шар, на поверхности которого живет чело-
вечество, несется через бесконечное пространство из
вечности в вечность. И нигде нет никакого предела ни
пространству, ни времени».
Снова в моем сознании возник пугающий образ пал-
ки с одним концом, и ужас бесконечного наполнял душу
всякий раз, когда я пытался зримо ощутить бесконеч-
ность и вечность Вселенной. Но книга Н. А. Рубакина
запомнилась не только по этой причине.
В конце двадцатых годов в физике была весьма по-
пулярна так называемая планетарная модель строения
атома. Мельчайшие образования Природы — атомы раз-
личных веществ — мыслились устроенными по образу
и подобию Солнечной системы. В центре каждого атома
наподобие Солнца покоилось тяжелое атомное ядро,
а вокруг него на разных расстояниях кружились мель-
чайшие «микропланеты» — электроны. Роль тяготения
в атомах выполняла сила взаимного электростатического
притяжения — положительно заряженное атомное ядро,
естественно, притягивало к себе отрицательно заряжен-
ные электроны. Движение последних вокруг ядра пре-
пятствовало их падению на ядро. Все получалось очень
похожим на Солнечную систему.
Но фантазия Рубакина, казавшаяся в ту пору вполне
научной, населяла электроны... жителями. Мельчайшие
частицы вещества, по его словам, оказывались неисчис-
лимо населенными мирами, где мириады крошечных «лю-
дей» творят историю «микрочеловечеств». В конце кон-
цов, рассуждал Рубакин, понятие размеров относитель-
но. Если все предметы в мире увеличатся сразу, скажем,
в миллион раз, никто этого не заметит — ведь измери-
тельные инструменты, например, линейка со шкалой,
также увеличились в миллион раз. Очевидно, и при
74 уменьшении всего на свете в любое число раз заметить
Планетарная модель атома водорода.
это не удастся, так что пренебрежение к «жителям» на
электроне вряд ли обоснованно.
Рубакин заявляет, что, скорее всего, и наша, и дру-
гие планетные системы есть лишь «атомы» каких-то не-
вообразимо больших тел. Ядра же таких «атомов» мы
называем звездами, среди которых Солнце не выделя-
ется решительно ничем. Тогда получается, что мы, лю-
ди, сами оказываемся крошечными по сравнению с ка-
кими-то ужасающе громадными существами неведомого
нам Мегамира.
Меняются в зависимости от масштабов и единицы
измерения времени. Для каждого «мира» свое течение
времени.
«Живи мы на электроне, — пишет Рубакин, — нам
пришлось бы мерить время совершенно другой меркой,
а именно принимать за мерку круговращение электро-
на вокруг его оси, вокруг ядра его атома, его Солнца. 75
Каждый такой оборот электрона вокруг этого ядра —
то же, что год для его жителей. Значит, каждая наша
секунда то же, что тысячи биллионов лет для жителей
электрона».
Обращаясь к Макромиру, то есть миру, в котором
живет человек, мы сталкиваемся, естественно, с противо-
положной картиной. Наши земные единицы времени —
сутки, год, столетия — выглядят так же, как мельчай-
шие доли «их» секунды. Самое же, пожалуй, порази-
тельное в рассуждениях Н. А. Рубакина то, что конца
этой иерархии, последовательности миров, ни «вниз», в
сторону как угодно малых величин, ни «вверх», в сторо-
ну бесконечно большого, не существует. «Вселенная со-
стоит из вселенных, — продолжает Рубакин. — Сделай-
ся мы во много раз больше нашей Вселенной, она бы
показалась нам сплошною и твердою. Мы увидели бы
тогда множество других вселенных...»
А если сделаться меньше атома, этак в несколько ты-
сяч миллионов раз? Что тогда? «Тогда, — пишет Руба-
кин, — и ядро покажется нам величиной с Солнце! Бес-
конечно малому, быть может, и конца нет. Но нет конца
и бесконечно большому... Все вселенные существуют од-
на в другой, меньшие внутри больших, и в их житье-
бытье и устройстве проявляются одни и те же правила.
Если у Вселенной нет предела, то нет у нее и самой се-
редины. Один мудрец так и сказал: у Вселенной ее
центр находится везде, а окружность нигде!»
В какой-то мере Вселенная, по Рубакину, напоминает
игрушечную матрешку. Открой самую большую из них,
и внутри увидишь меньшую, в ней — еще меньшую и так
далее до самой крошечной матрешки. Правда, если ве-
рить Рубакину, то ни самой маленькой, ни самой боль-
шой матрешки не существует — «лестница» различных
по размерам вселенных продолжается в обе стороны до
бесконечности.
Не один Н. А. Рубакин писал о жителях электрона.
76 Известному советскому поэту Валерию Яковлевичу
Брюсову принадлежат такие строки из стихотворения
«Мир электрона»:
Быть может, эти электроны —
Миры, где пять материков,
Искусства, знанья, войны, троны
И память сорока веков!
Еще, быть может, каждый атом —
Вселенная, где сто планет;
Там все, что здесь, в объеме сжатом,
Но также то, чего здесь нет.
Их меры малы, но все та же
Их бесконечность, как и здесь;
Там скорбь и страсть, как здесь, и даже
Там та же мировая спесь.
Их мудрецы, свой мир бескрайный
Поставив центром бытия,
Спешат проникнуть в искры тайны
И умствуют, как ныне я;
Николай Рубакин популяризировал не свои идеи.
Еще в 1911 году в Одессе была издана книга англий-
ского физика Э. Фурнье Дальба «Два новых мира».
Уже тогда, в начале века, появились идеи об инфрами-
ре и супрамире, двух соседних с нами мирах на беско-
нечной иерархической лестнице Вселенной. По утвер-
ждению Фурнье Дальба, в микромире (который он на-
зывает инфрамиром) «царит такая напряженная жизнь,
какую мы себе едва ли представляем. В течение незна-
чительной доли нашей секунды бесчисленный ряд поко-
лений живых существ успевает закончить свое существо-
вание». И далее следуют рассуждения, уже знакомые
нам по книге Рубакина. Но Фурнье Дальб поставил
задачу, о которой Рубакин не решился рассказать.
В главе «Завоевание супрамира» Фурнье Дальб полага-
ет, что широкое распространение человечества по Все-
ленной оживит космос. Настанет время, когда заселен-
ная людьми Солнечная система «станет сознательной». 77
По его убеждению, «когда Солнечная система будет
одушевлена жизнью, тогда она разовьет новые способ-
ности. Она постарается приспособиться к своей среде
и затем приспособить эту среду к себе». Рано или позд-
но человечество «оживит Млечный Путь», который
явится в супрамире как некое существо. А супрачеловек,
по словам Фурнье Дальба, «изучая ничтожный, пленен-
ный им Млечный Путь под своим микроскопом, будет
допытываться, обладает ли этот крошечный комочек ка-
ким-нибудь интеллектом или сознанием»!
Таким образом, завоевание супрамира, по Фурнье
Дальбу, имеет много общего с мыслями К. Э. Циолков-
ского о грядущем расселении человечества по всей Все-
ленной.
Согласитесь, что все эти утопические идеи о густо-
населенном на всех уровнях Мироздании способны пора-
зить воображение не только младшего школьника. Они
казались мне откровением, которым я старался поде-
литься с товарищами.
Учение Фурнье Дальба об устройстве Мира было
первой космологией, с которой мне довелось познако-
миться. До сих пор идут споры о деталях определения
того, что такое космология. Не вдаваясь в тонкости и де-
тали, будем называть космологией всякое учение о Все-
ленной в целом, то есть учение о всем, что существует.
В космологии Фурнье Дальба на разных уровнях Приро-
ды повторяются одни и те же законы, одно и то же уст-
ройство материальных систем. Разница лишь в масшта-
бах, но не в качественных различиях. В сущности, Все-
ленная в таком виде выглядит столь же однообразной и
скучной, как и бесконечная совокупность каких-нибудь
одинаковых предметов.
Слово «скучная» выражает наши эмоции. Но дело
не только в эмоциях. Развитие астрономии и физики
в XX веке доказало, что картина Вселенной Фурнье
Дальба — самая, пожалуй, примитивная и однобокая
78 схема сущего. Реальная Природа куда сложнее и много-
образнее. Переход от одних масштабов к другим, если
этот переход достаточно велик, сопровождается и корен-
ными качественными изменениями. Микромир (инфра-
мир по Фурнье Дальбу) оказался совсем непохожим на
то, что изучают астрономы. И конечно, никакого сход-
ства или подобия атома и Солнечной системы в действи-
тельности нет.
Что же касается Мегамира (супрамира по термино-
логии Фурнье Дальба), несмотря на естественную огра-
ниченность наших размеров и знаний, есть все основа-
ния утверждать, что с переходом к космическим масшта-
бам нам нередко приходится встречаться с нечто прин-
ципиально новым, неведомым в земной человеческой
практике.
Но все-таки смелые идеи иногда поразительно живу-
чи. В 1972 году в Бюракане (Армянская ССР) на Меж-
дународной конференции по проблеме связи с внеземны-
ми цивилизациями академик В. Л. Гинзбург высказал
гипотезу о «возможности развития цивилизации на
уровне элементарных частиц». По его словам, «вряд ли
такую идею можно счесть абсурдной, поскольку извест-
но около двух сотен сортов таких частиц. Это значи-
тельно больше, чем число основных «кирпичей», из ко-
торых построено обычное вещество. Поэтому в принципе
не исключена возможность появления или создания до-
статочно сложной и даже «живой» системы из элемен-
тарных частиц»! 1 Напоминая присутствующим на кон-
ференции ученым об особых частицах материи фридмо-
нах (о них в дальнейшем еще будет речь), В. Л. Гинз-
бург заявил, что «в плане проблемы внеземных циви-
лизаций вопрос о фридмонах интересен в связи с воз-
можностью существования цивилизации внутри фрид-
2
мона» .
Мы расшифруем позже это пока непонятное для чи- 1 2
1 Сборник «Проблема CETI». М., Мир, 1975, с. 176.
2 Т а м же.
79
тателя утверждение. Но прежде нам предстоит знаком-
ство с главными идеями современной космологии и сов-
ременной физики элементарных частиц.
Космологические
парадоксы
[ X Современная научная космология ведет нача-
| Л | ло от Николая Коперника. Поместив Солнце
к J в центр Вселенной и низведя Землю до поло-
жения рядовой планеты Солнечной системы,
гениальный польский ученый XVI века был, однако, да-
лек от правильного понимания бесконечности Вселен-
ной. По его убеждению, за орбитами известных в те
времена пяти планет располагалась сфера неподвижных
звезд. Звезды на этой сфере равно удалены от Солнца,
а их природа Копернику была неясна. Он не видел в
них тел, подобных Солнцу, и, будучи служителем церк-
ви, Коперник склонялся к мнению, что за сферой непо-
движных звезд находится «эмпирей» или «жилище бла-
женных» — обитель сверхъестественных сил и существ.
В одном Коперник был твердо уверен — радиус сфе-
ры неподвижных звезд должен быть очень велик. Ина-
че трудно объяснить, почему с движущейся вокруг
Солнца Земли звезды кажутся неподвижными.
Поставьте перед лицом указательный палец и по-
смотрите на него попеременно то правым, то левым гла-
зом — палец будет смещаться на фоне более далеких
предметов, например, стены. Такое кажущееся смеще-
ние предмета при изменении позиции наблюдателя,
называется параллактическим смещением. Расстояние
между крайними точками наблюдений называется бази-
сом. Чем больше базис, тем больше и параллактическое
смещение предмета. При постоянном же базисе (в на-
80 шем опыте он равен расстоянию между глазами) парал-
Вселенная по Копернику.
лактическое смещение тем меньше, чем дальше от нас
находится предмет. Отодвиньте палец от лица, и вы лег-
ко в этом убедитесь.
Хотя расстояние от Земли до Солнца во времена
Коперника в точности не было известно, по многим фак-
там подозревали, что оно весьма велико. Казалось бы,
при этом звезды должны описывать на небе маленькие
окружности — своеобразное отражение действительного 81
обращения Земли вокруг Солнца. Но такие параллакти-
ческие смещения звезд явно отсутствовали, из чего Ко-
перник и сделал вывод о колоссальных размерах сферы
неподвижных звезд.
«Сфера неподвижных звезд, — писал Коперник, —
включает самое себя и все остальное. Поэтому она не-
подвижна как место Вселенной, по отношению к кото-
рой определяется движение и положение всех остальных
светил, в совокупности взятых».
Вселенная по Копернику — мир в скорлупе. В ней
легко найти немало пережитков средневекового миро-
воззрения. Но прошло всего несколько десятилетий,
и Джордано Бруно разбил коперникинскую «скорлупу»
неподвижных звезд. Бесстрашный борец за новое миро-
воззрение, сожженный в Риме в 1600 году, оставил нам
поразительные идеи, надолго определившие развитие
космологии.
Бруно считал звезды далекими солнцами, согреваю-
щими бесчисленные планеты других планетных систем.
По его убеждению, только глупец «может думать, что
могучие и великолепные мировые системы, заключаю-
щиеся в беспредельном пространстве, лишены живых
существ и не содержат ничего иного, кроме света, ко-
торый они посылают на Землю». Впервые после Копер-
ника прозвучала беспредельно смелая в те времена
мысль Бруно о пространственной бесконечности Все-
ленной.
«Я полагаю, что Вселенная бесконечна, — писал
Бруно. — Я утверждаю, что существует бессчетное чис-
ло миров, подобных миру Земли. Я полагаю, что Зем-
ля есть светило и что ей подобны Луна и другие све-
тила, число которых бесконечно, и что все эти небесные
тела образуют бесконечность миров. Они составляют
бесконечное целое в бесконечном пространстве, беско-
нечную Вселенную, то есть Вселенную, заключающую в
себе бесконечное множество миров».
82 Идеи Бруно намного обогнали его век. Но Бруно не
мог привести ни одного факта, который бы подтверждал
его космологию — космологию бесконечной, вечной и
населенной Вселенной.
Прошло десятилетие, и Галилео Галилей в изобре-
тенный им телескоп увидел в небе то, что оставалось
сокрытым для невооруженного глаза. Горы на Луне на-
глядно доказывали, что Луна и в самом деле есть мир,
похожий на Землю. Спутники Юпитера, кружащиеся
вокруг величайшей из планет, походили на наглядное
подобие Солнечной системы. Смена фаз Венеры не оста-
вляла сомнений в том, что эта освещенная Солнцем пла-
нета действительно обращается вокруг него. Наконец,
множество невидимых глазом звезд во всех уголках
звездного неба и особенно удивительная звездная рос-
сыпь, составляющая Млечный Путь, — разве все это не
подтверждало учение Бруно о «бесчисленных солнцах»
и «бесчисленных землях»? С другой стороны, темные
пятна, увиденные Галилеем на поверхности Солнца,
опровергали учение Аристотеля и других древних фило-
софов о «неприкосновенной чистоте небес». Небесные
тела оказались похожими на Землю, а это сходство зем-
ного и небесного заставляло постепенно отказаться от
ошибочного представления о Солнце как центре всего
Мироздания.
Современник и друг Галилея, Иоганн Кеплер, уточ-
нил законы движения планет, а великий Исаак Ньютон
доказал, что все тела во Вселенной независимо от раз-
меров, химического состава, строения и других свойств
взаимно тяготеют друг к другу. Космология Ньютона
вместе с успехами астрономии в XVIII и XIX веках
определила то мировоззрение, которое иногда называют
классическим. Суть его сводится к следующему.
Вселенная бесконечна в пространстве и во времени.
Иначе говоря, она вечна. Основным законом, управляю-
щим движением и развитием небесных тел, является за-
кон всемирного тяготения. Пространство никак не свя-
зано с находящимися в нем телами. Оно играет лишь
«3
пассивную роль «вместилища» для небесных тел. Исчез-
ни вдруг все они, пространство и время сохранилось
бы неизменным. Количество звезд, планет и звездных
систем во Вселенной бесконечно велико. Каждое небес-
ное тело проходит длительный путь жизни. И на смену
погибшим или, точнее говоря, погасшим звездам вспы-
хивают новые, молодые солнцеподобные светила. Хотя
детали возникновения и гибели небесных тел оставались
неясными, еще в начале текущего века господствовала
уверенность, что бесконечности Вселенной в простран-
стве гармонично соответствует ее вечность во времени.
Важно подчеркнуть, что, по классическим представ-
лениям, рождение и гибель миров в целом не изменяет
облик структуры Вселенной. Ныне, миллиард лет назад,
спустя биллионы лет в будущем она останется, в сущ-
ности, одной и той же. Неизменность космоса как бы
подчеркивала бренность, непостоянство всего земного.
Первая брешь в этой спокойной классической космо-
логии была пробита еще в XVIII веке. В 1744 году
астроном Р. Шезо, известный открытием необычной
«пятихвостовой» кометы, высказал сомнение в простран-
ственной бесконечности Вселенной. В ту пору о сущест-
вовании звездных систем и не подозревали, а потому
рассуждения Шезо касались только звезд.
Если предположить, утверждал Р. Шезо, что в бес-
конечной Вселенной существует бесчисленное множест-
во звезд и они распределены в пространстве равномер-
но, то тогда по любому направлению взгляд земного на-
блюдателя непременно натыкался бы на какую-нибудь
звезду. Легко подсчитать, что небосвод, сплошь, непре-
рывно усеянный звездами, имел бы такую поверхност-
ную яркость, что даже Солнце на его фоне выглядело
бы черным пятном! Независимо от Шезо в 1823 году к
таким же выводам пришел известный немецкий астро-
ном Ф. Ольберс. Это парадоксальное утверждение полу-
чило в астрономии наименование фотометрического па-
84 радокса Шезо—Ольберса. Таков был первый космоло-
гический парадокс, поставивший под сомнение бесконеч-
ность Вселенной.
Избавиться от него пытались по-разному. Можно
допустить, например, что звезды распределены в по-
странстве неравномерно. Но тогда в некоторых направ-
лениях на звездном небе было бы видно мало звезд,
а в других, если звезд бесчисленное множество, их сово-
купная яркость создавала бы бесконечно яркие пятна,
чего, как известно, нет. Когда открыли, что межзвезд-
ное пространство не пусто, а заполнено разреженными
газово-пылевыми облаками, некоторые ученые стали
считать, что такие облака, поглощая свет звезд, избав-
ляют нас от фотометрического парадокса. Однако в 1938
году академик В. Г. Фесенков доказал, что, поглотив
свет звезд, газово-пылевые туманности вновь переизлу-
чают поглощенную ими энергию, а это не избавляет нас
от фотометрического парадокса.
В конце XIX века немецкий астроном К. Зеелигер
обратил внимание и на другой парадокс, неизбежно вы-
текающий из представлений о бесконечности Вселенной.
Нетрудно подсчитать, что в бесконечной Вселенной с
равномерно распределенными в ней небесными телами
сила тяготения со стороны всех тел Вселенной на дан-
ное тело оказывается бесконечно большой или неопреде-
ленной. Результат зависит от способа вычисления, при-
чем в этом случае относительные скорости небесных
тел могли быть бесконечно большими. Так как ничего
похожего в космосе не наблюдается, К. Зеелигер сделал
вывод, что количество небесных тел ограничено, а зна-
чит, Вселенная не бесконечна.
Парадоксы Зеелигера и Шезо—Ольберса подрывали
уверенность в бесконечности Вселенной. Одно время ка-
залось, что выход из затруднения найден. Предполо-
жим, что звезды образуют звездные системы — галак-
тики, те, в свою очередь, — сверхгалактики и так далее
до бесконечности. В такой модели Вселенной, предло-
женной астрономами Ламбертом и Шарлье, Мирозда-
85
ние состоит из лестницы, или, как еще говорят, иерар-
хии материальных систем разных масштабов. Если счи-
тать, что, двигаясь вверх по такой «лестнице», мы пере-
ходим к системам, средняя плотность вещества в кото-
рых постепенно и по определенному закону убывает,
можно доказать, что в подобной «иерархической» Все-
ленной, несмотря на ее бесконечность, оба парадокса
будут отсутствовать.
Уже в текущем веке изучение галактик показало, что
на самом деле, по крайней мере в пределах доступной
нам части Мироздания, Вселенная не соответствует схе-
ме Ламберта — Шарлье.
Космологические парадоксы оставались неразрешен-
ными до двадцатых годов нашего столетия, когда на
смену классической космологии пришла теория конеч-
ной и расширяющейся Вселенной. Но этой коренной пе-
реоценке ценностей предшествовали великие открытия
современной астрономии.
Угроза
„тепловой смерти"
[	\ Мир полон энергии. Куда бы мы ни обратили
[	) взгляд, она встречается буквально повсюду.
\ J Энергия мышц глаза заставляет ваши глаза
X----S пробегать строчку за строчкой этой книги.
Лампа, освещающая стол, льет потоки света за счет
электрической энергии, которая раскалила ее металличе-
скую нить. В зимние вечера потоки тепла переходят
от комнатных батарей, согревая жилище. Химическая
энергия бензина в работающих двигателях внутреннего
сгорания превращается в механическую энергию различ-
ных механизмов и заставляет, в свою очередь, двигать-
ся сам автомобиль. Свет его фар — преобразование хи-
86 мической энергии аккумуляторов, а их подзарядка идет
за счет механического движения частей генератора.
В солнечных батареях, употребляемых в космонавти-
ке, световая энергия солнечных лучей переходит в элек-
трическую. Та же энергия солнечного излучения в неда-
леком будущем начнет использоваться для космических
аппаратов с «солнечными парусами». Но энергия про-
является не только в движущихся телах. Камень, кото-
рый вы подняли и держите неподвижно в руке, также
обладает запасом скрытой, потенциальной энергии. Уро-
ните его, и если камень тяжелый, он произведет раз-
рушения на почве — явное проявление скрытой энергии
камня. А какая энергия таится в неподвижных запа-
сах химических или, тем более, ядерных взрывчатых
веществ. Да и вообще любой предмет, любой кусок ве-
щества при соединении с антивеществом, а это в прин-
ципе возможно, способен превратиться в мощный поток
излучения.
В середине прошлого века был открыт великий за-
кон Природы — закон сохранения энергии: при всех
своих превращениях из одного вида в другой энергия
не исчезает и не возникает из ничего. Общее количест-
во энергии остается постоянным.
Этот закон, множество раз проверенный опытом,
практикой, и ныне считается основным законом При-
роды.
Казалось бы, из него неизбежно вытекает следствие
о вечном круговороте материи во Вселенной. В самом
деле, если в Природе при всех своих изменениях мате-
рия, то есть та реальность, из которой состоит мир, не
исчезает и не возникает из ничего, а лишь переходит из
одной формы существования в другую, то Вселенная
вечна и материя, ее составляющая, пребывает в вечном
круговороте. Таким образом, погасшие звезды снова
превращаются в источник света и тепла. Никто, конеч-
но, не знал, как это происходит, но убеждение в том, что
Вселенная в целом всегда одна и та же, было в прошлом
веке почти всеобщим.	87
Тем неожиданнее прозвучал вывод из так называе-
мого второго закона термодинамики, открытого в сере-
дине прошлого века английским физиком Вильямом Том-
соном (лордом Кельвином) и немецким физиком Ру-
дольфом Клаузиусом.
Термодинамика — раздел физики, изучающий при-
роду тепловых процессов и различные превращения теп-
ловой энергии. То, что тепловая энергия, как и другие
виды энергии, не исчезает при своих превращениях и не
возникает из ничего, есть частное выражение общего за-
кона сохранения энергии. В такой формулировке он на-
зывается первым законом термодинамики. Второй же ее
закон говорит не о количестве энергии, а о ее качестве,
или, точнее, об обесценивании энергии.
Второй закон термодинамики состоит в том, что при
всех превращениях различные виды энергии в конечном
счете переходят в тепло, которое, будучи предоставлено
себе, рассеивается в мировом пространстве. Так как та-
кой процесс рассеяния тепла необратим, то рано или
поздно все звезды погаснут, все активные процессы в
Природе прекратятся и Вселенная превратится в мрач-
ное замерзшее кладбище. Наступит состояние, которое
Клаузиус назвал «тепловой смертью»-Вселенной.
В ходе рассуждений о «тепловой смерти» Клаузиус
ввел некоторую математическую величину, названную
им энтропией. В буквальном переводе с греческого язы-
ка «энтропия» означает «обращение внутрь», то есть за-
мыкание в себе, «неиспользование». По существу же эн-
тропия есть мера беспорядка в какой-либо системе тел.
Чем больше беспорядок, тем больше и энтропия. По ут-
верждению Клаузиуса, энтропия всюду в мире в конеч-
ном счете только возрастает. Мир неуклонно стремится
к полному беспорядку, его энтропия стремится к мак-
симуму.
«Чем больше Вселенная приближается к этому пре-
дельному состоянию, в котором энтропия достигнет сво-
88 его максимума, тем меньше поводов к дальнейшим из-
менениям, — писал Клаузиус. — А если бы это состоя-
ние было наконец вполне достигнуто, то прекратились
бы все изменения, и Вселенная застыла бы среди вечно-
го покоя. Хотя настоящее состояние Вселенной пока что
еще очень далеко от этого предела и хотя приближение
к нему происходит так медленно, что все промежутки
времени, с которыми имеет дело история, представляют-
ся лишь кратким мгновением по сравнению с теми чрез-
вычайно огромными периодами времени, какие требова-
ла Вселенная даже для очень небольших перемен, —
но все же остается важным наш основной вывод. Найден
закон Природы, дающий нам возможность уверенно за-
ключить, что во Вселенной нет всеобщего круговорота,
что она все дальше и дальше меняет свое состояние в оп-
ределенном направлении и приближается таким образом
к известному пределу... Можно оба главных положения
механической теории теплоты сформулировать как ос-
новные законы Вселенной в следующей простой форме:
1. Энергия мира постоянна. 2. Энтропия мира стремит-
ся к максимуму».
Ошеломляющее впечатление, произведенное на есте-
ствоиспытателей прошлого века вторым законом термо-
динамики, было особенно сильно еще и потому, что во-
круг себя, в окружающей нас Природе они не видбли
фактов, его опровергающих. Наоборот, все, казалось,
подтверждало мрачные прогнозы Клаузиуса.
Конечно, есть в Природе и антиэнтропийные процес-
сы, при которых беспорядок, а стало быть и энтропия,
уменьшаются. Таковы, например, процессы, происходя-
щие в органическом мире, в частности в человеческой
деятельности. Строительство жилищ, бурное развитие
техники и многое другое, что делает человек, как будто
противоречит знаменитому «второму началу». Однако
при более глубоком рассмотрении ситуации всегда ока-
зывается, что уменьшение беспорядка в одном месте не-
избежно сопровождается его увеличением в другом. Бо-
лее того, возникший по вине человека беспорядок зна- 89
чительно превосходит тот порядок, который он внес
в Природу, так что в конечном счете энтропия и тут
продолжает расти. В дни всеобщего экологического и
энергетического кризиса, угрожающего человечеству,
этот вывод особенно убедителен.
Но с другой стороны, встать на позицию Клаузиу-
са — это значит признать, что Вселенная имела когда-то
начало и неизбежно будет иметь конец. Действительно,
если бы в прошлом Вселенная существовала вечно, то
в ней давно наступило бы состояние тепловой смерти,
а так как этого нет, то, по убеждению Клаузиуса и мно-
гих его современников, Вселенная была сотворена
сверхъестественной силой сравнительно недавно. А в бу-
дущем, если не случится какое-нибудь чудо, Вселенную
ждет тепловая смерть.
Совершенно ясно, что ни один материалист не мог
согласиться с подобной точкой зрения. Современник
Клаузиуса Фридрих Энгельс в «Диалектике Природы»
писал: «Клаузиусом проблема уменьшения теплоты не
решена, а только поставлена, и это преподносится как
решение...» Излучаемая в мировое пространство теплота
должна, по мнению Энгельса, каким-то путем, устано-
вить который предстоит в будущем естествознанию, пре-
вратиться в другую форму движения, в которой она
может снова накопиться и начать функционировать.
И далее Энгельс добавляет: «Говорить, будто материя
за все время своего бесконечного существования име-
ла только один раз — и то на ничтожно короткий по
сравнению с вечностью срок — возможность дифферен-
цировать свое движение и таким образом развернуть все
богатство этого движения и что до этого и после этого
она навеки обречена довольствоваться простым переме-
щением — это все равно, что утверждать, будто материя
смертна и движение преходяще» 1. 1
1 Ф. Энгельс. Диалектика Природы. М., Политиздат, 1955,
с. 18.
90
На опровержение второго закона термодинамики бы-
ли брошены силы всех материалистически мыслящих
крупных ученых. В самом конце прошлого века, в 1895
году, немецкий физик Людвиг Больцман предложил
свою вероятностную трактовку «второго начала». По
его гипотезе, возрастание энтропии происходит потому,
что состояние беспорядка всегда более вероятно, чем са-
моорганизация порядка. Если, скажем, в джунглях Юж-
ной Америки путешественник находит полуразрушен-
ные здания древнего, покинутого ныне города, естествен-
но можно предположить, что эти здания возникли из
каких-то камней не сами собой, а были когда-то кем-то
построены. Наоборот, постепенное разрушение таких
заброшенных зданий есть весьма вероятный процесс пе-
рехода от порядка к беспорядку.
Неуклонный рост энтропии вызван закономерным и
весьма вероятным переходом от порядка к беспорядку.
Это, однако, не означает, что процессы противоположно-
го характера, то есть самопроизвольные с уменьшением
энтропии, абсолютно невозможны. Они в принципе воз-
можны, хотя и крайне маловероятны.
Всюду мы наблюдаем, как тепло от более горячего
тела переходит к более холодному. Однако в принципе
возможно и другое: кусок льда, брошенный в печь, уве-
личит ее жар. Не исключено и такое событие, что все
молекулы воздуха в вашей комнате соберутся вдруг в
одном ее углу,и и вы погибнете от удушья. Наконец, воз-
можно и такое, что обезьяна, посаженная за пишущую
машинку, случайно выступит пальцем какой-нибудь со-
нет Шекспира.
Все эти события возможны, но вероятность их близ-
ка к нулю. Такова же, если верить Больцману, вероят-
ность существования нас с вами. Уточним его мысль.
Больцман не сомневался, что Вселенная бесконечна в
пространстве и времени. В основном и почти всегда она
пребывает в состоянии тепловой смерти. Однако иногда
в некоторых ее районах возникают крайне маловероят- 91
ные отклонения (флуктуации) от обычного состояния
Вселенной. К одной из них принадлежит Земля с ее на-
селением и весь видимый нами космос. На Земле, а мо-
жет быть и где-то еще в космосе, создались условия,
благоприятные для возникновения и развития жизни
вплоть до стадии «мыслящих существ». Но это лишь
случайное и крайне маловероятное отклонение от нормы.
В целом же Вселенная по Больцману — безбрежный
мертвый океан с некоторым количеством островков
жизни.
Мрачная гипотеза Больцмана хотя и подвергла сом-
нению всеобщность и строгую обязательность «второго
начала», но она не смогла удовлетворить оптимистиче-
ски мыслящих ученых. К тому же и расчеты показали,
что возникновение такой гигантской в пространстве флу-
ктуации, как наблюдаемый нами космос, где температу-
ры доходят до миллионов градусов, практически равна
нулю. С философской же стороны гипотеза Больцмана
неприемлема прежде всего потому, что материя в ней
фактически всегда пребывает в состоянии тепловой
смерти.
Известный советский физик К. П. Станюкович для
объяснения термодинамического парадокса, как иногда
именуют вывод о тепловой смерти Вселенной, попробо-
вал применить теорию множеств. По его гипотезе бес-
конечная в пространстве и времени Вселенная должна
проходить в процессе своего развития через бесчислен-
ное множество внутренних состояний, причем это мно-
жество обладает мощностью континуума. Тогда такие
состояния Вселенная не может пройти за какое-то ко-
нечное время. И хотя энтропия всегда возрастает, она
никогда не достигнет максимума, а значит, Вселенная
никогда не придет к состоянию тепловой смерти. Похо-
жие взгляды развил и другой советский физик,
И. Р. Плоткин.
Известные советские физики Л. Д. Ландау и
92 Е. М. Лифшиц доказали, что любая замкнутая систе-
ма может достичь максимума энтропии лишь при посто-
янных, неизменных внешних условиях. Между тем гра-
витация как свойство четырехмерного пространства —
времени повсюду во Вселенной весьма непостоянна. От-
сюда также следует, что Вселенная никогда не придет
к состоянию мертвого равновесия.
«Второе начало» термодинамики, по существу, утвер-
ждает необратимость всех процессов в Природе. Это
означает, что Природа развивается, никогда не повто-
ряя свои предшествующие состояния. Следовательно,
Вселенная в том виде, в каком мы ее знаем, вышла из
какого-то иного, неизвестного нам состояния материи и
перейдет со временем в какие-то другие формы сущест-
вования. Вполне возможно, что для таких форм нынеш-
ние, известные нам законы Природы окажутся неприме-
нимыми, но это вовсе не означает смерть Вселенной,
а лишь завершение одного из этапов развития материи.
Вселенная
расширяется
®Три космологических парадокса: фотометри-
ческий, гравитационный и термодинамиче-
ский — заставили некоторых ученых серьезно
усомниться в бесконечности и вечности Все-
ленной. Эти парадоксы, видимо, психологически подго-
товили и Альберта Эйнштейна в 1917 году выступить
с гипотезой о конечной, но безграничной Вселенной.
Предположим, что вещество, составляющее планеты,
звезды и звездные системы (галактики), равномерно
рассеяно по всему мировому пространству. Тем самым
мы допускаем, что Вселенная всюду однородна и к тому
же изотропна, то есть во всех направлениях имеет оди-
наковые свойства. Будем считать, что средняя плотность
вещества во Вселенной выше так называемой критиче-
93
ской плотности, которая равна 10'29г/см3 1. Если все
эти требования соблюдены, мировое пространство, как
это доказал Эйнштейн, замкнуто и представляет собой
четырехмерную сферу, для которой, как уже говорилось,
верна не привычная школьная геометрия Евклида, а
странная на первый взгляд геометрия Римана.
Объем такой «Вселенной Эйнштейна» может быть
выражен хотя и очень большим, но все же конечным ко-
личеством кубометров, подобно тому как площадь по-
верхности любой сферы равна конечному числу квадрат-
ных метров. В принципе возможно облететь всю замкну-
тую Вселенную, двигаясь все время в одном и том же
направлении. Такое воображаемое путешествие подобно
земным кругосветным путешествиям. Но конечная по
объему Вселенная в то же время безгранична, как не
имеет границ поверхность любой сферы. Двигаясь в
мировом пространстве, мы никогда не достигнем каких-
либо его границ и не встретим чего-либо, отличающего-
ся от этого пространства. Вселенная, по Эйнштейну, со-
держит хотя и большое, но все-таки конечное число
звезд и звездных систем, а потому к ней парадоксы
Ольберса и Зеелигера просто неприменимы. В то же
время могильная плита тепловой смерти тяготеет и над
Вселенной Эйнштейна — такая Вселенная, конечная в
пространстве, неизбежно идет и к своему концу во вре-
мени. Вечность ей не присуща, если, разумеется, не учи-
тывать тех возражений против всеобщности и неотвра-
тимости «второго начала» термодинамики, о которых
уже говорилось.
Сила авторитета часто оказывается непреодолимой
даже для таких людей, как Альберт Эйнштейн. За два
с лишним тысячелетия до него знаменитый философ
Древней Греции Аристотель утверждал, что небеса не-
изменны и что Вселенная в целом всегда одна и та же.
„	1 Число 10 29 равно дроби, в числителе которой стоит единица,
а в знаменателе единица с 29 нулями.
В книге «О небе» Аристотель писал: «В продолжение
всего прошедшего времени, согласно летописям, заве-
щаемым потомкам от поколения к поколению, мы не на-
ходим следа изменений ни во всем удаленном небе в
целом, ни в одной из подходящих частей неба».
Учение Аристотеля о вечности небес и бренности
всего земного легло в основу средневекового мировоз-
зрения. Оно повлияло и на Эйнштейна, заставив его со-
здать теоретическую модель конечной и неизменной
Вселенной. Эйнштейн понимал, что тяготение космиче-
ских тел друг к другу в любом случае должно нару-
шить постоянство Мироздания. Поэтому в свои расчеты
он ввел гипотетическую отталкивательную силу, кото-
рая должна была обеспечить «неизменность небес».
Пять лет спустя, в 1922 году советский физик и ма-
тематик Александр Александрович Фридман на основа-
нии строгих расчетов показал, что «Вселенная Эйнштей-
на» никак не может быть стационарной, неизменной.
Она непременно должна расширяться, причем речь идет
о расширении самого пространства, то есть об увеличе-
нии всех расстояний Мира. «Вселенная Фридмана» на-
поминала раздувающийся мыльный пузырь, у которого
и радиус и площадь поверхности непрерывно увеличи-
вается.
Идея Фридмана о расширяющейся Вселенной пона-
чалу показалась Эйнштейну слишком смелой и необос-
нованной. Он даже заподозрил, что Фридман ошибся в
своих вычислениях. Однако, ознакомившись с ними бо-
лее внимательно, Эйнштейн публично признал, что
Фридман прав и мы, по-видимому, действительно живем
в расширяющемся Мироздании.
В начале двадцатых годов, когда происходила ди-
скуссия между Фридманом и Эйнштейном, существова-
ние других звездных систем, кроме нашей Галактики,
еще не было доказано. Правда, астрономы давно уже
подозревали, что многие из светлых туманных пятны-
шек, видимых в телескопы на ночном небе, представ-
95
Раздувающийся мыльный пузырь.
ляют собою очень далекие звездные системы, но пря-
мых доказательств этому не было. Лишь в 1923 году
американский астроном Хаббл при наблюдении в круп-
нейший в те времена 100-дюймовый телескоп-рефлектор
обнаружил в туманности Андромеды переменные звез-
ды, по которым и определил расстояние до нее. По оценке
Хаббла, оно было близким к 900 000 световых лет. Отсю-
да следовало, что туманность Андромеды находится да-
леко за пределами нашей звездной системы — Галакти-
ки, и представляет собой соседнюю галактику, во мно-
гом напоминающую нашу. Позже разными методами
удалось найти расстояние и до других галактик. Миро-
вое пространство оказалось заполненным множеством
звездных систем, различающихся и формой и разме-
рами.
По случайному стечению обстоятельств в том же
1917 году, когда Эйнштейн предложил ученому миру
свою модель конечной Вселенной, американский астро-
ном В. Слайфер завершил важную работу по исследова-
96 нию спектров 41-й туманности. В 36 случаях линии в их
спектрах оказались смещенными к красному концу спек-
тра, что, естественно, можно было объяснить по принци-
пу Допплера — удалением этих туманностей, или, точ-
нее, галактик, от нас. Очень редкие же галактики с фио-
летовым смещением (среди которых была и туманность
Андромеды), как выяснилось позже, принадлежат к
числу самых близких к нам звездных систем.
Когда спустя пять лет идеи Фридмана о расшире-
нии Вселенной получили широкое распространение, от-
крытие Слайфера расценили как опытное доказатель-
ство реальности раздувающегося Мира.
В 1929 году, измерив скорости разбегания 36 галак-
тик, Хаббл нашел, что эти скорости тем больше, чем
дальше от нас находится звездная система. В этом вы-
ражается знаменитый «закон Хаббла», сыгравший боль-
шую роль в дальнейшем развитии гипотезы о расши-
ряющейся Вселенной.
Не надо, конечно, думать, что Земля — это какое-то
особенно неприятное место Мироздания, от которого по-
чти все галактики стремятся улететь как можно дальше.
Наблюдаемое нами разбегание галактик есть следствие
расширения всего пространства замкнутой конечной
Вселенной. При таком расширении пространства все рас-
стояния во Вселенной увеличиваются подобно тому, как
растут расстояния между пылинками на поверхности
раздувающегося мыльного пузыря. Каждую из таких
пылинок, как и каждую из галактик, можно с полным
правом считать центром расширения.
Кроме всеобщего разбегания, вызванного расшире-
нием пространства, галактики обладают и сравнительно
небольшими собственными движениями в самом прост-
ранстве. Такие собственные движения направлены в са-
мые разные стороны, и для ближайших из галактик их
скорости превышают скорость разбегания. Вот почему не-
которые из ближайших галактик имеют фиолетовые
смещения, то есть приближаются к нам. Для удаленных
же звездных систем скорость разбегания значительно 97
7 Ф. Ю. Зигель
превосходит их собственную скорость движения в про*
странстве, и потому у далеких гал’актик никаких фиоде*
товых смещений в спектрах не наблюдается.
Дальнейшее развитие гипотеза расширяющейся Все-
ленной получила в послевоенные годы, и особенно в по-
следнее десятилетие благодаря исследованиям извест-
ных советских космологов академика Я. Б. Зельдовича
и И. Д. Новикова. Уточнены величины, характеризую-
щие скорость расширения Вселенной, рассмотрены раз-
личные варианты моделей Вселенной в зависимости от
средней плотности вещества в мировом пространстве,
а главное, достаточно подробно намечен ход эволюции
Вселенной от момента начала ее расширения.
Такое начало неизбежно должно существовать. Если
радиус Вселенной непрерывно увеличивается, то есть
все основания полагать, что в прошлом он был меньше,
чем сегодня, и что когда-то, в очень отдаленные эпохи,
он был близок к нулю. Те отдаленные времена и прини-
маются за эпоху начала расширения Вселенной, а пери-
од времени, протекший с той поры до наших дней, ус-
ловно именуют возрастом Вселенной.
Определение этой величины — задача непростая. По
закону Хаббла, скорость разбегания галактик пропор-
циональна расстоянию до них. Коэффициент пропор-
циональности, называемый постоянной Хаббла, характе-
ризует скорость расширения, а величина ему обратная
и есть возраст Вселенной.
Постоянную Хаббла измеряли много раз, но в таких
измерениях ошибки по ряду причин неизбежны. Прав-
да, чем совершеннее техника астрономических наблюде-
ний, тем точнее полученный результат.
В 1979 году известный французский астроном Жак
де Вокулёр закончил трудоемкую работу по пересмот-
ру и уточнению расстояний до многих галактик. На ос-
новании полученных им данных Вокулёр подсчитал, что
возраст Вселенной близок к 15 миллиардам лет. Именно
98 этот промежуток времени отделяет нашу эпоху от нача-
ла расширения, когда вся наблюдаемая нами Вселенная
была сжата в комочек, в миллиарды раз меньше була-
вочной головки. Если верить математическим уравнени-
ям, то в начале расширения радиус Вселенной был и
вовсе равен нулю, а ее плотность равна бесконечности.
Такое состояние принято называть сингулярным. С не-
го, утверждают сторонники гипотезы расширяющейся
Вселенной, и началась история Мироздания.
Горячее
начало * 10
( X Зная радиус Вселенной, нетрудно подсчитать
I 1^^ I ее объем. Заметим, что этот объем вычис-
k J ляется иначе, чем объем обычного шара, —
S формула другая. Результат получается таким:
объем Вселенной сегодня равен 1О70 (единица с семьюде-
сятью нулями!) кубических километров. Если принять,
что средняя плотность вещества во Вселенной равна
10-29 г/см3, получается, что общая масса доступной на-
блюдению части Вселенной в 1023 раз больше массы Солн-
ца. Так как массы других галактик в среднем близки
к массе нашей галактики, то в наблюдаемой части Все-
ленной должно находиться примерно биллион (1012) зве-
здных систем.
Конечно, эти подсчеты неточны, но они все же дают
некоторое представление о масштабах современной Все-
ленной. Сто лет назад она была меньше, чем сегодня.
Когда-то радиус Вселенной не превышал миллион свето-
вых лет. И наконец, около 15 миллиардов лет назад вся
Вселенная со всем своим веществом и излучением была
сжата в объеме, радиус которого составлял всего одну
десятибиллионную долю сантиметра, то есть Вселенная
в ту эпоху по размерам была сравнима с протоном! Плот-
ность ее соответственно была чудовищной—1093 г/см3.
99
Ближе по времени к началу расширения и размеры Все-
ленной были еще меньше, а плотность еще больше, но
средствами современной физики описать такое состояние
вещества физики не могут. Приходится излагать исто-
рию Вселенной не с нуля, с самого ее начала, а спустя
какую-то ничтожную долю секунды после начала расши-
рения. Для самого «начала» уравнения современной тео-
ретической физики теряют смысл, а плотность и темпера-
тура Вселенной обращаются в бесконечность.
Чуть-чуть спустя после «начала» при плотности
1093г/см3температура Вселенной становится равной 1032
градусов. Назвать эту микровселенную горячей мало.
В нашем языке нет слов, которые равноценно и образно
выразили бы сверхгорячее начало жизни Вселенной.
В человеческой жизни секунда — ничтожный интер-
вал времени. В жизни Вселенной первые секунды ее су-
ществования во многом определили ход всей ее дальней-
шей эволюции.
Состояла ли первичная микровселенная из знако-
мого нам вещества? Нет, конечно. Для этого слишком
высока была ее температура. Физическая основа ново-
рожденной Вселенной — излучение высокой энергии и
очень малой длины волны. Вселенная родилась как кро-
шечный, но сверхэнергичный сгусток света, понимая под
термином «свет» в данном случае все виды электромаг-
нитных излучений.
Спустя одну десятитысячную долю секунды после
«начала» плотность Вселенной снизилась до 1014г/см3,
а температура упала до нескольких биллионов градусов.
Хотя основную долю массы Вселенной по-прежнему со-
ставляет излучение, в нем появляются первые элемен-
тарные частицы вещества. Это электроны и позитроны,
рождающиеся при столкновении особенно энергичных
квантов, то есть порций лучистой энергии. Столкнове-
ния электронов и позитронов между собой в свою оче-
редь порождали новые частицы вещества — нейтрино
100 и антинейтрино. Рождались и снова исчезали, анниги-
лируя друг с другом, то есть сливаясь и превращаясь в
излучение и другие частицы вещества, например прото-
ны, антипротоны. К исходу одной стотысячной доли се-
кунды после начала образования Вселенная состояла из
смеси разных элементарных частиц и квантов света.
Когда возраст Вселенной составлял одну десятиты-
сячную секунды, ее средняя плотность была уже близка
к плотности атомных ядер. К этому времени тяжелые
частицы и античастицы уже сумели аннигилировать.
Сохранялось лишь и множилось количество нейтрино,
мельчайших, очень легких и электрически нейтральных
частиц. Это растущее «море» нейтрино изолировало
друг от друга наиболее долго живущие частицы — про-
тоны и нейтроны. Оно же обусловило превращение про-
тонов и нейтронов друг в друга и рождение электрон-
позитронных пар. Неясно, чем обусловлено последующее
преобладание в нашем мире частиц и незначительное ко-
личество античастиц. Возможно, почему-либо имела ме-
сто начальная асимметрия: число античастиц всегда бы-
ло меньше числа частиц. Не исключено, как полагают
некоторые, что благодаря неизвестному пока механизму
разделения частицы и античастицы отсортировались, об-
разовав концентрации в разных частях Вселенной. Если
это так, то где-то во Вселенной преобладают античасти-
цы, образуя антимир.
Когда возраст Вселенной достиг трети секунды, ее
плотность снизилась до 107г/см3, а температура — до
30 млрд, градусов.
К исходу первой секунды Вселенная увеличилась
до размеров, примерно в сто раз превышающих разме-
ры современной Солнечной системы, поперечник кото-
рой равен 15 млрд. км. Теперь,уже плотность ее ве-
щества составляет 1т/см3, а температура — около
10 млрд, градусов. Но еще ничто не напоминает совре-
менный космос. Отсутствуют привычные нам атомы и
атомные ядра, нет и стабильных элементарных частиц.
Всего 0,9 секунды ранее при температуре 100 млрд. 101
градусов протонов и нейтронов было поровну. Но при
снижении температуры более тяжелые нейтроны распа-
дались на протоны, электроны и нейтрино. Значит, чис-
ло протонов во Вселенной неуклонно росло, а количест-
во нейтронов уменьшалось.
Возраст Вселенной — три с половиной минуты. Тео-
ретические расчеты фиксируют для этого момента тем-
пературу в 1 млрд, градусов,и плотность уже в сто раз
меньше плотности воды. Размеры Вселенной всего за
три с половиной минуты возросли почти от нуля до 40
световых лет! 1 Создались условия, при которых прото-
ны и нейтроны стали объединяться в ядра самых легких
элементов, преимущественно водорода. Наступает неко-
торая стабилизация, и к концу четвертой минуты от на-
чала «первовзрыва» Вселенная состояла из 70% водоро-
да и 30% гелия. Вероятно, таким же был первоначальный
состав самых древних звезд. Более тяжелые элементы
возникли позже в результате тех процессов, которые со-
вершаются в звездах.
Дальнейшая история Вселенной протекала более спо-
койно, чем ее бурное, горячее начало. Темп расширения
постепенно замедлялся, температура, как и средняя
плотность, постепенно снижалась, и, когда Вселенной
исполнился миллион лет, ее температура стала настоль-
ко низкой (3500°К), что протоны и ядра атомов гелия
уже могли захватывать свободные электроны и превра-
щаться при этом в нейтральные атомы. С этого момента,
по существу, начинается современный этап эволюции
Вселенной. Возникают галактики, звезды, планеты.
В конце концов через много миллиардов лет Вселенная
стала такой, какой мы ее видим.
Возможно, некоторые из читателей, пораженные ко-
лоссальными, далекими от привычной реальности числа-
ми, подумают, что нарисованная в самых общих чертах
1 Для расширения пространства скорость света не является пре-
102 дельной.
история Вселенной есть лишь теоретическая абстракция,
далекая от действительности. Но это не так. Гипотеза
расширяющейся Вселенной объясняет разбегание галак-
тик. Она подтверждается многими современными дан-
ными о космосе L Наконец, недавно было найдено еще
одно очень убедительное опытное подтверждение сверх-
горячего состояния древней Вселенной.
Первичная плазма, которая изначально заполняла
Вселенную, состояла из элементарных частиц и квантов
излучения, или, иначе говоря, фотонов. Это был так на-
зываемый фотонный газ. Первоначально плотность из-
лучения была очень велика, но по мере расширения Все-
ленной фотонный газ постепенно охлаждался. Так ох-
лаждался бы и горячий воздух внутри какого-нибудь
непрерывно расширяющегося замкнутого объема.
Сегодня от первичного жара должны были бы ос-
таться лишь трудноуловимые следы. Энергия квантов
первичного фотонного газа снизилась до величины, отве-
чающей температуре всего нескольких градусов выше
абсолютного нуля. Ныне наиболее интенсивно первич-
ный фотонный газ должен излучать радиоволны в сан-
тиметровом диапазоне.
Таковы теоретические прогнозы. И они подтвержда-
ются наблюдениями. В 1965 году американские радио-
физики обнаружили радиоизлучение на волне 7,3 см,
которое равномерно поступало из всех точек небосвода и
не было связано с каким-нибудь отдельным космическим
радиоисточником. Неповинны в нем и земные радиостан-
ций, и помехи, порождаемые радиоаппаратурой.
Так было открыто реликтовое излучение Вселенной,
остаток ее первичного невообразимого жара. Тем самым
получила подтверждение «горячая модель» первичной
Вселенной, теоретически рассчитанная академиком
Я. Б. Зельдовичем и его учениками.
‘Дж. С и л к. Большой взрыв. М„ Мир, 1982.
103
Итак, не исключено, что Вселенная родилась в ре-
зультате мощнейшего взрыва. Из ничтожно малого по
объему, но сверхтяжелого, сверхплотного, сверхгорячего
сгустка вещества и излучения за несколько миллиардов
лет образовалось то, что ныне мы именуем космосом.
От хаоса
к космосу
f \ Первичный сверхгорячий и сверхплотный
I 1^4	) сгусток вещества и лучистой энергии мало
\ J напоминал тот первоначальный хаос, из котб-
------- рого, как полагали древние греки, сформиро-
вался мир. Но через миллион лет после первовзрыва
водород и гелий становятся нейтральными — их ядра
к этому времени обзавелись полным набором электро-
нов. Возникла смесь разреженных облаков водорода и
гелия. Создались условия, благоприятствующие форми-
рованию из хаотичной плазмы отдельных небесных тел.
Еще Ньютон пришел к заключению, что постоянное
равномерное распределение вещества во Вселенной фи-
зически невозможно:
«Если бы все вещество нашего Солнца и планет и
все вещество Вселенной, — писал он в 1662 году, — бы-
ло равномерно рассеяно по всему небу, и каждая частица
обладала бы врожденным тяготением ко всему осталь-
ному, и если бы все пространство, по которому было
рассеяно это вещество, было бы тем не менее конечным,
то все вещество на наружной стороне этого простран-
ства благодаря своему тяготению стремилось бы ко все-
му веществу, находящемуся внутри пространства, и, как
следствие, упало бы в середину полого пространства и
образовало бы там одну большую сферическую массу.
Однако если бы вещество было рассеяно по бесконечно-
104 му пространству, оно никогда не собралось бы в одну
массу: часть его могла бы собраться в одну массу, а
часть в другую, так что образовалось бы бесконечное
число больших масс, разбросанных на больших расстоя-
ниях друг от друга по всему этому бесконечному про-
странству. Так могли образоваться Солнце и неподвиж-
ные звезды».
В этих словах Ньютона четко сформулирован прин-
цип гравитационной неустойчивости. Он выражается в
том, что из равномерно распределенного облака вещества
рано или поздно за счет взаимного тяготения состав-
ляющих облако частиц возникнут более плотные сгуще-
ния.
В отличие от Ньютона, мы теперь знаем, что сгу-
щению газа в компактные массы будет противодейство-
вать упругость газа, то есть то, что называется газовым
давлением. Оно тем больше, чем плотнее сгусток. Рас-
четы показывают, что для больших масс газа сгущение
газовых облаков в отдельные тела теоретически возмож-
но. Некоторые исследователи предполагают, что даже
первичный «первоатом», из которого возникла Вселен-
ная, не был вполне однороден. Из-за этих крошечных за-
чатков неоднородности через миллион лет после «начала»
водородно-гелиевая плазма стала распадаться на отдель-
ные огромные сгущения.
Пока еще нет единой точки зрения на то, как имен-
но все это происходило. Наиболее обоснованной выгля-
дит гипотеза, разработанная академиком Я. Б. Зельдо-
вичем и его учениками.
По этой гипотезе, первоначальные сгустки плазмы
были относительно небольшими — каждый из них по
массе вряд ли превышал десять биллионов солнечных
масс. Для их дальнейшего увеличения газовое давле-
ние, конечно, не помеха — гравитация для таких
масс является господствующей силой.
Не следует думать, что первичные сгущения не-
пременно имели сферическую форму. Если в первона-
чальной плазме ее частицы двигались с некоторой ско-
105
Рождение галактик по гипотезе «блинов».
ростью, то, как показали расчеты Я. Б. Зельдовича,
при сгущении плазмы должны были возникать плоские
сгущения, напоминающие блины. Кстати сказать, по
этой причине гипотезу Я. Б. Зельдовича так и назы-
вают гипотезой «блинов».
Теоретические расчеты подтверждены моделирова-
нием подобных процессов на ЭВМ. Сжатие водородно-
106 гелиевой плазмы в «блины» неизбежно приводило
к значительному повышению их температуры. Процесс
этот вполне понятен, если вспомнить, как нагревается
ручной насос при подкачке велосипедной камеры.
Одновременно с нагреванием газа происходила и его
теплоотдача в мировое пространство. В центральных
частях «блинов» газ после их образования постепенно
остывал и распадался на сгущения меньшей массы. Так
из «блинов» возникли галактики, а внутри галактик —
отдельные звезды. Вихревые движения, появляющиеся
впервые еще в «блинах», в конечном счете привели к
осевому вращению галактик и звезд.
От разреженного к плотному — вот главная линия
развития космоса с того момента, когда Вселенная ока-
залась заполненной нейтральной водородно-гелиевой
плазмой. Такой точки зрения придерживается большин-
ство современных астрономов. Однако разработаны
эти идеи пока лишь в общих чертах и до окончательного
решения проблемы происхождения галактик, как это
признают и сами сторонники подобных взглядов, еще
далеко. Более ясной представляется рождение и жизнь
звезд.
Жизнь
звезд
[ мал. Если звезды рождаются при сгущении огром-
| ш \ ных газовых или газово-пылевых облаков,
V f J то весьма вероятно, что где-то в космосе
такой процесс происходит и сегодня, а зна-
чит, с Земли в принципе возможно увидеть самые
ранние стадии возникновения звезд. Оправдываются
ли эти теоретические прогнозы?
Еще в 1947 году астрономы заметили странные
образования, названные глобулами. На фоне звездной
россыпи Млечного Пути они выглядят как маленькие 107
круглые темные пятнышки, по своим оптическим свой-
ствам близкие к темным туманностям.
Больше всего их видно на фоне звездных облаков
созвездий Стрельца, Щита и Змееносца. В тех созвез-
диях, где фон Млечного Пути слабее, глобул меньше,
возможно, потому, что здесь их труднее обнаружить.
Дальнейшие исследования показали, что глобулы
представляют собой огромные холодные шары, состоя-
щие, по-видимому, из пыли, возможно, с некоторой
примесью газа. Наименьшие из глобул имеют попереч-
ник в 5 тысяч а. е. !, что в две тысячи пятьсот раз
больше, чем диаметр земной орбиты, и в пятьдесят раз
больше поперечника нашей планетной системы, если
считать ее границей орбиту Плутона. Самые большие из
глобул примерно в десять раз больше наименьших
из них.
Чем больше глобула, тем она прозрачнее. Возможно,
что это указывает на постепенное сжатие глобул, в ре-
зультате которого их плотность возрастает, а прозрач-
ность уменьшается.
Могут ли глобулы, сжимаясь, превратиться в
звезду?
Расчеты показали, что если глобула состоит в основ-
ном из газа с небольшой примесью пыли и если ее масса
составляет несколько солнечных масс, то глобула может
сконденсироваться в одну или несколько звезд.
Некоторые из зарубежных астрономов полагают, что
межзвездные пылевые туманности обязательно должны
конденсироваться в глобулы, а затем в звезды.
Представьте себе две пылевые частички межзвездно-
го пылевого облака. Со всех сторон на них давит излу-
чение звезд. Но в пространстве между частицами плот-
ность звездного излучения меньше — ведь здесь части-
а. е. — астрономическая единица расстояний, равная прибли-
108 женно 150 млн. км.
Глобулы на фоне газовых облаков.
цы несколько экранируют, затемняют друг друга.
В результате световое давление заставит частицы сбли-
зиться друг с другом, и пылевое облако начнет конден-
сироваться в отдельные устойчивые образования —
глобулы.
Все это, правда, пока еще гипотезы. Между самой 109
маленькой из глобул и самой крупной из звезд боль-
шой разрыв прежде всего в размерах. Как именно хо-
лодная глобула могла бы превратиться в раскаленную
звезду, пока неизвестно.
И все-таки расчеты показывают, что сгущающееся в
молодую, зарождающуюся «протозвезду» газовое обла-
ко непременно разогреется и станет излучать в прост-
ранство невидимые тепловые инфракрасные лучи. Когда
температура недр протозвезды повысится до нескольких
миллионов градусов, в ее центральных областях на-
чнутся первые ядерные реакции с легкими химически-
ми элементами — литием, бериллием и другими. Так
как количество их в протозвезде невелико, то они в ходе
ядерных реакций быстро «выгорят», и замедлившийся
было процесс сжатия протозвезды снова продолжится в
прежнем темпе.
Наконец, температура внутри протозвезды повы-
шается настолько, что вступают в действие основные
ядерные реакции, при которых или водород превра-
щается в гелий, или углерод преобразуется в азот.
Какая именно из этих реакций осуществится в дейст-
вительности, зависит от массы протозвезды. Если ее
масса сравнима с солнечной, то при температуре в
14 миллионов градусов в недрах звезды водород начнет
«перегорать» в гелий. У более же массивных протозвезд
температура в их центре возрастает до 30—34 миллио-
нов градусов, и тогда возможно превращение углерода
в азот. Становясь самосветящейся, протозвезда превра-
щается в настоящую звезду, и выделяющаяся в форме
излучения ее ядерная энергия обеспечивает звезде
весьма длительную жизнь. По расчетам получается,
что превращение протозвезды в звезду занимает мил-
лионы лет, тогда как дальнейшая ее жизнь растяги-
вается на миллиардолетия.
Поясним ход ядерных реакций в разных звез-
дах.
110 Сверхвысокие температуры звездных недр создают
условия» при которых ядра химических элементов стал-
киваются друг с другом и при этом изменяют свой
состав. На Солнце и ему подобных звездах действует
так называемая протон-протонная реакция. В ее ходе
водород постепенно преобразуется в гелий. Но при этом
за счет так называемого «эффекта упаковки» часть ве-
щества звезды преобразуется в свет» в излучение.
Солнце светит и... тает! Каждую секунду оно прев-
ращает в лучи света четыре миллиарда тонн своего
вещества. Таким количеством вещества можно было бы
загрузить 4000 железнодорожных составов по 50 ваго-
нов в каждом. И все же запасы вещества в Солнце
столь велики» что за миллиарды лет оно «похудеет»
лишь на несколько процентов своей первоначальной
массы.
Таковы же причины свечения и других звезд. При
«упаковке» тяжелых ядер элементов из более легких
вещество звезды переходит в излучение. Каждая звезда
представляет собой» таким образом» самосветящийся при-
родный механизм» который способен работать беспере-
бойно миллиарды лет. Как же все-таки протекает жизнь
звезд?
Даже при самом поверхностном взгляде на звезд-
ное небо легко заметить» как многообразен мир звезд.
Они прежде всего различаются блеском и окраской.
Разумеется» видимый блеск сам по себе еще не говорит
о том» какое количество света испускает в пространство
какая-нибудь звезда. Вот если бы все звезды были уда-
лены от Земли на одинаковое расстояние» тогда вопрос
«кто есть кто» решался бы сразу — более яркие звезды
оказались бы и более мощными излучателями. В реаль-
ной же обстановке приходится сначала определять
расстояние до звезды» а затем по ее видимой яркости
и известному расстоянию вычислять настоящую свети-
мость звезды» то есть количество излучаемой звездной
лучистой энергии.
Доказано» что чем массивнее звезда» тем больше
111
ее светимость. Массы же звезд не могут быть какими
угодно. Если, скажем, тело имеет массу, в десятки раз
меньшую, чем Солнце, то температура в его недрах
недостаточна для возникновения ядерных реакций.
Тело с подобной массой никогда не станет самосве-
тящимся, а значит, не превратится в звезду. Такова
участь крупнейшей планеты Солнечной системы Юпите-
ра, по своей массе явно «не дотянувшей» до звезды.
Есть, по-видимому, и верхняя граница звездных
масс. Во всяком случае, во Вселенной крайне редко
встречаются звезды с массой в десятки раз большей,
чем у Солнца. Размеры звезд весьма различны — от
сверхгигантов, диаметр которых превосходит диаметр
земной орбиты, до карликовых, так называемых ней-
тронных звезд, поперечник которых около десятка ки-
лометров.
Чтобы изобразить на рисунке все многообразие типов
звезд, начертим график. По его вертикальной оси отло-
жим светимость звезд (светимость Солнца принимается
за единицу), а по горизонтальной — температуры по-
верхности звезд. Зная светимость звезды и ее темпера-
туру, можно на такой график нанести звезду в виде
точки. Практически на график наносят не все, а лишь ти-
пичные звезды.
В верхней части графика видна группа сверхгиган-
тов — очень массивных звезд. Температуры их различ-
ны, но светимость огромна. Слева направо и вниз идет
так называемая главная последовательность звезд, к
которой принадлежит и наше Солнце — скромная желтая
небольшая звезда. Под главной последовательностью
параллельно ей располагается группа субкарликов.
Массы (а стало быть, и светимость) их меньше, чем у
соответствующих звезд главной последовательности.
От главной последовательности в правый угол графи-
ка ответвляется ветвь красных гигантов — огромных и
холодных красных звезд. Особняком выделяется группа
112 белых карликов — маленьких, горячих звезд.
Диаграмма Герцшпрунга — Рессела.
Впервые такой график, только в упрощенном виде,
был в начале века составлен независимо друг от друга
голландским астрономом Э. Герцшпрунгом и американ-
ским астрономом Г. Ресселом. График получил название
диаграммы Герцшпрунга — Рессела. В первоначальном
варианте диаграмма состояла лишь из главной последо-
вательности и красных гигантов. Об остальных типах
звезд почти ничего не было известно. Вот тогда и появи-
лось истолкование диаграммы Герцшпрунга—Рессела.
Звезда начинает свою жизнь в виде красного гиганта.
При сжатии он уменьшается в размерах и разогревается,
двигаясь по диаграмме справа налево. Став постепенно
голубой и горячей, звезда достигает высшей точки своего
развития. Дальнейшее сжатие звезды уже не в состоянии
компенсировать расходы ее энергии на излучение. Звезда
начинает стареть и, постепенно скатываясь вдоль глав-
ной последовательности слева направо и вниз, превра-
щается в красного карлика, а затем и угасает.
Читатель, вероятно, заметил, что в этой схеме эволю-
ции источником энергии звезд ^читается их непрерывное
сжатие. Такая точка зрения на жизненный путь звезд
господствовала вплоть до начала второй мировой войны.
Когда же выяснилось, что сжатие звезды явно недоста-
точный источник для ее свечения, а в звездах действуют
ядерные реакции, картина эволюции звезд изменилась.
По современным представлениям, диаграмма Герцшпрун-
га—Рессела указывает лишь состояния, через которые в
ходе своей жизни проходят разные звезды. Сами же эво-
люционные пути, или, как их называют, треки, звезд
весьма сложны, разнообразны, и единого, общего для
всех звезд эволюционного пути не существует.
Как сложится дальнейшая судьба Солнца? Вступив
на главную последовательность из стадии протозвезды,
Солнце способно стабильно существовать на ней около
10 миллиардов лет. Половина этого срока Солнцем уже
прожита, и прожита не зря. Оно обзавелось планетной
114 системой и на одной из планет породило жизнь,
достигшую высших, разумных форм. То, что мы — дети
Солнца и своим появлением и всей своей жизнью обяза-
ны его лучистой, в сущности, ядерной энергии, давно
уже стало общеизвестной истиной.
Примерно через пять миллиардов лет в центре
Солнца за счет протон-протонной реакции образуется
гелиевое ядро, составляющее 10—12% от его массы.
В этой стадии водород будет превращаться в гелий лишь
в слое, примыкающем к очень горячему гелиевому
ядру. Само же ядро, постепенно сжимаясь и разогре-
ваясь, достигнет такого состояния, при котором гелий
начнет (при температуре больше 15 млн. градусов)
превращаться в углерод. Наступит эра коренной пере-
стройки Солнца. Оно сойдет с главной последователь-
ности и постепенно начнет раздуваться, распухать и пре-
вращаться в красного гиганта. За несколько десятков
тысяч лет его внешняя оболочка пройдет через орбиту
Земли, превратившись, таким образом, в так называе-
мую планетарную туманность. На месте же Солнца оста-
нется его ядро — горячая белая звезда, или белый
карлик. Когда это случится, температура на Земле
сначала возрастет до тысячи градусов, а потом посте-
пенно начнет уменьшаться до абсолютного нуля.
Такой финал неизбежен — состояние белого карлика
есть одно из конечных стадий в развитии звезд. Рано
или поздно всякий белый карлик превратится в темное,
несамосветящееся тело, своеобразный труп когда-то
сиявшей звезды. Так рисует современная теория
звездной эволюции будущее Солнца и ему подобных
звезд с массой, не более чем в 1,5 раза превышающей
солнечную. Изложенная схема есть результат кропот-
ливых расчетов, в которых помощь ЭВМ оказалась
очень существенной.
Если масса звезды уступает солнечной, ее эволю-
ция растягивается на сроки, превосходящие возраст
нашей Галактики. Практически такие звезды стабиль-
ны, ничего особенного с ними не происходит, и они 115
Планетарная туманность в созвездии Лиры.
постепенно остывают от стадии оранжевой небольшой
звезды до погасшего звездного трупа.
Гораздо интереснее и драматичнее складывается
судьба тех звезд, которые значительно массивнее
Солнца.
Представим себе звезду, масса которой больше полу-
тора, но меньше двух солнечных масс. Такие звезды на
последних этапах своей эволюции теряют устойчивость
и взрываются подобно ядерной бомбе. Сразу огово-
римся, что масштабы взрыва звезды не идут ни в ка-
116 кое сравнение со взрывами чудовищных изобретений
человеческой цивилизации. При взрыве звезд, о кото-
рых идет речь, выделяется энергия, в невообразимо
большое количество раз превышающая энергию самой
мощной водородной бомбы.
С Земли в такой момент видно, как на небе внезап-
но вспыхнула и разгорелась какая-то незнакомая звезда.
По старинной традиции подобные звезды называют
новыми, а если масштабы взрыва очень велики — сверх-
новыми звездами. Посверкав некоторое время на звезд-
ном небе, новые и сверхновые звезды постепенно по-
гасают. В некоторых случаях звезда как бы провали-
вается в черную бездну звездного неба и исчезает из
поля зрения земных исследователей. В других случаях
удается или различить бывшие сверхновые звезды в
виде очень слабосветящихся объектов, или зафиксиро-
вать приходящее на Землю из таких мест слабое радио-
излучение. При взрыве звезда выбрасывает в окружаю-
щее пространство газовые оболочки, которые, расши-
ряясь во все стороны, постепенно рассеиваются в миро-
вом пространстве. Классический пример — знаменитая
Крабовидная туманность в созвездии Тельца, образо-
вавшаяся при взрыве сверхновой звезды в 1054 году.
Сам же остаток сверхновой звезды виден и поныне
как крохотная звездочка в центре туманности.
Трудно с полной определенностью сказать, что
именно приводит звезду к взрыву. По одной из гипотез,
взрыв наступает тогда, когда в центре массивной звез-
ды в итоге ядерных реакций образуется железное ядро.
Это может случиться уже после того, как в звезде «вы-
горят» более легкие элементы и звезда начнет сильно
сжиматься, разогревая свои недра до нескольких мил-
лиардов градусов. На этой стадии развития главным
источником энергии становится гравитационное сжа-
тие, которому уже не в состоянии противостоять газо-
вое давление. Звезда сжимается и превращается в
крошечную сверхплотную, так называемую нейтронную
звезду. Звезда при этом бурно вспыхивает и сбрасы-
117
Крабовидная туманность.
вает в пространство газовые оболочки. Они-то и прев-
ращаются в туманности типа Крабовидной.
Нейтронные звезды — одни из самых удивительных
объектов космоса. Их поперечник близок к 10 км, по-
этому на территории Москвы могли бы разместиться де-
сятки нейтронных звезд. Плотность нейтронной звез-
ды столь велика, что один кубический сантиметр ее
вещества весит миллиард тонн. Так как нейтронная
звезда образовалась при сжатии вращающейся массив-
ной звезды, то по законам механики звезда начинает
очень быстро вращаться с периодом в секунду или даже
доли секунды. Нейтронные звезды обладают очень
мощным магнитным полем, превосходящим магнитное
118 поле Земли в биллионы раз.
Всякая нейтронная звезда состоит из самых тяже-
лых, устойчивых элементарных частиц — нейтронов и
гиперонов. В сущности, она напоминает исполинское
атомное ядро, перенасыщенное нейтронами. Строение
нейтронной звезды необычно. Под сравнительно тон-
кой, внешней, плазменной оболочкой располагается
твердая кора, прочность которой гораздо выше прочно-
сти стали. Иногда она по разным причинам сотрясается,
что позволяет астрономам употреблять термин «звездо-
трясение». Ниже под твердой корой находится слой
из сверхпроводящей и сверхтекучей «жидкости», состоя-
щей из протонов и нейтронов. Ядро нейтронной звезды
при температуре в миллиард градусов имеет плотность
1015 г/см3. Здесь господствуют условия, при которых
проявляются весьма редкие свойства вещества.
Вращаясь, нейтронные звезды излучают электромаг-
нитные волны всевозможной длины. В некоторых слу-
чаях узкие потоки излучения похожи на прожектор
вращающегося маяка. Периодически такой прожектор
как бы освещает Землю, астрономы фиксируют весьма
короткопериодические колебания в излучении нейтрон-
ной звезды (самый короткий период зафиксирован у
нейтронной звезды в центре Крабовидной туманно-
сти — всего 0,3 сек!). В таких случаях нейтронные звез-
ды называют пульсарами, так как их излучение как бы
пульсирует. Открытие первых пульсаров состоялось в
1967 году, а уже к настоящему времени известно более
ста пятидесяти пульсаров.
Конечная судьба любого пульсара похожа на судьбу
других звезд. Постепенно вращение пульсара замед-
лится, излученная им энергия рассеется безвозвратно в
пространстве, и снова жизнь звезды окончится естест-
венной смертью — полным истощением всех видов внут-
ренней энергии.
Самая любопытная и необычная судьба складывает-
ся у звезд, масса которых более чем вдвое превосходит
массу Солнца. Когда в такой звезде иссякнут поддер-
119
живающие ее излучение ядерные реакции, звезда начи-
нает неограниченно сжиматься, как бы раздавленная
собственной тяжестью. Теоретически такое сжатие мо-
жет продолжаться до тех пор, пока звезда не превратится
в точку.
В космонавтике известна вторая космическая ско-
рость. Так называют ту минимальную скорость, до ко-
торой надо разогнать тело, например ракету, чтобы она
навсегда покинула Землю и улетела от нее в бесконеч-
ность по параболе. Эта скорость равна 11,2 км/сек.
Она зависит от массы Земли и ее радиуса. Если, сохра-
няя массу Земли, уменьшать ее радиус, то вторая
космическая скорость будет быстро расти. Когда радиус
Земли станет равным 0,44 сантиметра, вторая косми-
ческая скорость сравняется со скоростью света. Радиус
тела, соответствующий такой ситуации, называется его
гравитационным радиусом. Для Земли, как видите, он
близок к половине сантиметра, для Солнца — к трем
километрам.
Если радиус тела станет равным или меньше гра-
витационного, никакое излучение покинуть его не в
состоянии, и тело превратится в то, что физики называ-
ют «черной дырой». Подобное тело ничего не излучает,
увидеть мы его тоже не можем, и лишь гравитационное
поле (или электрический заряд) черной дыры способно
обнаружить ее существование.
Неограниченное сжатие тел получило название
гравитационного коллапса. Звезды с массой, вдвое и бо-
лее превышающие массу Солнца, неизбежно приходят
в неустойчивое состояние и, пережив коллапс, превра-
щаются в черную дыру.
Свойства черных дыр очень необычны. Из-за сверх-
сильных гравитационных полей расчеты приходится ве-
сти на основе общей теории относительности.
Их результаты поражают наше воображение. Для
земного наблюдателя процесс коллапса растягивается
120 на вечность, то есть, теоретически говоря, конца его он
никогда не увидит. Для него коллапсирующая звезда
никогда не достигнет своего гравитационного радиуса,
а будет к нему приближаться сначала стремительно,
а потом все медленнее и медленнее. Иначе говоря,
звезда будет стремиться к гравитационному радиусу
асимптотически, то есть неограниченно приближаясь к
цели, но не достигая ее.
Иную картину увидит наблюдатель на поверхности
спадающейся внутрь звезды. По его часам пройдут
лишь считанные секунды, за которые звезда сожмется
в точку,— вот где зависимость скорости течения време-
ни от выбора системы отсчета проявляется особен-
но ярко.
Черные дыры, или коллапсары, как их иногда назы-
вают, увидеть нельзя. Но есть случаи, когда их сущест-
вование все же можно обнаружить. Представьте себе
двойную звезду, один из компонентов которой пред-
ставляет собой коллапсар. Этот коллапсар будет заса-
сывать в себя межзвездные газы, которые образуют
вокруг коллапсара светящиеся ореолы. Кроме видимого
глазом света, такие падающие в черную дыру газовые
облака начнут излучать невидимые рентгеновские лучи.
Недавно открыто значительное количество космических
источников рентгеновского излучения. Не исключено,
что некоторые из них порождены коллапсарами, однако
прямых доказательств этому пока нет.
Конечная судьба черных дыр неясна. Доказано, что
они постепенно разрушаются, но за сроки, мало чем от-
личающиеся от вечности. Впрочем, прежде чем гадать
о формах «смерти» черных дыр, следует хотя бы одну
из них обнаружить в Природе.
Звезды составляют главную часть наблюдаемого
нами космоса. Если до сих пор не прекращаются споры
о том, как именно рождаются звезды, то бесспорно, что
звезды не вечны. Это временная форма существования
материи. Зарядившись когда-то при своем рождении
огромными запасами внутренней энергии, они всю свою 121
остальную жизнь невозвратимо растрачивают ее, чтобы
в конце концов прийти к полному энергетическому
краху.
Что ждет
Вселенную?
Будущее расширяющейся Вселенной зави-
сит от величины средней плотности вещества
в окружающем нас мировом пространстве.
Если подсчитать массу галактик, доступных
наблюдению, и распределить эту массу на весь объем
изученной части Вселенной, то получится величина,
равная 10'31 г/см3. Это почти пустота, так как в лучших
технических вакуумных устройствах степень разрежения
несравненно меньше. Между тем так называемая крити-
ческая плотность, от которой зависит выбор «модели
Вселенной», в 100 раз больше. Если бы и на самом
деле плотность вещества во Вселенной была меньше
критической, то ни о каком сфероподобном замкнутом
Мире и говорить бы не пришлось. В этом случае прост-
ранство было бы бесконечным во все стороны и лишь
слегка отличающимся от евклидова. Оно содержало бы
бесчисленное множество галактик и звезд.
Вселенная, по-видимому, плотнее, чем мы предпо-
лагаем. Прежде всего вполне возможно, что простран-
ство между галактиками не пусто, а заполнено какой-
то весьма разреженной средой. Правда, пока неясно,
может ли межзвездный газ существенно увеличить
среднюю плотность Вселенной.
Если подсчитать массу галактик или их скоплений по
их яркости, а затем сравнить с оценкой массы по движе-
нию звезд или галактик, получается расхождение. По
мнению некоторых ученых, в галактиках присутствует
I22 какая-то скрытая масса, невидимая с Земли, но тем не
менее определяющая их движение. Что это все-таки за
масса, какие тела ею обладают?
Совсем недавно выяснилось, что судьба Вселенной,
возможно, связана с мельчайшей частицей вещества,
именуемой нейтрино.
Еще в 1914 году английский физик Д. Чедвик обна-
ружил, что электроны, испускаемые при распаде атом-
ных ядер, обладают разной энергией. Этот факт, каза-
лось, противоречил закону сохранения энергии — одно-
му из самых фундаментальных законов природы. Чтобы
реабилитировать закон, итальянский физик В. Паули
в 1930 году высказал гипотезу о существовании еще
одной элементарной частицы, два года спустя названной
им нейтрино. Этот термин, равнозначный в русском
языке слову «нейтрончик», означает, что нейтрино
электрически нейтральны, то есть не несут в себе ника-
кого электрического заряда. Предполагалось, что при
распаде атомных ядер из них вылетает нейтрино, кото-
рое и делит с электроном энергию распада, причем от
случая к случаю в разной пропорции.
Дальнейшие исследования привели физиков к за-
ключению, что нейтрино, в отличие, скажем, от элект-
рона или протона, не имеет массы покоя (то есть в
состоянии покоя его масса равна нулю) и всегда дви-
жется со скоростью света. Пробивная способность нейт-
рино так велика, что эта частица может насквозь про-
бить земной шар, практически не испытав никакого
взаимодействия с атомами вещества нашей планеты.
Отсюда понятны огромные трудности эксперименталь-
ной регистрации нейтрино. Не только Земля, но и та-
кие куда более массивные объекты, как звезды, для
нейтрино остаются практически прозрачными. Но аме-
риканским ученым в 1953 году в интенсивном потоке
частиц, порожденном мощным ядерным реактором,
впервые удалось зарегистрировать присутствие нейтри-
но. Позже поймали нейтрино и в солнечном излуче-
нии, рождающемся в ходе ядерных реакций в недрах
123
Солнца. Правда, здесь их оказалось значительно мень-
ше, чем ожидалось по теоретическим расчетам. Неко-
торые из исследователей даже усомнились в том, что
источником энергии Солнца и звезд служат ядерные
реакции. Но то, что нейтрино — реальная материальная
частица, а не фантастическая выдумка теоретиков, ныне
общепризнано.
До последнего времени считалось, что масса покоя
нейтрино равна нулю. В этом отношении нейтрино
походило на фотон, мельчайшую порцию света, также не
имеющую массы покоя. Если бы удалось хотя бы на
мгновение остановить фотон или нейтрино, эти мате-
риальные объекты оказались бы совершенно невесо-
мыми. Однако, как это часто бывало в истории науки,
бесспорные, казалось, истины пришлось пересмотреть.
В 1980 году советские физики-экспериментаторы
В. А. Любимов, Е. Г. Новиков, В. 3. Нозик, Е. Ф. Тре-
тьяков и В. С. Козик, завершив пятилетние исследова-
ния, пришли к выводу, что нейтрино имеет массу по-
коя. Их опыты отличались большой скрупулезностью.
Источником нейтрино служил тончайший слой трития.
Он удерживался в заданном объеме сложным химиче-
ским веществом — аминокислотой валин, изготовлен-
ной советскими генетиками. Полученный таким образом
образец имел вес около двух микрограмм, а толщину
всего в несколько молекулярных слоев. В нем содержа-
лось 1016 атомов трития, при распаде которых возника-
ли электроны и антинейтрино. Последние отличаются от
нейтрино лишь направлением осевого вращения.
За одну секунду экспериментальный образец испу-
скал около 30 миллионов электронов, но только деся-
титысячная их часть использовалась для измерения
массы антинейтрино. Пришлось при этом употребить
особо чувствительный масс-спектрометр, созданный
Е. Ф. Третьяковым.
Результаты экспериментов четко доказали: анти-
124 нейтрино, а стало быть, и нейтрино обладают массой
покоя, уступающей массе электрона в 10 — 30 тысяч
раз. Как ни мала весомость нейтрино, фундаменталь-
ное открытие советских физиков заставляет по-новому
оценить некоторые важные процессы во Вселенной.
В связи с открытием массы покоя нейтрино академик
Б. М. Понтекорво предположил, что часть излучае-
мых Солнцем нейтрино может превращаться в две дру-
гие разновидности нейтрино, которые пока что из-за не-
достаточной чувствительности современных приборов не
удается зарегистрировать. Если это так, то недостаток
солнечных нейтрино получается лишь кажущимся. На
самом деле все идет в соответствии с теорией, а источни-
ком энергии Солнца и звезд все-таки служат ядерные
реакции.
По-новому пришлось оценить и среднюю плотность
Вселенной. Расчеты показывают, что каждый кубиче-
ский сантиметр мирового пространства содержит
450 нейтрино. Это означает, что средняя плотность ве-
щества во Вселенной существенно выше, чем считалось
ранее и, возможно, превышает критическую плотность.
Если это так, то, следовательно, Вселенная оказалась
массивнее, чем полагали раньше, поэтому начавшееся
около 15 миллиардов лет назад расширение Вселенной,
постепенно замедляясь, через десятки миллиардов лет
должно смениться сжатием. Это сжатие «в точку» снова
приведет Вселенную в сверхплотное (сингулярное)
состояние, а после нового взрыва начнется новое рас-
ширение. Вселенная, может быть, окажется пульсирую-
щей, напоминающей в этом отношении человеческое
сердце.
Из-за расхода, рассеяния энергии число пульсаций,
совершенных Вселенной до настоящего времени, должно
быть конечным. Каждый новый цикл отличается от пре-
дыдущего большим периодом и большей амплитудой.
Теоретически говоря, такой рост периодов и амплитуд
может продолжаться в будущем неограниченно долго.
Получается некая односторонняя вечность Вселенной:
125
от первого взрыва и первого цикла до сегодняшнего
дня прошло хотя и очень большое, но конечное число
лет; зато в будущем не видно причин, которые могли бы
остановить пульсацию Вселенной.
В заключение представим себе возможную эволюцию
вещества Вселенной. Родившись когда-то из сверхплот-
ного сгустка материи, Вселенная уже в первом цикле по-
родила внутри себя миллиарды звездных систем И ми-
риады планет, на части которых сформировался, говоря
словами Ф. Энгельса, высший цвет материи «мысля-
щий дух». Максимальные размеры Вселенной в каждом
цикле — это, по-видимому, апофеоз, высшая точка раз-
вития вещества. Затем Вселенная неизбежно снова
стремится к тому состоянию, с которого началась исто-
рия цикла. Красное смещение сменяется фиолетовым,
радиус Вселенной постепенно уменьшается и в конце
концов вещество Вселенной возвращается в первона-
чальное сверхплотное состояние, по пути к нему безжа-
лостно уничтожая всяческую жизнь. И так повторяется
каждый раз, в каждом цикле на протяжении вечности.
Если нарисованная картина соответствует действи-
тельности, ни о какой вечности жизни в духе Циолков-
ского или Вернадского говорить, очевидно, не при-
ходится.
Энгельс был глубоко убежден, что с той же необхо-
димостью, с которой когда-то на Земле материя истре-
бит свой высший цвет — мыслящий дух — с такой же
необходимостью она возродит его в другое время и в дру-
гом месте.
Не видно никаких возможностей для связи или
преемственности между живыми существами разных
циклов — ни одно из них не может пройти живым через
«огненную печь» сверхплотного состояния.
Есть ли другие вселенные, или все сущее ограни-
чивается нашей пульсирующей Вселенной? Ответить
на этот вопрос, конечно, трудно. Теоретически мысли-
126 мо, что вне нашей Вселенной нет ничего, даже простран-
Пульсирующая Вселенная.
ства и времени. Но это лишь одна из возможностей,
быть может и не соответствующая реальности. Многие
ученые представляют сущее как «многослойный» мир
с пространствами разных измерений и разными «време-
нами». Иначе говоря, Мир, как все сущее, бесконечно
многообразен, и наша расширяющаяся Вселенная —
лишь одна из бесчисленного множества сосуществую-
щих иных вселенных.
127
Один из самых активных теоретиков расширяющейся
Вселенной И. Д. Новиков в книге «Эволюция Вселен-
ной» отмечает, что, по мнению большинства современ-
ных специалистов, плотность вещества во Вселенной,
скорее всего, в, десятки раз меньше критической.
И Вселенной предстоит неограниченное, вечное расши-
рение. Все расстояния в мире непрерывно увеличивают-
ся за счет растяжения самого пространства, которое
можно уподобить растягивающемуся во все стороны кус-
ку резины. Это растворение Вселенной в бесконечности
и вечности, разумеется, сопровождается постоянным
рассеянием энергии, а значит, призрак тепловой смерти
присущ и такой модели Мироздания.
Следует, однако, подчеркнуть, что всевозможные тео-
ретические модели Мира неизбежно упрощают реаль-
ность — иначе было бы трудно или почти невозможно
вести математические расчеты. Но природа может ока-
заться гораздо богаче наших представлений о ней.
Это прекрасно понимал основоположник теории
расширяющейся Вселенной А. А. Фридман. В книге
«Мир как пространство и время» он писал: «Мир, схема-
тическая картина которого создается принципом относи-
тельности, есть мир естествоиспытателя, есть совокуп-
ность лишь таких объектов, которые могут быть измере-
ны или оценены числами. Поэтому этот мир бесконечно
уже и меньше Мира-Вселенной философа. А раз это
так, то, конечно, и значение принципа относительности
для философии не должно быть переоцениваемо».
В заключение книги А. А. Фридман поместил такие
многозначительные строки:
«Наши потомки, без сомнения, узнают характер Все-
ленной, в которой мы обречены жить... И все же ду-
мается, что
Измерить океан глубокий,
Сочесть пески, лучи планет,
Хотя и мог бы ум высокий —
Тебе числа и меры нет!»
128
И в самом деле, какая-то интуиция, какая-то внут-
ренняя убежденность подсказывает нам, что окружаю-
щий нас Мир неисчерпаем и что эта неисчерпаемость
материи, то есть всего сущего, есть главное, основное
его свойство. По словам В. И. Ленина, «...природа
бесконечна, но она бесконечно существует, и вот это-
то единственно категорическое, единственно безусловное
признание ее существования вне сознания и ощущения
человека и отличает диалектический материализм от
релятивистского агностицизма и идеализма» 1.
Неисчерпаемость Природы выражается в ее беско-
нечности. Однако само слово «бесконечность», в чем
уже убедился читатель, далеко не так однозначно, ка-
ким оно поначалу кажется. Есть различные типы беско-
нечности, среди которых бесконечность натурального
ряда чисел самая простая. Более сложны другие раз-
новидности математической бесконечности. Но наивыс-
шей сложностью обладает бесконечность объективно су-
ществующего мира.
С этих, по-видимому, бесспорных философских по-
зиций популярная ныне гипотеза о конечной в простран-
стве и односторонне ограниченной во времени Вселен-
ной у ряда ученых вызывает серьезные сомнения. Осо-
бенно сомнительны попытки предсказать поведение
материи в сверхплотном (сингулярном) состоянии,
где явно становятся непригодными известные нам за-
коны физики.
«Вопрос о том, что было до сингулярности в начале
расширения или что будет после сингулярности, сле-
дующей за сжатием, — пишет советский космолог
И. Д. Новиков, — не может быть решен в рамках су-
ществующих физических теорий». Отсюда следует, что
вопрос о грядущих судьбах Вселенной вряд ли может
быть решен однозначно.
‘В. И. Ленин. Поли. собр. соч., т. 18, с. 277 — 278.
129
9 Ф. Ю. Зигел!
Взаимосвязанные и взаимодействующие галактики.
Начиная с 1970 года быстро стал накапливаться
опытный материал, заставляющий некоторых исследо-
вателей усомниться в допплеровской природе красного
смещения галактик. В настоящее время известно более
1200 галактик с измеренными красными смещениями.
Если верить гипотезе расширяющейся Вселенной, рас-
ширение пространства во всех направлениях идет оди-
наково (аналогия с раздувающимся мыльным пузырем).
Тогда галактики, находящиеся от нас на одинаковом
расстоянии, должны иметь одинаковые красные смеще-
ния. Факты, однако, говорят об ином.
За последнее десятилетие американский астроном
X. Арп и другие ученые открыли ряд явно взаимосвя-
занных и равноудаленных от нас галактик, красное сме-
щение у которых различается иногда в 13 раз. Соответ-
130
ствующее различие в скоростях достигает десятков
тысяч километров в секунду! Любопытно, что, как пра-
вило, в двойных галактиках красное смещение галакти-
ки-спутника больше, чем центрального тела.
Финский астроном Яаколла изучил красное смеще-
ние 550 галактик и скоплений. К его удивлению, на
одном и том же расстоянии спиральные галактики
имеют большие красные смещения, чем галактики
эллиптические. И здесь красное смещение зависит не от
расстояния, а от типа объекта.
Есть много и других фактов, свидетельствующих,
возможно, о недопплеровском характере красного
смещения галактик. Они приведены в обширной ста-
тье пулковских астрономов члена-корреспондента
АН СССР О. А. Мельникова и В. С. Попова «Недоп-
плеровские объяснения красного смещения в спектрах
далеких галактик» 1. Авторы рассматривают более де-
сятка гипотез, конкурирующих с объяснением по прин-
ципу Допплера.
Из них наиболее привлекательной выглядит гипоте-
за Д. Пекера, А. Робертса и Ж. Вижье, которые
рассматривают рассеяние света далеких галактик на теп-
ловом излучении звезд.
При таком рассеянии фотоны частично теряют свою
энергию, поэтому «краснеют», причем это «покраснение»
тем больше, чем больший путь в космосе проделал свето-
вой луч.
В 1979 году известный французский астроном
Ж. Вокулёр закончил фундаментальную работу по опре-
делению расстояний до галактик. Из нее следует, что,
если принять гипотезу расширяющейся Вселенной, воз-
раст Вселенной (то есть время, протекшее от момента
первовзрыва) исчисляется всего одним десятком мил-
лиардов лет. Между тем возраст наиболее старых
1 Сборник «Некоторые вопросы физики космоса». ВАГО при
АН СССР, 1974.
131
звезд, галактик и скоплений галактик (по вычисле-
ниям Хойла и Хэзелгроуза) составляет 20 миллиардов
лет. Явную нелепость можно, по-видимому, рассматри-
вать как еще один аргумент против гипотезы расширяю-
щейся Вселенной.
В основу этой гипотезы положен постулат об одно-
родности Вселенной. Между тем реальная картина Ми-
роздания весьма далека от этого упрощающего пред-
положения.
Звезды крайне неоднородно распределены в галак-
тиках. В свою очередь галактики образуют многочислен-
ные группы и скопления.
«Моделям однородной Вселенной, — пишет акаде-
мик В. А. Амбарцумян и В. В. Казютинский —
противостоит реальная Вселенная, фундаментальным
свойством которой является Неоднородность распреде-
ления вещества. Отсюда следует, что модели Вселенной,
построенные на основе столь грубых упрощений, как
предположение об однородном распределении вещест-
ва, едва ли стоит фетишизировать. Вселенная как
объект космологии вовсе не обязательно должна отож-
дествляться со всем существующим. Наша Вселенная —
Метагалактика, — возможно, не единственная. Не иск-
лючено существование и других вселенных (метага-
лактик) автономных... систем с самыми разнообраз-
ными свойствами».
В 20-е и 30-е годы теорию расширяющейся Вселен-
ной считали идеалистической. Теперь наблюдается дру-
гая крайность — наиболее рьяные защитники этой тео-
рии стараются подать ее как единственно возможное
представление о Мире.
И то и другое, конечно, неверно. В пользу теории
расширяющейся Вселенной, по-видимому, свидетельст-
вует реликтовое излучение, которое проще всего объ-
1 Философские проблемы астрономии XX века. М., Наука,
132 1976, с. 40.
яснить как остаточный «жар» первозданной Вселенной.
Но есть факты, или прямо противоречащие этой теории
в ее распространенном варианте (малая средняя плот-
ность Вселенной), или ставящие под сомнение их истол-
кование (странности в красном смещении галактик). Все
это заставляет отнестись к идее расширяющейся Вселен-
ной как к одной из возможных гипотез, которая не ис-
ключает иные взгляды на Мир.

ЛдЛ Беспокойный и
\^г) неисчерпаемый космос
Однажды, когда ночь покрыла
небеса невидимою своею епанчою,
знаменитый французский философ
Декарт у ступенек домашней лестни-
цы своей сидевший и на мрачный го-
ризонт с превеликим вниманием смот-
рящий, — некий прохожий подсту-
пил к нему с вопросом: «Скажи, муд-
рец, сколько звезд на сем небе?»—
«Мерзавец! — ответствовал сей: —
никто необъятного объять не мо-
жет!» Сии, с превеликим огнем
произнесенные, слова возымели на
прохожего желаемое действие.
Козьма Прутков
Вулканы
Солнечной системы
Ф Звездное небо всегда считалось образцом
спокойствия и неизменности. Оно противо-
поставлялось земной суете и постоянным
изменениям земной обстановки. До сих пор
каждый из нас испытывает какое-то умиротворенное
чувство, созерцая в погожую ночь мерцающие огоньки
далеких звезд.
Эта обманчивая картина родила ошибочные пред-
ставления о том, что космос в целом никак не эволюцио- 135
нирует, а если и есть в космосе какие-то изменения,
то это лишь эпизод великого круговорота материи, по
истечении каждого витка которого Вселенная снова при-
обретает в целом прежний облик. Такие идеи в Древней
Индии породили учение о вечном повторении всего
существующего, при котором новый цикл во всех дета-
лях повторяет то, что уже было до этого бесчисленное
множество раз.
В усовершенствованном варианте сторонники круго-
ворота говорят о бесконечной спирали, каждый виток ко-
торой, впрочем, мало чем отличается от предыдущего.
«Опять черт, опять комета — скучища неприличней-
шая» — так эмоционально оценил вселенский кругово-
рот Ф. М. Достоевский устами своего литературного
героя Ивана Карамазова. И в самом деле, круговорот,
при котором Вселенная в каждом новом цикле повто-
ряет или почти повторяет себя, есть «скучища непри-
личнейшая», умаление главного, коренного свойства ма-
терии — ее неисчерпаемости. Между тем опыт, наблю-
дения говорят о постоянной поступательной эволюции
космического вещества, о неповторимости и необратимо-
сти совершающихся в Природе процессов, о том, нако-
нец, что Вселенная неисчерпаема не только на уровне
явлений, но и на уровне законов.
В этом разделе книги читатель познакомится с бур-
ными проявлениями внутренних сил материи на всех ее
уровнях. Перед ним пройдет целая лестница взрывов,
самые слабые из которых мы встречаем в земной
обстановке. Все они свидетельствуют о высокой актив-
ности вещества, слагающего Мир, об активности, явно
противоречащей пессимистической картине грядущей
тепловой смерти Вселенной. Космос явно нестациона-
рен, и мы волей обстоятельств являемся свидетелями
одного из бурных эпизодов в истории Вселенной. На
Земле изменчивость космоса выражается прежде всего в
явлениях вулканизма.
136 Сущность вулканизма достаточно проста. На глуби-
Извержение вулкана.
не около 100 км, где давление достигает 50 килобар и
выше, а температура близка к 1500°, базальты и другие
породы находятся в твердом состоянии. Может так
случиться, что внешнее давление вдруг уменьшится (на-
пример, при возникновении глубоких трещин в земной 137
коре), и тогда твердые породы начинают плавиться.
Возникает огненно-жидкий расплав, называемый магмой.
По трещинам магма пробивается на поверхность Земли.
Освобождаемая от газов магма называется лавой, а в
извержении газов и лавы, собственно, и выражается яв-
ление вулканизма.
При извержении в воздух выбрасываются обломки
горных пород — вулканические бомбы. Как правило,
они имеют 2 — 3 метра в поперечнике, а обломки,
меньше булавочной головки, образуют вулканический
пепел. Конус вулкана сложен из продуктов его пред-
шествующих извержений, а котловина в его центре
называется кратером. Когда под конусом вулкана обра-
зуются значительные пустоты, центральная часть вулка-
на проваливается и образуется кальдера — огромная
воронка, в центре которой находится жерло вулкана.
Иногда поперечники кальдер достигают десятков ки-
лометров.
На Земле зарегистрировано свыше 800 действующих
на суше вулканов. За год они извергают до 6 миллиар-
дов тонн вещества. Общее количество земных вулканов
исчисляется десятками тысяч. По недавним подсчетам,
на дне только Тихого океана существует около
10 000 вулканов с высотой конуса более 1 километра.
Есть много фактов, свидетельствующих о том, что
в прошлые эпохи вулканизм Земли проявлялся в гораз-
до больших масштабах, чем теперь. Однако, даже если
бы это было не так и активность вулканов всегда нахо-
дилась на нынешнем уровне, за четыре с половиной
миллиарда лет (таков возраст Земли) из недр Земли на
ее поверхность вулканы вынесли примерно 1018 тонн
вещества, что близко к общей массе земной коры. Это
означает, что и земная кора и атмосфера Земли сформи-
рованы вулканизмом. БоЛее того, в ходе вулканиче-
ских процессов образуются сложные органические ве-
щества. Именно они послужили той вещественной осно-
вой, на которой возник и развился органический мир
нашей планеты. Следовательно, внутренняя энергия
Земли, ее вулканизм — вовсе не второстепенная деталь
ее природы. Это мощный космический фактор, форми-
рующий облик планеты и даже в отдельных случаях
ее биосферу.
Взрывы при извержениях иногда бывают очень
мощными. Так, например, в 1883 году мощнейший в
истории вулканический взрыв разрушил частично ост-
ров Кракатау и выбросил в воздух более 13 кубических
километров скальных пород. Не исключено, что некото-
рые из вулканических бомб получили при этом такие
скорости (более 8 км/сек), при которых они были вы-
брошены в космическое пространство. Ископаемые слои
вулканического пепла свидетельствуют о том, что в тре-
тичный и четвертичный периоды жизни Земли вулкани-
ческие извержения были несравнимо более мощными,
чем сегодня. Следовательно, в прошлом Земля была
источником многих малых тел, заброшенных в около-
солнечное пространство.
Следы активного вулканизма мы видим на лике Лу-
ны. Он испещрен многочисленными кратерами, боль-
шинство которых имеет вулканическое происхождение.
Лишь сравнительно небольшие кратеры образуются при
бомбардировке Луны метеоритами. Крупные же лунные
кратеры сходны с земными кальдерами, и в центре мно-
гих из них видны центральные горки — типичные вул-
канические конусы. Небольшая сила тяжести позволила
внутренним силам Луны заметнее проявить свою актив-
ность, и на лунной поверхности буквально повсюду, в
различных формах лунного рельефа заметны следы ак-
тивного вулканизма. К ним принадлежат и так назы-
ваемые купола — пологие невысокие холмы с централь-
ным жерлом, и сбросовые образования типа Прямой
Стены, и столовая гора Варгентин — кратер, до краев
заполненный застывшей лавой, и многое другое. Анализ
лунных пород, доставленных на Землю, полностью
подтверждает их вулканическое происхождение.
139
Следы вулканизма на Луне.
Существуют факты, свидетельствующие о том, что
и сейчас на Луне есть действующие вулканы. Их заме-
чали еще астрономы XVIII века, а в текущем столетии
Н. А. Козыреву и другим астрономам удалось даже
получить спектры изверженных газов. Представления
о мертвой, лишенной всякой активности Луне сегодня
выглядят устаревшими.
Космонавтика наглядно убедила нас в том, что вул-
канизм — типичная черта всех крупных тел Солнечной
системы. Усеянный кратерами Меркурий так внешне
похож на Луну, что лишь специалист сумеет различить
фото Луны и Меркурия. Особенно мощны на Мерку-
рии сбросовые образования — следы высокой тектони-
ческой активности.
Марс, надежда всех романтиков космической жизни,
неожиданно оказался покрытым множеством кратеров.
140 Среди них — величайший вулкан Солнечной системы
гора Олимп, конус которого в основании имеет попе-
речник 600 км и высоту 22 км! Известны и другие
исполинские марсианские вулканы, высотой превышаю-
щие Джомолунгму. Анализ марсианских фотографий
(где, в частности, зафиксированы мощные разломы
коры) со всей очевидностью говорит о большой роли
вулканических сил в формировании марсианского
рельефа.
Хотя поверхность Венеры скрыта мощным облачным
покровом, радиолокаторы прощупали сквозь этот по-
кров на поверхности нашей соседки крупные кольце-
вые структуры. Наибольший из кратеров Венеры
имеет диаметр 160 км и глубину 400 м. Обилие камней
на поверхности Венеры, снятых советскими автоматиче-
скими станциями, также говорит об активном вулканиз-
ме Венеры — такие камни, скорее всего, являются вул-
каническими бомбами. О том же говорит и состав по-
верхностных пород Венеры, и разломы в ее коре, и, ве-
роятно, избыток (97%) в ее атмосфере углекислого газа.
Планеты-гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун
представляют собою тела, промежуточные по своей при-
роде между планетами и звездами. Они, несомненно, об-
ладают большими запасами внутренней энергии, которая
проявляется в бурных пертурбациях их атмосфер. Все
планеты-гиганты, по современным данным, имеют
небольшие твердые силикатные ядра, окутанные твер-
дой водородно-гелиевой оболочкой. Эта твердая часть
планет окружена водородно-гелиевыми газовыми атмо-
сферами, самые нижние слои которых, возможно, нахо-
дятся в жидком состоянии.
Источником внутренней энергии планет-гигантов яв-
ляется, по-видимому, их постепенное гравитационное
сжатие. По мнению некоторых ученых, это не исключает
и других источников внутренней энергии, например
активного вулканизма. Во всяком случае, на самых
крупных спутниках Юпитера Каллисто и Ганимеде
зафиксированы кратеры, напоминающие лунные, а на 141
Извержение вулкана на Ио.
спутнике Европа обратила на себя внимание причудли-
вая система линий, видимо представляющих собой тек-
тонические разломы в коре спутника. Но самым инте-
ресным оказался спутник Ио. На нем американская
космическая станция «Вояджер-1» зарегистрировала
мощнейшие вулканические извержения! Крупнейшие
из спутников Юпитера по размерам сравнимы с Мерку-
рием, и извержения на Ио еще раз доказали огромную
роль вулканизма в жизни даже сравнительно небольших
тел Солнечной системы
Косвенные, но весьма убедительные доказательства
1 См.: Е. К. Мархинин. Вулканы и жизнь. М., Мысль,
142 1980.
высокой вулканической активности тел Солнечной
системы приносят наблюдения комет. Главная часть
в каждой комете — ее ядро, представляющее собой
огромную ледяную глыбу с примесью мелких тугоплавких
частиц. Поперечник ядра обычной кометы близок к
1 — 2 км, а льды, входящие в ядро, состоят из обычного
«водяного» льда и из затвердевших аммиака и метана.
Кометы обращаются вокруг Солнца по сильно вы-
тянутым эллиптическим орбитам. С приближением к
Солнцу ядра комет нагреваются, льды частично испа-
ряются и образуют газовую голову и хвост кометы.
Нередко потоки испаряющихся газов увлекают за собой
с поверхности кометного ядра мелкую твердую пыль,
которая образует пылевые хвосты комет.
Кометы — это тела, находящиеся в состоянии непре-
рывного распада. С каждым облетом Солнца комета
теряет газы, пыль и постепенно, распадаясь, превра-
щается в метеорный поток — рой мелких твердых частиц,
движущихся по орбите бывшей распавшейся кометы.
Продолжительность жизни комет невелика, — как по-
казывают расчеты, каждая из них может совершить
не более 100—150 оборотов вокруг Солнца. Между тем
сообщения о наблюдении комет встречаются на протя-
жении всей человеческой истории. И в наши дни еже-
годно открывают примерно комет десять, а иногда и
больше. Еще в XVII веке Иоганн Кеплер говорил, что
комет в мировом пространстве не меньше, чем рыб в оке-
ане. Откуда и как пополняются запасы комет Солнеч-
ной системы? Где и при каких процессах зарождаются
эти эфемерные космические тела?
Еще в самом начале тридцатых годов советский аст-
роном С. К. Всехсвятский высказал гипотезу, которая
многим (в том числе и автору этих строк) показалась
совершенно неправдоподобной. Он предположил, что ко-
метные ядра — это исполинские вулканические бомбы,
выброшенные из вулканов планет-гигантов или их спут-
ников. В те годы природа планет была неясной и нали-
143
чие на них исполинских вулканов трудно было как дока-
зать, так и опровергнуть. Еще менее известной была
природа спутников планет. Пожалуй, главным психоло-
гическим мотивом для отрицания гипотезы извержения
(так назвал свою гипотезу С. К. Всехсвятский) была
всеобщая убежденность в спокойствии, стабильности
космоса, в отсутствии где-либо во Вселенной бурных,
катастрофических процессов.
Гипотеза извержения постепенно подтверждалась все
новыми и новыми фактами. Прежде всего были открыты
«семейства» комет, самые дальние точки (афелии) ор-
бит которых располагаются вблизи тех путей, по кото-
рым обращаются вокруг Солнца Юпитер, Сатурн, Уран
и Нептун. Естественно предположить, что такие кометы
были выброшены с планет-гигантов или их спутников.
Считая, что кольца Сатурна состоят из вулканиче-
ских бомб, С. К. Всехсвятский предсказал, что такого
же рода кольца должны опоясывать и другие планеты-
гиганты. Космонавтика блестяще подтвердила прогнозы
советского ученого. За последние годы были открыты
кольца Юпитера и Урана, а также новые кольца в си-
стеме колец Сатурна. О кольцах Нептуна ничего не-
известно из-за огромной удаленности этой планеты от
Земли, но вероятность их существования весьма велика.
Все без исключения планетные кольца представляют
собою скопление твердых небольших тел (в среднем де-
циметры и метры в поперечнике), покрытых льдом.
Каждое из них самостоятельно обращается вокруг пла-
неты, подобно крошечной луне, но издали в своей сово-
купности создают впечатление сплошных тел. Нет сом-
нений, что все эти кольца не вечны — по разным при-
чинам некоторая доля частиц уходит из колец, а на их
место поступают новые частицы. Источником же попол-
нения, по убеждению С. К. Всехсвятского, служит вул-
канизм. Мощное извержение на Ио доказывает правиль-
ность гипотезы извержения, с которой ныне вынуждены
144 считаться все исследователи Солнечной системы.
Не исключено, что когда-то на месте современного
кольца малых планет-астероидов существовала крупная,
земноподобная планета Фаэтон. Идея об этом была вы-
двинута в прошлом веке немецким астрономом Ф. Оль-
берсом, а позже ее поддержали многие ученые, в том
числе С. В. Орлов, В. Г. Фесенков, И. И. Путилин,
Я. Оорт, С. К. Всехсвятский и другие. Астероиды и ме-
теориты — тела одной природы. Мы называем метеори-
тами те из астероидов, которые благодаря вытянутости
своих орбит иногда встречаются с Землей и падают на
ее поверхность. Лабораторные исследования метеоритов
показали, что большинство из них сформировались в
недрах крупной планеты. Более того, как доказал
А. Н. Заварицкий, основываясь на типах и составе най-
денных метеоритов, можно построить даже гипотетиче-
скую модель Фаэтона, по своему строению похожую на
Землю. Любопытно, что в метеоритах находят сложные
органические вещества, которые, судя по всему, образу-
ются в ходе вулканических извержений. В метеоритах
найдены даже так называемые «организованные элемен-
ты» — окаменевшие микрообразования, во многом напо-
минающие древние земные микроскопические водорос-
ли. Короче говоря, есть немало фактов в пользу ре-
альности Фаэтона.
Что же могло послужить причиной его распада? Из
предложенных гипотез наиболее правдоподобной выгля-
дит, пожалуй, вулканическая гипотеза. Она предполага-
ет, что когда-то вулканические процессы на Фаэтоне
достигли такой мощи, что раскололи планету на части.
Сталкиваясь между собою и постепенно дробясь, оскол-
ки Фаэтона в конце концов превратились в современ-
ный пояс астероидов.
До сих пор никто достоверно не знает, как произо-
шла Солнечная система. По гипотезе О. Ю. Шмидта,
планеты сконденсировались из газово-пылевого холод-
ного облака, когда-то окружавшего Солнце. Первона-
чально планеты были холодными, но распадавшиеся в
10 Ф. Ю. Зигель
145
них радиоактивные вещества разогрели недра планет и
создали там очаги вулканизма.
Многие ученые, однако, придерживаются иной точки
зрения. Они полагают, что и Земля и планеты с самого
начала своего существования были весьма горячими те-
лами. По мнению С. К. Всехсвятского, Солнце когда-то
было двойной звездой. По каким-то неизвестным при-
чинам звездообразованный спутник Солнца взорвался,
и из его газообразных «осколков», которые постепенно
остывали, сформировались планеты. С этой точки зрения
источником вулканизма является то горячее, полное
внутренней энергии, звездное вещество, которое еще со-
хранилось в недрах планет.
Кто прав, сказать пока трудно. Бесспорно, однако,
что планетная система даже в современном своем со-
стоянии — это не собрание мертвых, остывших и не-
способных к какой-либо эволюции тел. В недрах планет
таятся еще огромные запасы внутренней энергии, скорее
всего унаследованные от звездной стадии эволюции кос-
мического вещества. Центральное же тело Солнечной
системы — наша звезда Солнце хотя и принадлежит к
числу сравнительно спокойных, устойчивых звезд, тем
не менее по ряду признаков кое в чем сходно со вспы-
хивающими и даже взрывающимися звездами.
Вспыхивающие
звезды
[	\ И на Солнце есть пятна! В этой ныне обще-
I Л ] известной истине убедились еще древние ки-
\ мм J тайцы, которые изредка, при низком положе-
нии Солнца у горизонта, или когда Солнце
проглядывало сквозь прозрачное покрывало небольших
облаков, видели на солнечном диске какие-то стран-
146 ные темные образования. Уже первые телескопические
Солнечная вспышка.
наблюдения Солнца раскрыли детали строения солнеч-
ных пятен, а главное, показали, что их число, структу-
ра, расположение и другие свойства непрерывно меня-
ются. На смену исчезающим пятнам возникают новые,
и примерно каждые 11 лет общее количество пятен на
Солнце достигает максимума.
Смысл всех этих перемен раскрылся лишь в текущем
столетии. Солнечные пятна — это центры солнечной ак-
тивности, где процессы, присущие Солнцу, происходят
особенно бурно. В районе солнечных пятен возникают
мощные магнитные поля, которые снижают примерно
на 500 градусов температуру солнечных газов. И хотя
они остаются весьма горячими (5500° С), но по контра-
сту с окружающей солнечной поверхностью, или, как
ее называют, фотосферой, пятна кажутся темными.
Самые активные процессы в поверхностных слоях
Солнца — так называемые солнечные вспышки. Часто 147
их наблюдают в районе солнечных пятен, причем самые
слабые из вспышек иногда повторяются по нескольку
раз в день. Сильные же вспышки — большая редкость,
но зато их можно с полным основанием считать взрыва-
ми на Солнце.
Удаленность Солнца маскирует мощь таких взрывов.
Большинство из них регистрируются лишь с помощью
специальных приборов, самые же мощные из солнечных
вспышек удается увидеть в телескоп и даже зафиксиро-
вать на фотографии. Внешне солнечная вспышка вы-
глядит как очень яркая (на фоне фотосферы) волокни-
стая область, постепенно растекающаяся во все стороны
на многие тысячи километров. Небольшая вспышка
продолжается 5—10 минут, тогда как самые мощные из
них длятся часами. Достигнув наибольших размеров,
солнечная вспышка постепенно гаснет, и поверхность
Солнца приобретает обычный вид.
Чаще всего вспышки образуются в зоне между пят-
нами, и из области вспышки в мировое пространство вы-
брасываются мощные потоки протонов, электронов и
других частиц. Они образуют так называемые солнеч-
ные космические лучи, которые, достигнув Земли, будо-
ражат ее магнитосферу и атмосферу. Разыгрываются
магнитные бури, ярко вспыхивают полярные сияния,
нарушается нормальная радиосвязь. При каждой мощ-
ной солнечной вспышке выделяется такая же энергия,
как при взрыве миллиона мегатонных водородных бомб.
Кроме частиц, Солнце в такие периоды особенно
энергично испускает из области вспышки ультрафиолето-
вые и рентгеновские лучи. Но все эти бурные процессы
почти для всех обитателей Земли остаются совершенно
незаметными. Причины солнечных вспышек пока не
вполне ясны. Возможно, что в этом случае проявляют
себя какие-то глубинные источники солнечной энергии.
Вспышки на Солнце практически никак не сказыва-
ются на его общей яркости — оно с Земли всегда вы-
148 глядит одинаково ярким. Другое дело — некоторые зве-
зды, у которых вспышки в их фотосфере несравненно
мощнее солнечных.
В обширном созвездии Кита есть слабенькая крас-
новатая звездочка, обозначаемая буквами LJV. Хотя она
близка к Земле (до нее луч света доходит за восемь с
половиной лет), увидеть ее можно лишь в телескоп.
Принадлежит UV Кита к красным карликовым звездам,
уступающим и по размерам и по температуре нашему
Солнцу.
Она обратила на себя внимание своим необычным
поведением — примерно каждые 30 часов звезда UV
Кита вспыхивает, увеличиваясь в яркости примерно в
100 раз. Сама вспышка занимает несколько секунд, по-
сле чего за несколько минут звезда возвращается в пер-
воначальное состояние. Сейчас известно около восьми
десятков подобных звезд, и, судя по многим признакам,
в их фотосферах происходят вспышки, но только куда
более мощные, чем на Солнце. Они за считанные секун-
ды меняют общий блеск звезды в десятки раз. Есть и
такие звезды, у которых вспышки длятся не минуты,
а десятки минут. Вообще класс беспокойных, вспышеч-
ных, как их именуют астрономы, звезд включает в себя
весьма большое количество объектов. Это доказывает,
что величественное спокойствие космоса — только внеш-
нее. На самом деле во Вселенной, по-видимому, труднее
найти спокойные, устоявшиеся объекты, нежели косми-
ческие тела, переживающие бурные, эволюционные из-
менения.
Вспышечные звезды, о которых идет речь, в среднем
примерно в десять раз по массе и втрое по радиусу усту-
пают Солнцу. Эти красные холодные карликовые звез-
ды излучают примерно в 10 000 раз меньше света, чем
наше дневное светило. Тот факт, что в радиусе 13 свето-
вых лет от Солнца четверть всех звезд принадлежит
к классу вспыхивающих, доказывает их большую рас-
пространенность во Вселенной. Любопытно, что самая
близкая к нам звезда Проксима из созвездия Центавра 149
также относится к классу вспыхивающих звезд. Вряд ли
вокруг этого красного карлика есть обитаемые плане-
ты — непостоянство светового и теплового режима не
способствует возникновению и эволюции биосфер.
Вулканизм планет, солнечные вспышки, бурные
процессы в атмосферах звезд типа UV Кита — все это
лишь i/кжние ступени «лестницы взрывов», наблюдае-
мых в космосе. Следующая ступень — так называемые
новые звезды.
Еще во II веке н. э. знаменитый греческий астроном
Гиппарх заметил в созвездии Скорпиона какую-то не-
знакомую новую звезду. Проблистав на небе непродол-
жительное время, новая звезда постепенно потускнела,
а затем и вовсе скрылась, как бы растаяв в черной безд-
не неба.
Древние китайские астрономы регистрировали появ-
ление на небе каждой новой звезды. Погостив непродол-
жительное время на небе, удивительные звезды неиз-
менно исчезали, что и дало право китайским астроно-
мам всякую новую звезду называть «звездой-гостьей».
Одна из таких звезд, вспыхнувшая в 1572 году, достиг-
ла такой яркости, что известный датский астроном Тихо
Браге и многие другие видели ее даже днем, при полном
солнечном свете.
Подобные события прослеживаются на протяжении
всей истории человечества.
Совсем недавно, в 1975 году, в созвездии Лебедя по-
явилась одна из самых ярких новых звезд. В момент на-
ибольшего блеска она соперничала с ярчайшими звезда-
ми неба, тогда как до вспышки (что удалось проследить
по старым фотоснимкам этого участка неба) новая звез-
да из созвездия Лебедя принадлежала к звездам 21-й
звездной величины, различаемым только в самые мощ-
ные телескопы. Это означает, что во время вспышки ее
яркость возросла в 10 миллионов раз.
Читатель, конечно, заметил, что наименование «новая
150 звезда» крайне неудачное. Оно создает впечатление, что
мы присутствуем при образовании, зарождении какой-то
новой, ранее не существовавшей звезды. На самом деле
все обстоит иначе. Некоторые невидимые глазом звезды
переживают какие-то очень мощные вспышки, после ко-
торых снова возвращаются в прежнее состояние.
Подмечено, что чем мощнее вспышка новой звезды,
тем быстрее она возвращается к прежнему блеску. Воз-
растание в блеске занимает обычно несколько суток,
тогда как угасание новой звезды иногда растягивается
на многие месяцы. После вспышки вокруг новой звезды
появляется небольшая, постепенно расширяющаяся ту-
манность. Она состоит из газов, выброшенных звездой,
которые движутся во все стороны прочь от звезды со
скоростями до тысячи километров в секунду. Туман-
ность, созданная новой звездой, имеет обычно шансы
просуществовать десятки лет, прежде чем ее газы окон-
чательно рассеятся в межзвездном пространстве.
Каждый год в нашей Галактике вспыхивает около
40 новых звезд. Это означает, что за время жизни Га-
лактики (около 10 миллиардов лет) каждая новая звез-
да вспыхивает много раз, причем интервалы между
вспышками заключены в пределах от десяти тысяч до
миллиона лет.
Что же вызывает эти далекие взрывы? Почему для
звезды они не становятся катастрофическими?
Установлено, что все новые звезды — двойные звез-
ды. Каждая такая пара звезд состоит из белой, очень
горячей карликовой звезды (белого карлика) и нор-
мальной звезды, лишь немногим уступающей Солнцу по
размерам и массе. Такие пары звезд очень тесные, и
близость звезд друг другу создает условия, при кото-
рых газы атмосферы нормальной звезды перетекают на
поверхность белого карлика. Происходит это не сразу —
струя газа от нормальной звезды предварительно закру-
чивается вокруг белого карлика и лишь после многих
оборотов попадает на его поверхность. В этой струе мно-
го водорода, и, когда это термоядерное горючее нако-
151
пится в достаточном количестве, наступает взрыв, осво-
бождающий белого карлика от избытка водорода. В этот
момент с Земли и наблюдают вспышку новой звезды.
Такова одна из популярных нынешних гипотез.
Поднимаясь снова еще на одну ступень «лестницы
взрывов», мы встречаемся со сверхновыми звездами.
Это название показывает лишь одно — речь опять идет
о вспышках звезд, но только несравнимо более мощ-
ных, чем те, о которых до сих пор шла речь.
История донесла до нас сведения о немногих сверх-
новых звездах. К ним, безусловно, относится необычай-
но яркая незнакомая звезда, вспыхнувшая в 1054 году
в созвездии Тельца. Последствия взрыва в виде знаме-
нитой Крабовидной туманности из созвездия Тельца мы
видим и сегодня. Внешние явления напоминают вспыш-
ки обычных новых звезд. Но масштабы событий и ре-
зультаты совсем другие.
Сверхновые звезды разгораются примерно в течение
7—10 дней. Достигнув максимума блеска, они светят
так, как светили бы одновременно несколько миллиар-
дов Солнц. Лишь огромная удаленность сверхновых
звезд от Земли скрывает их истинные свойства. За пе-
риод вспышки сверхновая звезда излучает столько же
энергии, сколько выделило Солнце за все 5 миллиардов
лет своего существования. Взорвавшись и сбросив с себя
внешние газовые оболочки, сверхновая звезда (в отли-
чие от новой) уже никогда больше не возвращается в
прежнее состояние.
До взрыва она принадлежала к числу очень массив-
ных гигантских звезд, по массе в несколько раз превос-
ходящих Солнце. После взрыва она превращается или в
быстроеращающуюся сверхплотную нейтронную звезду,
или даже в черную дыру, испытав при этом гравитаци-
онный коллапс.
В центре Крабовидной туманности виден пульсар —
остаток сверхновой звезды 1054 года. Эта нейтронная
152 звезда, вращаясь с периодом всего в треть секунды, по-
Вспышка сверхновой звезды.
сылает переменное излучение почти во всех длинах волн
в сторону Земли. Во многих случаях остатки сверхно-
вых звезд — нейтронные звезды — недоступны наблюде-
ниям: слишком они малы и слишком быстро (в астроно-
мических масштабах времени!) рассеивается окружаю-
щая их туманность. В других галактиках сверхновые
звезды вспыхивают сравнительно часто, но детали этих
катастроф с Земли, конечно, не видны.
Всякую вспышку сверхновой звезды, скорее всего,
следует расценивать как катастрофический финал жизни
многих, если не всех, массивных звезд. Более мощных
взрывов отдельных космических тел мы не знаем.
153
Звездные
ассоциации
[	\ Не всегда космические взрывы проявляются
।	I* I так непосредственно, как в новых и сверхно-
\ J вых звездах. В иных ситуациях видны по-
следствия взрыва, тогда как его виновники
остаются в тени. Именно так обстоит дело с особыми
системами из звезд, которые известный советский аст-
роном академик В. А. Амбарцумян назвал «звездными
ассоциациями».
Они были открыты В. А. Амбарцумяном в 1947 го-
ду. Под термином «звездные ассоциации» в настоящее
время понимают группировки однотипных или близких
по свойствам звезд, объединение которых в ограничен-
ном и сравнительно небольшом объеме пространства
нельзя считать игрой случая.
Различают два типа звездных ассоциаций. К так
называемым О-ассоциациям относят группировки горя-
чих гигантских бело-голубых звезд. Большинство из них
принадлежат к спектральному классу, который условно
обозначается буквой «О» — отсюда и наименование ас-
социации. Другой тип ассоциаций — так называемые Т-
ассоциации — получил свое обозначение от звезды Т из
созвездия Тельца — красного, холодного карлика. Звез-
ды такого класса образуют Т-ассоциации. Все они испы-
тывают неправильные колебания блеска, что, по-видимо-
му, вызвано нерегулярными выбросами в атмосферу
звезды раскаленных и яркосветящихся газов ее недр.
Между двумя типами звездных ассоциаций нет не-
проходимой грани. Некоторые из близких к Земле ©-ас-
социаций одновременно являются и Т-ассоциациями.
Возможно, что в будущем это поможет понять, как раз-
виваются звезды.
154 Небольшое количество звезд, образующих ассоциа-
цию (обычно число самых ярких из них не превышает
двух-трех десятков), подчас совершенно теряется на об-
щем звездном фоне других звезд Галактики. Неоцени-
мую помощь в таких поисках оказывает спектральный
анализ. Спектры звезд обоих типов звездных ассоциа-
ций резко выделяются среди спектров других звезд.
Именно поэтому остается пока неясным, принадлежат
ли к звездным ассоциациям звезды других достаточ-
но обыкновенных типов. Выделить среди заурядных
звезд те, которые не только видны в направлении ассо-
циации, но и реально принадлежат к ней, не так-то
легко.
Представьте себе, что все звезды, кроме тех, которые
объединены в ассоциации, исчезли. В таком случае на
черном фоне ночного неба мы увидели бы только от-
дельные группировки некоторых сходных по физиче-
ским свойствам звезд — звездные ассоциации. Звезды
каждой из ассоциаций близки не только на небе, но и в
пространстве. Звездные ассоциации не только видимые,
но и действительные объединения звезд.
Объем пространства, занимаемого звездной ассоциа-
цией, очень велик. Поперечники звездных ассоциаций
заключены в пределах от десятков до сотен световых
лет. И все же расчеты показывают, что объединение
звезд в ассоциации не случайно.
Приходилось ли вам, гуляя по улицам Москвы или
другого большого города, случайно встретиться в одном
месте и одновременно с тридцатью или сорока своими
знакомыми, для каждого из которых эта встреча была
также неожиданной? Вряд ли. Ведь это по здравому
житейскому смыслу невероятное или, лучше сказать,
крайне маловероятное событие. Еще менее вероятно
случайное объединение звезд в ассоциации: ведь звезд
в Галактике в тридцать тысяч раз больше, чем жите-
лей Москвы. К тому же и движение звезд упорядочен-
ное, совершаемое в основном вокруг центра Галактики,
что тоже уменьшает вероятность случайных встреч.
155
156
Звездные ассоциации.
Звездные ассоциации — не случайные объединения
звезд. Эти объединения недолговечны. Благодаря
большим размерам ассоциации и небольшому количест-
ву принадлежащих ей звезд, ассоциация сравнительно
быстро «рассосется» среди других звезд Галактики.
Звезды ассоциации, более близкие к галактическому яд-
ру, движутся вокруг него быстрее, чем более далекие.
В результате через некоторое время ассоциация растя-
нется в направлении движения всех звезд, а затем и во-
все распадется.
Распаду ассоциации содействует также притяжение
окружающих звезд.
Любопытно, что распад ассоциации совершается
очень быстро. По исследованиям В. А. Амбарцумяна,
любая из ассоциаций неизбежно должна распасться за
несколько десятков миллионов лет. Но если наблюдае-
мые нами ассоциации еще не распались, то, значит, они
возникли в астрономическом смысле недавно — не более
чем несколько десятков миллионов лет назад.
Еще в 1952 году астрономы обнаружили, что неко-
торые из ассоциации расширяются, причем это расшире-
ние нельзя объяснить действием тяготения галактиче-
ского ядра и окружающих ассоциацию звезд. Здесь про-
исходит иное. Создается впечатление, что звезды ассо-
циации расходятся в разные стороны от ее централь-
ной области со скоростями, близкими в среднем к 5—10
километрам в секунду. Можно подсчитать, когда имен-
но звезды ассоциации начали свое расширение из неко-
торого очень небольшого объема пространства. Если
это начало расширения отождествлять с возникновением
ассоциации, то оказывается, что у некоторых явно рас-
ширяющихся ассоциаций возраст измеряется всего не-
сколькими миллионами лет.
В. А. Амбарцумян считает, что такое расширение
из некоторого центра есть свойство всех ассоциаций.
Оно, разумеется, может только содействовать распаду
ассоциации. «Растворившись» после распада ассоциации
среди других звезд Галактики, принадлежавшие ей
звезды сохраняют ту скорость, с которой они когда-то
покинули центр ассоциации. Эта скорость всегда соче-
тается с гораздо большей скоростью движения звезд во-
круг центра Галактики. Поэтому «собственные», или,
как их называют, пекулярные, скорости звезд, достаточ-
но хаотичные, почти не мешают общему и в целом
стройному обращению всех звезд Галактики вокруг ее
ядра.
Все ли звезды Галактики возникают в виде ассоци-
аций?
Можно произвести такой подсчет. Исходя из коли-
чества открытых звездных ассоциаций, можно подсчи-
тать, что в Галактике в данный момент содержится
(в нераспавшемся, разумеется, виде) около тысячи
О-ассоциаций и около ста тысяч Т-ассоциаций. Прини-
мая, что возраст каждой ассоциации равен (в среднем)
десяти миллионам лет, а в каждой ассоциации содер-
жится тысяча звезд, можно прийти к выводу, что за
десять миллиардов лет (что соответствует в среднем ^57
возрасту самых старых звезд) через ассоциации должно
образоваться примерно столько же звезд, сколько их
фактически имеется в Галактике.
Расчет этот, конечно, приближенный. Он, скорее, мо-
жет быть назван прикидкой. Но результат его очень
важен: оказывается, все звезды Галактики могли пройти
через стадию звездных ассоциаций, прежде чем стали
отдельными, самостоятельными звездами. Поэтому
весьма вероятно, что возникновение звезд в виде ассо-
циаций есть единственный путь возникновения звезд.
Из чего возникают звезды?
По мнению В. А. Амбарцумяна и его сторонников,
звезды рождаются из особых, невидимых, сверхплотных
дозвездных тел. Начиненные огромными запасами внут-
ренней энергии, эти тела распадаются на части, оскол-
ки, которые превращаются в звезды и газово-пылевые
туманности. Не от разреженного к плотному, а наобо-
рот, от сверхплотного к разреженному — таково, по
мнению В. А. Амбарцумяна и его учеников, направление
генерального развития материи в обозримой части Все-
ленной. Эта смелая гипотеза, возникшая в 1947 году
в связи с открытием звездных ассоциаций, положи-
ла начало новому научному направлению в астроно-
мии. Оно зародилось на Бюраканской обсерватории в
Армянской ССР, и поэтому его именуют бюраканским.
Тем самым его отделяют от классического направле-
ния в астрономии, которого придерживается большин-
ство астрономов и которое, продолжая традиции Канта
и Лапласа, полагает, что развитие в космосе идет от раз-
реженного к плотному. Сгущение, а не распад — таково,
по мнению классиков, главное направление космических
процессов в космосе.
Дискуссия между этими двумя научными школами
продолжается. Возможно, как полагают некоторые аст-
рономы, что оба процесса — и сгущение и распад —
могут объяснить современную картину космоса. Как бы
158 ни решался в конце концов этот спор, очевидно одно —
Вселенная очень беспокойна, нестационарность присуща
почти всем космическим телам, и особенно мощные
взрывные процессы наблюдаются в мире невообразимо
огромных звездных систем.
Бурная жизнь
галактик
®Кто мог подумать, что слабенькая, почти не-
приметная звездочка тринадцатой величины,
теряющаяся в россыпи ночного неба, ока-
жется одним из самых удивительных объек-
тов космоса? А ведь она и схожие с ней небесные тела
еще меньшей яркости до 1963 года считались самыми
обыкновенными звездами.
На них и до сих пор не обратили бы внимания, если
бы из этих точек небосвода не исходило необычайно
сильное космическое радиоизлучение.
Поначалу таких источников насчитывалось всего
пять. Все попытки измерить их видимые размеры пер-
вое время кончались крахом — они казались неуловимо
малыми, практически точечными. Казалось бы, к ним
подходит термин «радиозвезда». Но это не звезды. Ес-
ли бы наше Солнце, типичную звезду, можно было уда-
лить на расстояние ближайшей звезды, то его радиоиз-
лучение ослабло бы в сто миллиардов раз и стало бы
просто неуловимым. Тем более неощутимо для совре-
менной радиотехники радиоизлучение всех других, еще
более удаленных обычных звезд. Поэтому и появилось
в астрономии новое имя: квазизвездные радиоисточни-
ки, или, сокращенно, квазары.
Первые пять квазаров (сейчас их насчитывается уже
более семисот) излучают достаточно яркий видимый свет,
чтобы можно было сфотографировать их спектр. Но ког-
да эти спектры были получены, потребовалось почти
159
два года, прежде чем удалось дать им правдоподобное
истолкование.
Внешне они совсем необычны. На фоне непрерывно-
го спектра выделялись яркие, так называемые эмиссион-
ные линии. Значит, источник непрерывного спектра
окружен газом. Но что это за газ? Над решением этого
вопроса астрофизики трудились около двух лет, пока не
опознали в самых главных, самых ярких линиях обыкно-
венный водород. Тот самый элемент, которого в космосе
больше всего. Только располагались эти линии не на
своем обычном месте, а в стороне, куда ближе, чем по-
лагается, к красному концу спектра. Именно из-за этого
их и не могли узнать. Позже без особого труда и дру-
гие линии в спектре квазаров отождествили с линиями
ионизированного кислорода и магния — элементов, ти-
пичных для газовых туманностей.
Мысль исследователей продолжала работать. Если
в спектре квазаров красное смещение очень велико, то
это можно объяснить одной из двух причин. Или ква-
зары необычайно массивны, и тогда (так получается по
теории относительности) в их спектре все линии дол-
жны быть значительно смещены к красному концу. Или
квазары — внегалактические объекты и подобно галак-
тикам удаляются с огромной скоростью от Земли. Тог-
да красное смещение в их спектрах объясняется хоро-
шо известным эффектом Допплера, и вызвано оно ог-
ромной скоростью их удаления. Попробуем проанали-
зировать обе эти возможности.
Допустим, что квазары — сверхмассивные или сверх-
плотные образования. Расчеты показывают: спектр
с очень сильным красным смещением может дать ней-
тронная или гиперонная звезда поперечником 10 км и
плотностью 1014г/см3. Но тогда она могла бы казаться
с Земли звездой тринадцатой звездной величины, толь-
ко если бы находилась не более чем в 0,3 световых го-
да от Солнца, то есть фактически внутри нашей Сол-
160 нечной системы. При массе, близкой к солнечной, ней-
тронная звезда так сильно нарушила бы своим тяготе-
нием стройное движение планет, что ее наверняка заме-
тил бы еще Кеплер в XVII веке. С другой стороны,
толщина атмосферы нейтронной звезды ничтожно
мала: всего несколько метров. Такая атмосфера никак не
может дать тех линий, которые мы наблюдаем в спек-
тре квазаров. Наконец, при полете Земли вокруг Солн-
ца положение квазаров на нашем небе никак не меняет-
ся. С учетом точности современных методов из этого
можно сделать вывод, что от квазаров до Солнца не
меньше 6000 световых лет. Помня, что светимость
небесного тела тем больше, чем больше его масса, при-
ходим к выводу, что масса квазаров (учитывая их зна-
чительную видимую яркость) должна быть неправдо-
подобно большой.
До открытия квазаров считалось, что все звезды —
и гиганты и карлики — по массе немногим отличаются
друг от друга. Ведь каждая звезда должна быть устой-
чивым образованием: тяготение, заставляющее массу
звезды стягиваться к ее центру, в нормальной, обыч-
ной звезде уравновешивается газовым давлением, упру-
гостью газа, световым излучением, как бы «распираю-
щими» звезду изнутри.
При очень больших массах, скажем, в сотни раз
больше солнечной, звезда становится неустойчивой.
Сильно возросшее излучение как бы разваливает такую
сверхмассивную звезду на части.
Однако теоретические расчеты астрофизиков пока-
зали: при весьма больших массах (например, в мил-
лионы раз превосходящих солнечную) наступает качест-
венно новое явление. Тяготение оказывается настолько
мощным, что сдерживает излучение, разрывающее звез-
ду. Мало того, тяготение становится главной, практиче-
ски единственной силой, определяющей судьбу сверх-
массивной звезды. Под его действием звезда пережива-
ет так называемый гравитационный коллапс, сжатие.
Она спадает внутрь себя и приобретает при этом фанта-
11 Ф. Ю. Зигель
161
стическую плотность. Крупинка, в тысячу раз меньше
булавочной головки, при такой плотности весила бы
миллиард миллиардов тонн, что не идет ни в какое срав-
нение даже с плотностью нейтронных звезд.
Теоретически предсказано, что именно должен уви-
деть наблюдатель со стороны, глядя на такую звезду.
Если бы квазары находились внутри нашей Галактики
и при том переживали гравитационный коллапс, мы бы
наблюдали явления несравненно более грандиозные,
чем те, которые фактически совершаются на земном небе.
Короче говоря, есть много убедительных доводов
в пользу того, что квазары находятся за пределами на-
шей Галактики и красное смещение в их спектрах вы-
звано их стремительным удалением. Но если это так,
то неизбежно следуют головокружительные выводы.
Галактики, как уже говорилось, подчиняются так назы-
ваемому закону Хаббла: чем дальше галактика от Зем-
ли, тем быстрее она от нее удаляется — красное сме-
щение в спектре галактик пропорционально их расстоя-
нию от нашей планеты.
Это правило должно относиться и к квазарам.
Итак, до квазара, обозначаемого символически
3C273 — три миллиарда световых лет. Квазар ЗС48
еще вдвое дальше. Но с чудовищных, не поддающихся
наглядному представлению расстояний квазары светят
столь ярко, что некоторые из них можно увидеть даже
в небольшие самодельные телескопы. Это означает,
что каждый квазар излучает света примерно в сто раз
больше, чем все, вместе взятые, полтораста миллиар-
дов звезд нашей Галактики.
Мы можем объяснить такую яркость лишь необычай-
но большой массой — ведь излучать электромагнитные
волны в конечном счете способно только вещество. Мо-
жет быть, квазары — просто обычные галактики, толь-
ко гораздо более массивные, чем наша звездная система
или туманность Андромеды? Но такое, казалось бы,
162 естественное предположение отпадает.
После того как открыли квазары, многие из них уда-
лось найти и на старых снимках, сделанных десятки лет
назад. Изучая эти старые негативы, астрономы замети-
ли, что с 1896 по 1963 год видимая яркость квазара
3C273 колебалась в пределах 0,7 звездной величины.
К подобным выводам пришли и американские исследо-
ватели, причем в конце концов выяснилось, что блеск
квазаров заметно меняется не только за годы, но иногда
даже на протяжении одного-двух дней. Значит, квазары
никак не могут быть галактиками.
В самом деле, любой процесс распространяется со
скоростью, не большей скорости света. Если в каком-ни-
будь районе галактики начался процесс, возбуждаю-
щий повышенное излучение, то он распространится на
всю галактику только через тысячи и десятки тысяч
лет — ведь поперечники звездных систем десятки тысяч
световых лет. Не могут же все звезды галактики как по
команде и без всякой физической связи друг с другом
вдруг увеличить или уменьшить свою яркость!
Отсюда вывод — поперечники некоторых квазаров
не превосходят несколько световых дней, что, конечно,
несравнимо с размерами даже самых маленьких из кар-
ликовых галактик.
С другой стороны, удалось выявить детали строе-
ния некоторых квазаров. Как уже говорилось, яркие ли-
нии в их спектре показывают, что, по крайней мере,
внешняя часть этих объектов представляет собой горя-
чий газ. Этот газ движется во все стороны со скоро-
стью две-три тысячи километров в секунду — только
этим можно объяснить необычную ширину, размазан-
ность ярких линий в спектре квазаров. Однако при этом
он продолжает окутывать ядро квазара, дающее непре-
рывный спектр. Значит, тяготение, удерживающее газ,
очень велико, и масса центральной части квазара ни-
как не меньше сотни миллионов солнечных масс. На не-
которых снимках видны туманности, окутывающие ква-
зары, или, точнее, являющиеся их частью. Возможно,
163
Фото квазара.
что они имеют волокнистую структуру, подобно Крабо-
видной туманности.
Квазары излучают ультрафиолетовые лучи весьма
мощно. На всех диапазонах электромагнитного спект-
ра — и видимом и невидимом — квазары, без сомнения,
самые мощные излучатели космоса. При такой расточи-
тельности жизнь квазара, или, точнее, стадия квазара в
жизни какого-то небесного объекта, не может быть
очень продолжительной. Вероятно квазары могут суще-
ствовать не более нескольких миллионов лет.
Итак, известны как будто размеры квазаров, уда-
лось кое-что разглядеть в их строении и даже назвать
предполагаемый срок жизни. Но это еще не значит, что
квазарам удалось найти объяснение. Десятки гипотез
конкурируют друг с другом.
164
Если верить одной из них, то квазар — это серия
одновременных взрывов огромного числа сверхновых
звезд. В центральных областях галактик, где звезды
расположены гораздо гуще, чем в окрестности Солнца,
взрыв одной сверхновой звезды вызовет взрыв сосед-
ней, к ней близкой. Произойдет нечто вроде детонации
или цепной реакции. И... образуется квазар.
Гипотеза эта малоубедительна. Ничем не доказано,
возможна ли такая цепная реакция вообще. Наблюдае-
мое строение квазаров также плохо вяжется с таким
предположением. Есть и другие причины, заставляющие
искать иные объяснения.
Конечно, надо признаться, мы еще плохо понимаем,
что такое квазары.
Квазаги — объекты, в некоторых отношениях похо-
жие на загадочные квазары. У них есть ряд общих фи-
зических черт да и история открытия весьма сходна.
Астрофизики обратили внимание на странные голу-
боватые звездочки с резко усиленной ультрафиолето-
вой частью спектра. Вскоре выяснилось, что это вовсе
не звезды, а внегалактические тела, излучающие свет
столь же расточительно, как и квазары. Как и у кваза-
ров, их размеры оказались небольшими, и сейчас за ни-
ми утвердилось наименование квазизвездных галактик,
или, сокращенно, квазагов.
Пожалуй, только в одном квазаги отличаются от
квазаров. У них нет никакого сколь-либо заметного ра-
диоизлучения. Возможно, что квазагов в сотню раз
больше, чем квазаров. Ныне складывается впечатление,
что каждый квазаг на непродолжительное время стано-
вится квазаром, то есть сверхмощным источником кос-
мического радиоизлучения.
Астрономы Бюраканской обсерватории во главе
с академиком В. А. Амбарцумяном связывают квазары
и квазаги еще с одним типом объектов — галактиками,
отличающимися большой активностью своих ядер.
Пример такой галактики — далекая звездная систе-
165
Галактика М-82.
ма, обозначенная в каталогах символом М-82. На сним-
ке, сделанном в лучах водорода, четко выделяются во-
локна, как щупальца вытянувшиеся из центрального
ядра. Даже по первому внешнему впечатлению можно
прийти к выводу, что в этой галактике, удаленной от нас
на 25 миллионов световых лет, совершаются какие-то
необычно бурные процессы.
Так оно и есть — спектр галактики М-82-совершенно
недвусмысленно показывает, что вещество волокон расте-
166
кается прочь от ядра со скоростью около тысячи кило-
метров в секунду. По-видимому, где-то в ядре этой га-
лактики несколько миллионов лет назад произошел
мощнейший взрыв, породивший стремительное истече-
ние водорода.
Волокнистостью своей структуры галактика М-82 не-
сколько напоминает Крабовидную туманность. А вот
у галактики М-87, в два раза более далекой, чем М-82,
наблюдается странный мощный выброс из ядра. Цвет
его голубой, а длина составляет несколько десятков ты-
сяч световых лет. Судя по спектру, из ядра галактики
М-87 до сих пор продолжается истечение вещества.
Галактика М-82 посылает к Земле весьма заметный
поток рентгеновского излучения, а галактика М-87 —
один из самых мощных радиоисточников на земном небе
(источник Дева А.). Если сравнить галактику М-87
(она же Дева А.) с фотоснимком квазара 3C273, то
сходство получится разительное. Опять выброс, опять
мощное радиоизлучение.
Бюраканский астрофизик Б. Маркарян недавно дока-
зал, что у некоторых галактик ядра немного голубее,
чем у остальных обычных звездных систем. Здесь на-
прашивается аналогия с голубым выбросом галактики
М-87. Но ведь голубизна в таких случаях вызывается
повышенным ультрафиолетовым излучением объекта,
а это в свою очередь порождено какими-то весьма ак-
тивными космическими процессами.
В центральных областях галактик, возможно, сосредо-
точены невидимые сверхплотные, начиненные колоссаль-
ными запасами энергии дозвездные тела. Их деление, их
преобразование в наблюдаемый нами газ сопровождается
мощнейшими взрывами, то есть резким скачкообразным
выделением энергии. Если это так, то квазары, квазаги
и галактики с весьма активными ядрами — это лишь
звенья одной цепи, цепи преобразований невидимого до-
звездного вещества в видимые, знакомые нам космиче-
ские объекты.
167
«Гипотеза, возникшая в Бюраканской обсервато-
рии, — пишет академик В. А. Амбарцумян, — заклю-
чается в том, что материя, выбрасываемая при взрывах,
с самого начала входила в состав некоего сверхмассив-
ного гипотетического тела, составляющего сердцевину
ядра. Активность ядра — это результат деятельности
этого сверхмассивного тела, масса которого может до-
стигать сотен миллионов или даже миллиардов масс
Солнца. По этой гипотезе не ядро образовалось в уже
существующей галактике, а галактика возникла в ре-
зультате активности ядра».
К сожалению, до сих пор в центре галактик астро-
номы не видят тел, которые с полным основанием мож-
но было бы назвать дозвездными. Под ядром галактики
понимают шарообразное сгущение звезд, окружающее, ее
геометрический центр. Но это, повторяем, тесное ско-
пище обычных звезд, не более. В центре ряда галактик,
в том числе и нашей, замечены ядрышки, или керны,
как их иначе называют. Например, в туманности Андро-
меды ядрышко выглядит ослепительно ярким, а попе-
речник его невелик — около 40 световых лет. Вращает-
ся оно вокруг оси как твердое тело, завершая полный
оборот за полмиллиона лет. Масса ядрышка примерно
в 13 миллионов раз больше массы Солнца. Легко под-
считать, что сверхплотным оно быть никак не может.
Значит, и эти центральные тела некоторых галактик не
могут считаться дозвездными.
Поиски невидимых дозвездных тел продолжаются.
А пока они не будут найдены, связь квазаров и кваза-
гов с гипотетическими дозвездными телами остается
лишь более или менее вероятным предположением.
Стоит упомянуть и еще об одной оригинальной
гипотезе, защищаемой некоторыми астрономами. По
их мнению, квазары — это остатки того сверхплотного
исполинского Прототела, взрыв которого примерно
15 миллиардов лет назад привел к образованию всей на-
168 блюдаемой нами Вселенной. По этой гипотезе получает-
ся, что каждый квазар — это как бы расширяющаяся
Вселенная в миниатюре. Остается, однако, необъясни-
мым спектр квазаров, обилие в них тяжелых элементов,
ведь в гипотетическом Прототеле их заведомо не было.
В отличие от квазаров и квазагов, наша Галактика
и соседняя звездная система, давно известная под на-
званием туманности Андромеды, представляют собой в
целом сравнительно спокойные образования. В их цент-
ральных областях наблюдаются истечения водорода, но
мощь этих процессов мала и не идет ни в какое сравне-
ние с тем, что происходит в квазарах и квазагах. Со-
здается впечатление, что существует постепенный пе-
реход от спокойных звездных систем вроде той, в кото-
рой мы живем, к активным галактикам, наиболее бур-
ные процессы в которых связаны с их ядрами. На вер-
шине этой энергетической лестницы размещаются кваза-
ры, которые по ряду причин можно считать молодыми
ядрами зарождающихся галактик.
Так как расстояния до квазаров составляют мил-
лиарды световых лет, явления, наблюдаемые в них, от-
носятся ко временам, очень близким к Большому Взры-
ву. Выходит, что по мере удаления в прошлое мы встре-
чаем объекты все с большим и большим энерговыделе-
нием. Трудно отделаться от впечатления, что это, види-
мо, не случайно, а как-то связано с последствиями Боль-
шого Взрыва.
Не только отдельные галактики, но и их скопления
зачастую несут в себе информацию о когда-то происхо-
дивших мощнейших взрывах. В Бюраканской обсерва-
тории обнаружено много групп и скоплений галактик,
распадающихся подобно звездным ассоциациям.
Скорости взаимного удаления галактик в таких рас-
падающихся системах порой достигают многих десятков
тысяч километров.
Особенно интересны взаимодействующие галактики,
открытые и подробно изученные выдающимся советским
астрономом Б. А. Воронцовым-Вельяминовым. Состав-
169
ленный им и его сотрудниками каталог содержит 30 000
объектов — удивительных по форме и явно взаимодей-
ствующих между собою звездных систем. Какие только
странные формы тут не встречаются! В созвездии Рыб,
например, есть две галактики, связанные между собою
длинным звездным хвостом, имеющим протяженность
в 230 000 световых лет. В других случаях хвосты двух
почти соприкасающихся галактик направлены в противо-
положную сторону, что свидетельствует о мощных си-
лах отталкивания, определяющих необычную форму
галактик. В ряде случаев эти формы таковы, что объяс-
нить их можно лишь распадом системы из двух или
большего числа галактик. Наконец, расширение всей со-
вокупности наблюдаемых нами галактик можно также
рассматривать не как последствия взрыва всей Вселен-
ной, а какого-то сверхплотного космического тела, на-
чиненного колоссальными запасами внутренней энер-
гии. С такой точки зрения, первоначальный Большой
Взрыв породил многочисленные осколки, которые,
взрываясь и дробясь все дальше и дальше, до сих пор
проявляют свой изначальный энергетический запас во
всех взрывных явлениях окружающего нас Мироздания.
А что там,
за горизонтом?
f \ Процесс познания окружающей нас Вселен-
I	] ной часто сравнивают с кругом, радиус кото-
\ J рого непрерывно возрастает. Сегодня граница
S круга дотянулась до квазаров, удаленных на
15 миллиардов световых лет. Все, что находится внутри
этой границы, в принципе доступно нашему исследова-
нию, но то, что лежит за границей круга познания, оста-
ется пока неизвестным и может быть лишь предметом
170 догадок и предположений. Граница служит тем горизон-
том сегодняшних знании, за которым простирается не-
известное.
Подумайте, как поразительна сила и мощь человече-
ской науки: со времен Галилея, то есть меньше чем за
четыре века, она проникла в такие дали Вселенной, до
которых луч света доходит лишь за миллиарды лет!
В этом смысле область познания расширяется со ско-
ростью, несравнимо большей скорости света.
Но чем больше радиус круга, тем длиннее ограни-
чивающая его окружность. Отсюда следует, что растут
не только наши знания. Непрерывно увеличивается и
пограничная зона соприкосновения известного с неиз-
вестным. А это значит, что каждое открытие приносит
с собой и множество новых, нерешенных проблем.
И так будет продолжаться всегда, потому что Вселен-
ная неисчерпаема, как бесконечен в принципе и про-
цесс ее познания. Поэтому не удивительно, что на пе-
реднем крае фронта познания, там, где близок горизонт
сегодняшней науки, неизбежны неясности, споры, го-
рячие дискуссии. Ждать здесь готового, оконча-
тельного, бесспорного ответа не приходится. А ведь
захватывающе интересны не только бесспорные знания,
но и сам процесс их получения. Когда-то известный со-
ветский астрофизик А. А. Белопольский сказал: «Если
гипотеза подтверждается, это приятно, а если не под-
тверждается — это интересно». Было бы хорошо, если
бы читатель отнесся именно с таким живым, научным
интересом к тем спорным вопросам, о которых сейчас
пойдет речь.
В современной астрономии, как уже говорилось, сло-
жилось два противоположных научных направления, по-
разному оценивающих ход эволюции в наблюдаемой
нами части Вселенной. Сторонники классического
направления (к ним принадлежит большинство ученых,
в том числе и такие крупные физики, как академики
В. Л. Гинзбург и Я. Б. Зельдович) полагают, что раз-
витие космических тел идет в направлении от разре- 171
женного к плотному и даже сверхплотному. Из газов и
пыли, образовавшихся после Большого Взрыва, сгусти-
лись сначала галактики, а затем внутри них звезды и
планетные системы. Их оппоненты, сторонники бюра-
канского направления во главе с академиком В. А. Ам-
барцумяном, считают, что все или почти все факты го-
ворят об обратном — всюду во Вселенной из плотного
и сверхплотного вещества за счет взрывных процессов
невиданной мощи образуются менее энергичные и более
разреженные космические объекты — галактики, звез-
ды, планеты. Взрывается, как полагает В. А. Амбарцу-
мян, во всех случаях сверхплотное, начиненное колос-
сальными запасами энергии, но пока непосредственно не
наблюдаемое дозвездное вещество.
Одни и те же факты при этом толкуются по-разно-
му. Взрывные явления в ядрах галактик бюраканцы
объясняют распадом дозвездного вещества, а класси-
ки — образованием огромных черных дыр, при котором
вещество испытывает максимально возможное сжатие.
С точки зрения бюраканцев, квазары — это молодые
ядра зарождающихся галактик, то есть, по существу,
фрагменты, осколки сверхплотного Первотела, породив-
шего Большой Взрыв. В ответ на это классики разрабо-
тали теоретическую модель так называемого магнито-
ида — огромного тела, в котором быстрое вращение,
магнитные поля и вихревые движения в оболочке по-
рождают мощное излучение.
Классики убеждены, что для объяснения всех от-
крытых доныне космических явлений вполне достаточ-
ны уже известные нам физические законы. Бюраканцы
обращают их внимание на то, что при переходе от окру-
жающего нас Макромира к Микромиру, то есть миру
элементарных частиц, пришлось ввести новые физические
законы, не встречающиеся в земном обиходе. Тем бо-
лее естественно ожидать, что при несравненно большем
изменении масштабов, то есть при переходе в Мега-
172 мир, мир галактик и их систем, известные нам законы
Взрывные процессы в галактиках.
физики могут оказаться недостаточными для объясне-
ния наблюдаемых там явлений. И при этом бюраканцы
ссылаются на такие факты, как странная, непонятная
форма многих взаимодействующих галактик — среди
них встречаются огромные кольца из звезд без цент-
рального ядра или длинные, палкообразные звездные
системы.
Другой пример — колоссальное, ни с чем не сравни-
мое энерговыделение квазаров. За время своей жизни 173
квазар выделяет во внешнее пространство 1062 эрг —
фантастическая величина, для которой трудно подобрать
образное сравнение. Если предположить, что квазар —
это сверхзвезда, в которой, как и в Солнце, постепенно
выгорает водород, то масса такой звезды должна до-
стигать миллиарда солнечных масс. Ясно, что такое
тело реально существовать не может — даже при зна-
чительно меньшей массе оно неизбежно превратится в
черную дыру. Современной физике и в самом деле неиз-
вестны процессы, которые могли бы объяснить энерго-
выделение квазаров.
Кстати, с квазарами связана еще одна фундамен-
тальная загадка. В 1976 году с помощью сложной и вы-
сокоточной аппаратуры были измерены угловые смеще-
ния на небе отдельных частей некоторых квазаров.
Неожиданно выяснилось, что эти смещения относитель-
но велики, и, если учесть расстояние до квазара, полу-
чается, что его части в некоторых случаях движутся
с видимыми скоростями, до 10 раз превышающими
скорость света. Может быть, квазары, как одно время
думали некоторые ученые, гораздо ближе к нам, чем мы
считаем? Однако такое предположение пришлось оста-
вить, так как нашли ряд квазаров, находящихся среди
скоплений галактик и имеющих такое же красное сме-
щение, как и они.
Предложены были и другие объяснения. Например,
полагали, что разлет частей квазаров — явление кажу-
щееся. На самом деле в квазарах одна за другой, не-
коей цепочкой вспыхивают сверхновые звезды, которые
и создают иллюзию сверхсветового движения. Выдви-
гались и другие столь же искусственные и неправдопо-
добные объяснения. Среди них, пожалуй, любопытно то,
которое допускает изменчивость во времени скорости
света. Ведь квазары мы видим такими, какими они
были миллиарды лет назад. Почему бы не предполо-
жить, что в ту эпоху скорость света была больше,
174 чем теперь? Если это так, факты сверхсветовых скоро-
стей в квазарах как будто находят себе объяснения.
Казалось бы, естественно допустить и другое: ско-
рость света, вопреки общепринятому мнению, не являет-
ся постоянной и предельной. В разных частях Вселенной
и в разных условиях она различна. Однако такое допу-
щение подрывает основы теории относительности Эйн-
штейна, в истинности которой подавляющее большинство
ученых не сомневается. Короче говоря, загадка сверх-
световых скоростей в квазарах пока остается нере-
шенной.
По современным данным, средняя плотность вещест-
ва во Вселенной меньше критической и равна ( 10“3,г/см3).
А это означает, что Вселенная не замкнута, и хотя вблизи
тяготеющих масс пространство искривлено, в целом это
пространство и безгранично, и бесконечно. Можно ду-
мать, что оно при этом содержит бесчисленное множест-
во звезд и звездных систем. Если это так, то гипотеза
о Большом Взрыве относится не ко всей Вселенной в це-
лом, а лишь к тому сверхплотному Первотелу, взрыв
которого и породил окружающую нас часть бесконечной
Вселенной. Тогда отпадает и вопрос о начале времени,
то есть о моменте взрыва всей Вселенной. Окружающее
нас Мироздание оказывается вечным, а Большой
Взрыв — лишь эпизод в развитии вечной и неисчерпае-
мой материи.
«В последние годы, — пишет академик В. Л. Гинз-
бург, — чаша весов склоняется в пользу открытой мо-
дели, если не принимать во внимание возможность
существования черных дыр и считать массу покоя нейт-
рино равной нулю или достаточно малой. В целом же
вопрос о выборе между закрытой и открытой моделью
остается еще совершенно нерешенным».
Как это ни удивительно, но даже, казалось бы,
ясный вопрос о разбегании галактик, или, точнее, о рас-
ширении всей наблюдаемой нами их совокупности, про-
должает подвергаться сомнению.
В окружающем нас Мироздании галактик очень 175
Облака галактик.
много. Они образуют огромные сгущения — облака га-
лактик. Найден участок неба, где на площади в 36 квад-
ратных градусов сосредоточено 113 облаков галактик,
в которых различимо в отдельности более 120 000 звезд-
ных систем. Некоторые же из облаков имеют плотность
220 032 галактики на один квадратный градус. Под-
черкнем, что речь идет о галактиках, каждая из которых
содержит миллионы и даже миллиарды отдельных
звезд!
По исследованиям Ж. Вокулёра, существует и еще
более крупная система, чем облака галактик. Он назвал
ее Сверхгалактикой, или Галактикой галактик. По его
расчетам, она похожа на сплюснутую чечевицу диамет-
ром около 100 миллионов световых лет. Наша Галакти-
ка находится в 30 млн. световых лет от центра Сверх-
176 галактики и завершает его облет лишь за 100 миллиар-
дов лет. Общее количество звезд в Сверхгалактике пре-
вышает тысячу биллионов.
Конечно, все эти выводы требуют дальнейшего под-
тверждения, но вряд ли можно сомневаться, что вещест-
во во Вселенной распределено далеко не равномерно.
Несмотря на все споры и сомнения, очевидно, что
доступная нам часть Вселенной весьма далека от тепло-
вой смерти. Она полна жизни, энергии и в астрономиче-
ских масштабах еще очень молода. Что находится за
горизонтом познанного, мы достоверно не знаем. Весьма
вероятно, что и там есть галактики, звезды, планетные
системы, а может быть, и какие-то иные, неизвестные
нам формы космической материи. Скорее всего, Вселен-
ная бесконечна и содержит в себе бесчисленное мно-
жество космических тел.
Отнюдь не праздным выглядит вопрос: есть ли дру-
гие вселенные? Если наша Вселенная замкнута и
представляет собой, по мнению сторонников гипотезы
о расширяющейся Вселенной, четырехмерную раздуваю-
щуюся сферу, то что мешает предположить, что в че-
тырехмерном пространстве есть и другие подобные
сферы или какие-нибудь иные образования, вполне за-
служивающие наименования вселенных? Почему бы не
допустить, что существуют и пространства более высо-
ких измерений и весь Мир, все сущее в таком случае
чем-то напоминает многослойный пирог или, скорее,
игрушечную матрешку, в которой миры более высокого
измерения содержат в себе миры низших измерений?
Конечно, все это предположить можно, но таков ли
Мир на самом деле, нам неизвестно. И все-таки какое-то
подспудное убеждение, какая-то не всегда осознанная
интуиция заставляет нас считать Мир, материю неис-
черпаемой во всех отношениях.

Глубины
) материи
Научные истины всегда парадок-
сальны, если судить на основании
повседневного опыта, который
улавливает лишь обманчивую
видимость вещей.
Карл Маркс
В поисках
простоты
® Человек живет и действует на перекрестке
бесконечностей. Материя, то есть та объек-
тивная реальность, которая составляет мир,
бесконечна и неисчерпаема не только вширь,
но и вглубь. В первом нас убеждает весь многовековой
опыт исследования космоса. Мегамир — огромный, не
имеющий границ мир звезд, галактик и более крупных
объединений космического вещества — явно не уклады-
вается в какие-либо рамки пространства и времени.
Но есть и другая область материального бытия, Микро-
мир, под которым обычно понимают мир мельчайших
частиц вещества и сил (или, точнее сказать, физиче-
ских полей), объединяющих их в различного рода взаи-
модействиях. Человек принадлежит к третьему миру,
который обычно принято называть Макромиром. По
существу, это мир земной и околоземной природы, в 179
котором вещи по размерам сопоставимы с размерами
человеческого тела и в котором действуют привычные,
хорошо известные в земной практике законы.
Переходя от описания некоторых черт Мегамира
к хотя бы самому общему знакомству с Микромиром,
автор испытывает затруднения. Причина не только в
огромном объеме современных знаний физики Микро-
мира, а в том, что сам этот мир описать куда труднее,
чем звезды, галактики и то, что с ними происходит.
Обычные в земной практике понятия и законы теряют
смысл в Микромире. Многое в этом мире буквально
непредставимо, то есть не обладает хотя бы минималь-
ной степенью наглядности. И иногда с грустью вспоми-
наешь известную шутку Ф. Вольтера: «Когда говоря-
щий не понимает, что говорит, а слушающий делает
вид, что понимает говорящего, это — метафизика»1.
Уверен, что читатель не примет эту шутку всерьез.
Современная атомная физика — сложная наука, одна из
ведущих отраслей современного естествознания, наука,
во многом определяющая будущее человечества.
А в том, что ее выводы не всегда наглядны и нередко
парадоксальны, повинны не физики, а Природа. Ниот-
куда не следует, что Природа даже в своих глубинных
основах должна быть простой.
Еще древнегреческий философ-материалист Демо-
крит ввел понятие атомов — неделимых, простейших
или элементарных частиц, из которых, как он полагал,
состоят все предметы как на Земле, так и на небесах.
На протяжении веков идеи Демокрита не получили
дальнейшего развития — чтобы проникнуть в глубь
вещества, должны были появиться технически сложные
средства исследования.
На первых порах в глубины вещества физикам
помогли пробраться те же лучи света, которые с неза-
памятных времен служили, да и служат связующей
180
Метафизика — антинаучный способ мышления.
Схема спектроскопа.
нитью астрономов с космическими телами. Первым при-
бором атомной физики еще в прошлом веке стал спект-
роскоп. В простейшем варианте его устройство весьма
незамысловато. Спектроскоп состоит из двух трубок и
трехгранной призмы, помещенной между ними. Первая
из них, обращенная к объекту, называется коллимато-
ром. На одном ее конце имеется узкая щель, а на
другом — собирательная линза, причем щель находится
в фокусе линзы. По законам оптики свет, прошедший
через коллиматор, выходит из него параллельным пуч-
ком и падает на призму, которая разлагает его в спектр.
Этот спектр рассматривается затем во вторую трубку,
которая, по существу, является обычной зрительной
трубкой.
181
Спектр, в сущности, есть совокупность разноцвет-
ных изображений щели коллиматора. Для растягивания
спектра в длину иногда вместо одной призмы можно
использовать несколько.
Если зрительную трубу в спектроскопе заменить
фотокамерой, получится спектрограф. С его помощью
можно получать фотографии спектров небесных светил,
называемые спектрограммами. Различают три основных
типа спектров.
Когда источником света является твердое или
жидкое раскаленное тело или очень сильно нагретый
ионизированный газ, то спектр получается сплошным,
или непрерывным. При наблюдении в спектроскоп такой
спектр выглядит непрерывной радужной полоской с
постепенным переходом цветов от красного к фиолето-
вому. Непрерывный спектр порождается также очень
плотным светящимся газом.
Спектр светящегося разреженного газа представ-
ляет собой совокупность отдельных узких разноцвет-
ных линий на черном фоне. Такой спектр называется
линейчатым. Так как каждый газ дает в спектре только
свои, присущие ему линии, изучение линейчатых спект-
ров позволяет выявить химический состав светяще-
гося газа.
Если между источником непрерывного спектра
и наблюдателем расположен газ, более холодный, чем
источник непрерывного спектра, то в этом случае полу-
чится спектр поглощения — радужная полоска, испещ-
ренная поперечными узкими темными линиями — ли-
ниями поглощения. Характерно, что всякий газ погло-
щает лишь те лучи, которые он сам испускает в состоя-
нии свечения. Поэтому спектр поглощения позволяет
узнать состав газа, поглотившего часть лучей источника
непрерывного спектра.
По расположению спектральных линий, их интен-
сивности и другим особенностям можно определить
182 плотность небесных тел, процентное содержание в них
разных химических элементов, наличие магнитного поля
и многое другое.
Спектры помогли проникнуть в Мегамир и узнать
многое о природе космических тел. Они же открыли
дверь в глубины Микромира.
До начала текущего века происхождение спектров
оставалось совершенно неясным. Почему у разных ве-
ществ спектры разные? Чем определяется количество
и расположение спектральных линий? Какие причины
порождают непрерывный спектр? Постепенно склады-
валось убеждение, что загадки спектров связаны с
природой атомов — мельчайших частиц вещества, су-
ществование которых подозревалось еще в древности.
Первую модель атома, то есть теоретическую схему
его строения, предложил в 1902 году известный англий-
ский физик Д. Томсон. К тому времени скопилось до-
статочно фактов, доказывающих, что электрон — един-
ственная элементарная частица вещества, известная фи-
зикам прошлого века, — является составной частью лю-
бого вещества и имеет отрицательный электрический
заряд.
Теоретические расчеты Томсона показали, что по-
перечник электрона не превышает 1СГ13 см. С другой
стороны, из кинетической теории газов следовало, что
размеры атомов на пять порядков больше, то есть попе-
речник атома близок к 10'8 см. Так как атомы в целом
электрически нейтральны, Томсон предположил, что
атом подобен пудингу, в котором роль изюминок игра-
ют электроны, а роль рисовой каши — остальная
часть атома, занятая положительно заряженной средой.
По мнению Томсона, все атомы имеют шарообразную
форму, причем внутри атома электроны вкраплены в
«облако положительного электричества».
«Пудинговая» модель Томсона просуществовала
лишь до 1911 года, когда другой знаменитый англий-
ский физик Эрнест Резерфорд доказал, что положитель-
ный заряд не распределен равномерно по всему объему 183
атома, а сосредоточен в его крошечном ядре. Как и
всегда, истину выявил эксперимент, опыт.
Еще в 1896 году французский физик Беккерель за-
метил, что соли урана испускают какие-то странные
лучи, свободно проходящие сквозь черную бумагу и
некоторые другие непрозрачные вещества. Позже вы-
яснилось, что по поведению в магнитном поле таин-
ственные лучи можно разделить на три типа:
альфа-лучи, отклоняющиеся в магнитном поле как
положительно заряженные частицы;
бета-лучи, ведущие себя как потоки частиц с отри-
цательным зарядом;
гамма-лучи, вообще не отклоняющиеся в магнитном
поле.
В 1908 году Резерфорд начал опыты по рассеянию
альфа-лучей, или, точнее, альфа-частиц, различными
веществами. Сконструированный им прибор имел источ-
ник альфа-частиц, выпускающий их узким пучком на за-
ранее выбранную цель. Самой интересной из них оказа-
лась золотая фольга. Если бы модель Томсона была
верна и атом напоминал пудинг, альфа-частицы должны
были бы свободно проходить сквозь фольгу и лишь не-
которые из них, пролетая вблизи притягивающих их
электронов, слегка бы отклонялись в сторону.
На самом деле получилось иное. Примерно одна из
20 000 альфа-частиц, ударявшихся в фольгу, неожидан-
но возвращалась обратно к «пушке», которая ее выбро-
сила. «Это было самое невероятное событие, с которым
мне когда-либо приходилось сталкиваться, — вспоми-
нал позже Резерфорд. — Это было почти так же неве-
роятно, как если бы вы выстрелили 15 дюймовым
снарядом в лист папиросной бумаги, а снаряд вернулся
бы назад и попал в вас».
Потребовалось несколько лет для осмысливания
странных результатов. Вывод мог быть только один: ато-
мы имеют ядра, в которых сосредоточен весь их положи-
1(84 тельный заряд. В тех редких случаях, когда положи-
тельно заряженная альфа-частица почти налетает на
ядро атома, последнее отталкивает ее в обратном на-
правлении. Дальнейшие опыты в лаборатории Резер-
форда показали, что ядра атомов имеют чрезвычайно
малые поперечники (около 10'12 см), но положительный
заряд их настолько велик, что он полностью компен-
сирует общий суммарный заряд находящихся в атоме
электронов.
К сожалению, модель Резерфорда не объясняла
происхождение линейчатых и непрерывных спектров.
Между тем еще в 1885 году швейцарский музыкант
Иоганн Бальмер (1825— 1898) обнаружил в спектре
водорода удивительные закономерности. Теоретически
их истолковать оказалось нелегко.
Сосредоточив весь положительный заряд атома
в его ядре, Резерфорд должен был найти в своей
модели и место электронам. Покоиться вокруг ядра
на некоторых от него расстояниях электроны не мог-
ли — притяжение ядра сразу заставило бы их упасть
на этот центр атома. Оставалось единственно возмож-
ное предположение, которое и высказал Резерфорд, —
электроны обращаются вокруг ядра атома подобно тому,
как в Солнечной системе движутся планеты вокруг
Солнца. Так родилась планетарная модель атома, ко-
торой суждено было сыграть важную роль в объяснении
линейчатых спектров.
Поначалу аналогия с Солнечной системой многим
казалась настолько привлекательной, что высказывались
даже фантастические гипотезы о жизни на электронах и
о том, что наша Солнечная система — это всего лишь
атом в каком-то чудовищно большом, невообразимом
теле (вспомните космологию Фурнье Дальба). К сожа-
лению, эти головокружительные гипотезы оказались
иллюзорными. Дальнейшее знакомство с миром атомов
показало, что он совсем непохож на космос.
Но эта планетарная модель Резерфорда помогла
знаменитому датскому физику Нильсу Бору в 1913 го- 185
ду теоретически объяснить закономерности в спектрах,
которые открыл Бальмер. Для простоты Бор предпо-
ложил, что электроны обращаются вокруг ядер атомов
по круговым орбитам. Но тут ему пришлось вступить
в конфликт с господствующими в ту пору взглядами.
Считалось, что движущийся ускоренно электрон должен
излучать энергию в форме электромагнитных волн.
Следовательно, обладая центростремительным ускоре-
нием, каждый электрон в планетарной модели Резер-
форда должен непрерывно терять энергию. А это неиз-
бежно приведет к падению электрона на ядро. С другой
стороны, постепенная потеря энергии способна породить
непрерывный, а не линейчатый спектр. Короче говоря,
идеи господствующей классической физики никак не
вязались с планетарной моделью атома.
Тогда Бор сделал смелый шаг. Он предположил,
что законы, верные для окружающего нас мира «боль-
ших вещей», или Макромира, неприменимы в мире
атомов, то есть в Микромире.
Так родился первый постулат Бора:
при движении по круговой орбите электрон энергии не
излучает.
Покушение на общепризнанные научные истины со-
вершил не только Бор. В 1900 году немецкий физик
Макс Планк вопреки господствующим взглядам выска-
зал гипотезу, что энергия излучается атомами не непре-
рывно, а определенными порциями или квантами, при-
чем энергия кванта зависит от длины волны соответ-
ствующего излучения.
Два последующих постулата, сформулированные
Бором, тесно связаны с представлениями Планка о кван-
товании энергии:
Постулат второй. Электрон может двигаться
не по всем, а только по некоторым вполне определенным
орбитам, соответствующим определенным энергетиче-
ским состояниям атома.
186 Постулат третий. При переходе электрона с
орбиты большого радиуса на меньшую орбиту, атом
излучает квант энергии, равный разности энергий тех
орбит, между которыми произошел переход электрона.
Наоборот, когда атом поглощает приходящую извне
энергию, его электроны переходят с внутренних орбит
на более внешние.
Планетарная модель Резерфорда, усовершенствован-
ная Бором, казалось, объяснила происхождение линей-
чатого спектра водорода. С 1920 года ядро атома водо-
рода по предложению Резерфорда стали называть про-
тоном. Оказалось, что протон в 1840 раз тяжелее
электрона.
В 1932 году была открыта еще одна элементарная
частица — нейтрон, по массе близкая к протону, но не
имеющая электрического заряда.
Эти успехи побудили разработать наглядные модели
атомов всех известных химических элементов.
Физики внесли важные коррективы в представления
химиков об основной характеристике каждого атома.
Оказалось, что такой характеристикой служит не атом-
ный вес, а электрический заряд ядра атома данного
химического элемента. Сам же этот заряд, выраженный
в единицах заряда электрона, равен порядковому номе-
ру элемента в таблице Менделеева. Тому же порядко-
вому номеру равно и количество электронов, обращаю-
щихся вокруг атомного ядра. Постепенно сложилась
стройная картина, связывающая периодический закон
Менделеева с планетарной моделью атомов разных
химических элементов.
Простейший из элементов — водород, символически
обозначается Н}. Нижний индекс в этом символе равен
порядковому номеру элемента, верхний — атомному
весу. Ядро атома водорода состоит из протона, вокруг
которого обращается единственный электрон. Так вы-
глядит планетарная модель простейшего и в то же время
наиболее распространенного во Вселенной химического
элемента.
187
188
Схема строения ядер атомов:
а) водород; б) тяжелый водород (дейтерий); в) гелий; г) бериллий.
Элемент номер два в таблице Менделеева — инерт-
ный газ гелий. По распространенности во Вселенной он
уступает лишь водороду. Его химический знак Heg озна-
чает, что ядро атома гелия в четыре раза тяжелее прото-
на. Оно состоит из двух протонов и двух нейтронов,
удерживаемых вместе особыми ядерными силами. Это яд-
ро и есть та альфа-частица, потоки которых (альфа-
лучи) впервые обнаружил Беккерель. Так как заряд
альфа-частиц равен 2, вокруг ядра атома гелия обраща-
ются по различным орбитам 2 электрона. Однако услов-
но их изображают находящимися на одной гелиевой
орбите.
Рассмотрим строение атома лития (Li 3). Его ядро
состоит из трех протонов и трех нейтронов, а вокруг
ядра обращаются 3 электрона. Условились третий элект-
рон изображать не на гелиевой, а на самостоятельной
орбите большего радиуса. Эти условные орбиты получи-
ли наименование оболочек.
Пользуясь условными схемами, можно изобразить
строение атома любого химического элемента. Так, на-
пример, ядро алюминия Alfg состоит из 13 протонов и
27 — 13 = 14 нейтронов. Вокруг ядра обращается
13 электронов.
Атомное ядро содержит в себе 99,98% всей массы
атома, диаметр которого в среднем в 100 000 раз больше
поперечника ядра. Даже у самого большого и тяжелого
из устойчивых элементов урана диаметр ядра равен
1,8 • 10"12 см, у ядра водорода он и того меньше
(2,9 • 10нз см). При невообразимо малых размерах
ядра атомов обладают столь же невообразимо большой
плотностью, близкой к 1014 г/см3.
Если при одном и том же порядковом номере эле-
менты имеют разный атомный вес, их называют изото-
пами, то есть равноместными. Очевидно, что изотопы
содержат в своих ядрах разное количество нейтронов.
Если атом лишен части своих орбитальных электронов,
он оказывается положительно заряженным и называется
положительным ионом. В тех случаях, когда вокруг ядер
атомов появляются лишние, захваченные ими извне
электроны, такие атомы становятся отрицательными ио-
нами. Особенно легко их образуют те химические эле-
менты, у которых внешняя электронная оболочка содер-
жит не максимально возможное, а меньшее количество
электронов. Кстати сказать, если внешняя оболочка
полностью заполнена электронами, соответствующий хи-
мический элемент оказывается химически инертным.
Таковы, например, газы гелий, неон, аргон.
Как уже говорилось, при переходе электрона с внеш-
ней орбиты на более внутреннюю атом излучает элект-
ромагнитную энергию. Наоборот, при поглощении энер-
гии атомом один из его электронов переходит с внут-
ренней орбиты на более внешнюю. В этом случае гово-
рят, что атом становится возбужденным. Иногда посту-
пающая в атом энергия настолько велика, что электрон
вовсе покидает атом, который становится однократно 189
ионизированным. При потере двух электронов насту-
пает двукратная ионизация и т. д. Эти понятия, часто
встречающиеся в астрономии и физике, легко объясня-
ются с позиций планетарной модели атома. Казалось
бы, несомненные успехи свидетельствовали о совер-
шенстве планетарной теории атомов. На самом деле
Природа оказалась гораздо сложнее.
Чем подробнее и точнее изучали спектры различных
веществ, тем яснее становилось, что наглядная теория
Бора не способна объяснить во всех деталях даже
спектр водорода. Спектры более сложных элементов
оставались тайной.
Пробовали усовершенствовать воровскую планетар-
ную модель. Немецкий физик А. Зоммерфельд в
1915 году предположил, что орбиты электронов в атоме
не окружности, а эллипсы. Удалось объяснить спектры
водородоподобных атомов — однократно ионизирован-
ного атома гелия, двукратно ионизированного лития и
других. Но спектры тех же нейтральных атомов продол-
жали оставаться загадочными.
Стали учитывать осевое вращение атомов и элект-
ронов, колебания атомов вдоль прямой, их соединяю-
щей, обращение атомов вокруг общего центра тяжести
и другие эффекты. Но успехи были лишь временными
и неполными. Назревал коренной переворот во взгля-
дах на строение вещества.
В 1926—1928 годах Луи де Бройлем, В. Гейзенбер-
гом, К. Шредингером и П. Дираком была создана но-
вая наука — квантовая механика, преодолевшая труд-
ности теории Бора. Этот успех был куплен ценой поте-
ри наглядности. Пришлось усваивать новые понятия,
не имеющие аналогов в повседневной житейской прак-
тике.
Выяснилось, например, что электрон (и не только
он) имеет двойственную природу. В одних опытах он
ведет себя как частица, в других как волна. Что же все-
190 таки такое электрон — частица или волна? Квантовая
механика отвечает странно: и то и другое одно-
временно.
Из этого труднопредставимого факта вытекает и дру-
гое столь же непонятное следствие: у электрона нет
траектории и его положение в пространстве может
быть определено лишь приближенно. Вместо вполне
определенного движения в планетарной модели Бора
в квантовой механике положение электрона и любой
другой элементарной частицы всегда неопределенно.
Можно указать лишь вероятность того, что частица на-
ходится в данной точке пространства.
Эти и многие другие странности квантовой механи-
ки привели к тому, что некоторые ученые не сразу при-
знали новую теорию и ее необычную «вероятностную»
трактовку некоторых характеристик Микромира. Отме-
тим главные идеи квантовой механики.
В атомах веществ электроны не обращаются вокруг
ядра, подобно планетам. Однако каждый электрон обла-
дает некоторой вполне определенной энергией, или,
как принято говорить, находится на определенном энер-
гетическом уровне. Переход с высшего уровня на низ-
ший сопровождается излучением энергии из атома во
внешнее пространство. Наоборот, при поглощении энер-
гии один или несколько из электронов в атоме перехо-
дят на более высокий энергетический уровень.
Математические уравнения, описывающие эти про-
цессы, очень сложны. Однако учет множества деталей
в этих уравнениях позволяет теоретически объяснить
все главные особенности спектров различных веществ —
и простых и сложных. Имеет место и обратное: многие
предсказания квантовой теории удалось подтвердить
при изучении спектров.
Но не только спектры дали возможность проникнуть
в глубины вещества. Современная физика располагает
многочисленными устройствами, позволяющими, в част-
ности, если и не рассмотреть сами элементарные части-
цы (что по ряду причин невозможно), то, по крайней 191
мере, увидеть те следы, которые они оставляют в ве-
ществе при своем движении. Главными же инструмен-
тами для проникновения в глубины материи, в самую
суть вещества и полей, остаются ускорители элементар-
ных частиц.
С помощью электрических и магнитных полей пото-
ки элементарных частиц разгоняются до колоссальных
скоростей, прежде чем их направляют на мишень —
исследуемое вещество. Как заметил один физик, эта
общепринятая методика исследования несколько напо-
минает действие сумасшедшего музыканта: чтобы
узнать, как устроены скрипка и рояль, он изо всех сил
ударяет скрипкой по роялю, а затем тщательно изучает
осколки.
Увы, ничего лучшего пока не придумано. И причина
тут не в отсутствии изобретательности физиков, а
в том, что зачастую расщепление, то есть разрушение
атомов и тем более составляющих их элементарных ча-
стиц, требует огромных количеств внешней энергии. Вот
и ударяем скрипкой об рояль...
При всем принципиальном несовершенстве такого
метода именно он раскрыл перед человечеством удиви-
тельнейшие свойства элементарных микрочастиц, кото-
рые, однако, сами оказались далеко не элементарными.
Странности
Микромира
(	\ В начале тридцатых годов текущего века
I Л ] физики пребывали в приятном заблуждении,
к J полагая, что число элементарных частиц,
этих кирпичиков мироздания, совсем невели-
ко и с их помощью легко объяснить мир. В самом деле,
к 1932 году было открыто всего четыре элементарных
192 частицы — электрон, фотон, протон и нейтрон. Легко
и как будто непринужденно объяснялись главные свой-
ства атомов. Даже явные неудачи в истолковании
спектров не смогли омрачить в общем благодушного
настроения физиков.
Однако уже в 1933 году открыли позитрон — части-
цу, во всем похожую на электрон, но, в отличие от него,
заряженную положительно. Это была первая антича-
стица, существование которой предсказала теория. Еще
спустя год заподозрили существование нейтрино —
исчезающе малой по массе элементарной частицы 1,
не несущей в себе никакого электрического заряда.
В последующие десятилетия количество вновь откры-
ваемых элементарных частиц стало расти просто катаст-
рофически, и пока не видно причин замедления этого
роста. В настоящее время известно более трехсот про-
стейших частиц, из которых только 35 могут считаться
относительно стабильными.
Одна из самых характерных черт большинства эле-
ментарных частиц — удивительная краткость их жизни.
Электрон, протон, фотон и нейтрино в этом отноше-
нии — редкое исключение. Например, в свободном со-
стоянии, без каких-либо внешних воздействий электрон
может жить, то есть оставаться стабильным более 1021
лет — срок, для нашего сознания мало чем отличимый
от вечности. Протон живет еще дольше — более 1Озолет!
Неопределенно долго остаются стабильными свободные
фотоны и нейтрино. Даже нейтрон должен быть признан
долгожителем — вне атомного ядра в свободном состоя-
нии он может просуществовать 16 минут. Большинство
же других частиц без всяких видимых помех живут не
более миллионных долей секунды!
Длительность и кратковременность в Микромире
оценивается по-своему, не так, как в обыденной земной
обстановке. К стабильным, постоянным частицам физи-
1 По недавним работам советских ученых (1980), масса нейтри-
но в 10 — 30 тысяч раз меньше массы электрона.
193
ки причисляют те из них, время существования которых
не меньше 10 секунд. Даже не пробуйте наглядно
представить себе этот промежуток времени, практически
неотличимый от мгновения. Тем не менее известно мно-
жество частиц, продолжительность жизни которых в
сотни, тысячи и миллионы раз короче. Поистине удиви-
тельно совершенство современных физических методов
исследования, которые способны что-то узнать о столь
кратковременно живущих частицах.
Ограничимся кратким знакомством лишь с неко-
торыми представителями Микромира. Начнем с элект-
рона — элементарной частицы, открытой еще в
1897 году.
Как все было просто, когда рассказ шел о звездах.
Каждому понятно, что всякая звезда имеет форму
шара, что состоит этот горячий газовый шар в основном
из водорода и гелия, что движется звезда вокруг цент-
ра Галактики по замкнутой эллиптической орбите...
А вот с электроном трудности возникают с самого
начала...
Какую форму имеет электрон? Вольно или невольно
нам свойственно представлять себе электрон, да и все
другие элементарные частицы в виде крошечных ша-
риков. Но ведь думать так — значит совершать грубей-
шую ошибку. Мы, например, не знаем, какую форму
имеет электрон, и сведений об этом ни в одном спра-
вочнике вы не найдете. В справочнике указано, напри-
мер, что масса электрона близка к 10’27 граммам, что
электрон несет в себе отрицательный электрический за-
ряд и что этот заряд сосредоточен в ультрамикроско-
пической области с поперечником не более 10"15 см. Не
исключено, что электрон представляет собой бесструк-
турное точечное образование. Кстати сказать, что такое
электрический заряд, до сих пор никто не знает.
Еще одна поразительная черта элементарных ча-
стиц — их удивительная стандартность, неотличимость
194 друг от друга. Любые даже очень похожие друг на дру-
га предметы в земной обстановке или космосе все-таки
чем-то да отличаются друг от друга. А вот электроны
все на одно лицо. Никогда ни одному физику не удава-
лось заметить какую-нибудь разницу между электро-
нами. И электроны и все остальные элементарные
частицы в пределах выделенного класса — абсолютные
близнецы.
Казалось бы, закономерный вопрос: «Из чего со-
стоит электрон?»
Не следует ожидать, однако, что любой, обыкновен-
ный житейский вопрос в Микромире будет иметь смысл.
К числу бессмысленных принадлежит и поставленный
нами вопрос.
Сложность природы электрона стала очевидной осо-
бенно тогда, когда неожиданно в экспериментах обна-
ружилась его двойственность. В одних опытах электрон
ведет себя как типичная частица, в других же как све-
товая волна. Так что же электрон — частица или вол-
на? Слово «или» оказывается тут неуместным. Элект-
рон одновременно и частица и волна. Если угодно, его
можно назвать волночастицей.
Двойственную, необычную для Микромира, приро-
ду имеет не только электрон, но и вообще все элемен-
тарные частицы. Особенно это наглядно для фотона —
мельчайшей порции света, несущей определенную энер-
гию, называемую квантом. Множество опытов доказы-
вает, что свет есть волновая форма существования мате-
рии. Известно, что при сложении волн от двух источни-
ков может получиться так, что горб одной волны совпа-
дает со впадиной другой. В этом случае горб и впадина
взаимно уравновешивают друг друга и от сложения двух
световых лучей получится темнота. Такое явление на-
зывается интерференцией, и в нем проявится волновая
природа света.
Но в иных опытах высокоэнергичные лучи света
могут вышибать электроны из куска металла. Здесь
свет проявляет себя как поток частиц — фотонов. Так 195
фотон — частица или волна? Ответ знакомый — и то
и другое. Вот эта поразительная двойственность при-
роды проявляется у всех микрочастиц, и ничего похожего
в земной житейской обстановке и в мире космических
тел мы не видим.
В отличие от всех других элементарых частиц, фотон
способен двигаться только со скоростью света — не
больше, но и не меньше. У фотона, как говорят физики,
отсутствует масса покоя. Нельзя остановить фотон и
взвесить его на каких-либо весах. Несмотря на это, дав-
ление света — давно известный факт, который найдет
себе самое широкое применение в космонавтике буду-
щего («солнечный парус»).
Вы бросили камень. Он летит по вполне определен-
ной траектории — параболе. Зная начальную скорость
камня, ее величину и направление, можно для любого
момента времени вычислить положение и скорость кам-
ня в полете.
В мире микрочастиц ничего похожего нет. Электрон
и все другие микрочастицы не имеют вполне определен-
ной траектории движения. Можно лишь вычислить ве-
роятность того, что электрон находится в данной точке
пространства и имеет данную скорость. Подчеркнем, что
эта неопределенность происходит не из-за нашего не-
умения грубыми приборами замерить точно положение
и скорость частицы, а от природы микрочастиц. Не-
определенность лежит в природе самого электрона, этой
волночастицы, совсем не похожей ни на один знакомый
нам предмет.
Трудно себе представить, что, скажем, Солнце само
по себе и без всяких видимых причин вдруг за ничтож-
нейшие доли секунды превратится в несколько таких
же по массе звезд. А в Микромире это возможно.
Протон, ядро атома водорода, — одна из самых ус-
тойчивых микрочастиц. Она в 1840 раз массивнее
электрона и, в отличие от электрона, заряжена положи-
196 тельным электричеством. Чуть большей массой облада-
ет электрически нейтральная частица нейтрон. Из про-
тонов и нейтронов, как известно, состоят ядра химиче-
ских элементов. А из чего состоит протон?
Спросить легко, а ответ Природа дает неожиданно
трудный. Представьте себёл что протоны облучаются
энергичными фотонами (элементарными порциями
энергии) гамма-лучей. При столкновении фотона (или
гамма-кванта) с протоном возникает элементарная
частица — положительный пи-мезон, или, сокращенно,
пион, а также нейтрон. Пионы примерно в 7 раз легче
протонов и в 270 раз тяжелее электронов, поэтому их
и называют мезонами (от греческого слова «мезос»,
что означает «промежуточный»).
Можно ли сделать вывод, что протон состоит из
плюс пи-мезона и нейтрона? Оказывается, нет. Дело
в том, что иногда в таком же эксперименте результат
получается совсем другой: вместо плюс пи-мезона и
нейтрона возникает нейтральный пи-мезон и протон.
Выходит, что протон состоит из самого себя и нейтраль-
ного пиона? Но такая фраза напоминает сказочку о
неразменном рубле.
Если увеличивать энергию фотонов, то можно до-
биться превращения фотона в пять пи-мезонов и про-
тон. А если поток фотонов сделать еще энергичнее,
то можно получить и вовсе парадоксальный результат:
протон распадается на два протона и один антипротон,
то есть частицу, по массе равную протону, но отрица-
тельно заряженную.
Протон состоит из двух протонов и одного анти-
протона? Нелепость этой фразы возникла из-за не-
уместного употребления слова «состоит». В Микромире
вопрос «из чего состоит» подчас не имеет никакого
смысла. А уж если все-таки стараться не отступать от
привычной нам житейской терминологии, то, по данным
современной физики, вполне возможно, что любая мик-
рочастица состоит из всех остальных.
Как уже говорилось, результаты экспериментов чет- 197
ко доказали: антинейтрино (а стало быть, и нейтрино)
обладает массой покоя, уступающей массе электрона
в 10'30 тысяч раз. Как ни мала весомость нейтрино,
фундаментальное открытие советских физиков застав-
ляет по-новому оценить некоторые важные процессы
во Вселенной. Возможно, что весомость нейтрино
увеличит среднюю плотность вещества во Вселенной до
величины больше критической (10 29г/см3), а это будет
означать, что мы живем внутри исполинской замкнутой
раздувающейся четырехмерной сферы.
Связи космической физики и физики элементар-
ных частиц, разумеется, не ограничиваются только
этим. Множество элементарных частиц было открыто
в космических лучах — потоках частиц, приходящих из
глубин космоса. С другой стороны, без знания ядерной
физики многие космические процессы не могут быть
осознаны и объяснены. Но всяческие и многообразные
связи не снимают коренного различия двух миров —
космического Мегамира и Микромира элементарных
частиц. На каждом уровне существования материи свои
законы и повторения в малом большого, безуслов-
но, нет.
Но как далеко в глубь материи простирается дели-
мость вещества? Окружающие нас тела состоят из моле-
кул, молекулы — из атомов, атомы — из элементарных
частиц. А дальше что? Неужели мы уже достигли пер-
вооснов материи или вглубь материя столь же неисчер-
паема, как и вширь?
Есть ли последняя
матрешка ?
(	\ В поисках фундаментальной основы сущего
(	I мы докопались до фундамента — элементар-
\ J ных частиц. Но этот фундамент оказался
-------/ необычайно зыбким. Кроме нескольких
микрочастиц, остальные фундаментальные частицы не-
прерывно и почти мгновенно испытывают всевозмож-
ные превращения. Ни в коем случае нельзя считать та-
кие превращения разрушением частиц, — мы уже убе-
дились, что протон, например, превращается в несколь-
ко таких же протонов и другие частицы, которые также
нельзя рассматривать как осколки протона. Быстрота
превращений просто поразительна. Многие из микро-
частиц, например так называемые резонансы, живут
всего 1023 секунды, чтобы затем превратиться в другие
частицы. Что-то очень изменчивое, крайне непостоян-
ное, трудно уловимое средствами современной физики
лежит в основе материального бытия.
Законы этой основы подчас поразительны. Пред-
ставьте себе две микрочастицы, летящие с околосветовой
скоростью навстречу друг другу. Как это ни удивитель-
но, но при лобовом столкновении они не разобьются
вдребезги, а превратятся во множество всяческих эле-
ментарных частиц, из которых могли бы возникнуть
звезды, галактики, весь наблюдаемый космос. Парадокс
этот объясняется тем, что с приближением к скорости
света масса частиц, по теории Эйнштейна, стремится
к бесконечности. Эта приобретенная в движении масса
и становится основой мириад микрочастиц, планет,
звезд и галактик.
А вот и другой парадоксальный пример. В опреде-
ленных условиях при объединении двух протонов и двух
нейтронов в ядро атома гелия часть массы (примерно 199
один процент) превращается в излучение. На этом
основан знаменитый «термояд», и этим, возможно,
объясняется излучение звезд. Следовательно, в ядре
гелия протоны и нейтроны легче, чем в свободном
состоянии.
Наоборот, чтобы разрушить ядро гелия, надо при-
ложить к нему внешнюю энергию, и при этом ядро
распадается на части, сумма масс которых больше массы
самого ядра. В этом смысле части оказались больше
целого — очередной парадокс Микромира. У ядер гелия
этот «эффект упаковки» невелик. В других случаях
он может быть несравненно большим. Возможно,
именно этим обстоятельством объясняются неудачи в по-
исках субчастиц, то есть частиц, из которых состоят
сами микрочастицы.
Логика физиков понятна. Элементарных частиц
оказалось слишком много, а продолжающийся каскад
открытий новых микрочастиц заставляет думать, что,
возможно, различные элементарные частицы в Природе
образуют бесконечное множество. Тогда считать их эле-
ментарными явно неудобно.
Словом, снова встал вопрос: «Из чего состоят мик-
рочастицы?» И этот вопрос физики упорно не хотят
снимать с повестки дня, несмотря на то, что, судя по
опытам, возможно, он вовсе не имеет смысла.
Последние два десятилетия обсуждается гипотеза
о кварках — субэлементарных частицах, которые, быть
может, служат фундаментом бытия. Само слово «кварк»
имеет литературное происхождение и в несколько воль-
ном переводе равноценно русскому слову «бес». Есть
немало фактов, которые удачно объясняются гипоте-
зой кварков. Сначала в теоретических исследованиях
ограничивались тремя кварками, потом перешли к две-
надцати. К сожалению, и это число, по-видимому, не
будет пределом. Физики не скупятся на необычную тер-
минологию для усложнения кварковых моделей: они
200 приписывают им «цвет», не имеющий, разумеется,
ничего общего с обычным цветом, говорят об «очаро-
ванных» кварках, или о мезонах «со скрытым очарова-
нием». Некоторым кваркам приписывают даже «аро-
мат» в качестве одной из их характеристик. Но это
путаная терминология не спасает положения: до сих
пор никто и нигде кварка в свободном состоянии не
наблюдал.
Нынешние ускорители слишком слабы, чтобы рас-
щепить элементарные частицы. Подчеркиваю: именно
«расщепить», а не стимулировать к превращениям.
Если «эффект упаковки» кварков в микрочастицы
составляет десятки протонных масс, то современные
экспериментальные методы физиков недостаточны для
поставленной цели. Впрочем, не исключено, что элемен-
тарные частицы и в самом деле неделимы, а неисчер-
паемость Микромира выражается не в бесконечной де-
лимости частиц, а в их безграничном многообразии
свойств и превращений.
В крупной игрушечной матрешке содержится мень-
шая, в ней — еще меньшая и так далее, но, разумеется,
не до бесконечности. Всегда есть последняя, крошеч-
ная матрешка, которая внутри себя уже ничего не
имеет.
Как же устроен мир? Есть ли «последняя матреш-
ка» или вещество делимо до бесконечности?
Математически задача о делении, скажем, отрезка
числовой прямой решается просто. Вы делите отрезок
пополам, затем обе его половинки еще пополам и так
далее до бесконечности. В самом деле, нельзя предста-
вить себе столь маленький отрезок, который нельзя бы-
ло бы поделить пополам: у всякого отрезка есть же
середина. Продолжив деление отрезка до бесконечности,
мы придем к точкам, из которых и «состоит» отрезок.
Но тут возникает одна из величайших загадок, до-
ныне не решенных человеком. Точка, как известно, не
имеет измерения, это геометрический нуль, или, если
угодно, ничто. Каким же образом из «ничто» склады-
201
вается «нечто»? Как это из точек, не имеющих изме-
рения, получается отрезок определенной длины?
Ведь сколько бы нулей мы ни сложили, их сумма
неизменно остается равной нулю. А тут из «нулей»
можно получить любую длину, то есть любое число?
Не подумайте, что мы зашли в какие-то схоласти-
ческие дебри и занимаемся игрой слов. Речь идет о
сложных проблемах философии, о загадке протяжен-
ности, о том, существует ли «ничто». Как это ни
удивительно, но «ничто» все же существует, или, иначе
говоря, небытие обладает бытием. И здесь в Природе
проявляется ее удивительная диалектичность, противо-
речивость.
«Ничто — проблема» (так называют проблему воз-
никновения нечто из ничто) волнует не только мате-
матиков. В физике она формулируется как пробле-
ма вакуума, в космологии — как некие «пустые мо-
дели».
«Для логического построения чего угодно, — пишет
академик АН Эстонской ССР Г. И. Наан, — не нужно
ничего, кроме ничто и бесконечности. И мыслима такая
космологическая схема, в которой Вселенная не только
логически, но и физически возникает из ничто, притом
при строгом соблюдении всех законов сохранения.
Ничто, то есть вакуум, выступает в качестве основ-
ной субстанции, первоосновы бытия» *.
Такова принципиальная сторона дела. Что же су-
ществует в реальной Природе?
Представляются как будто две возможности. Допу-
стим, что со временем свободные кварки будут выде-
лены, новые поколения физиков их когда-нибудь рас-
щепят на субкварки, и такой процесс продолжится не-
определенно долго. Сказать «до бесконечности» тут
неуместно и самонадеянно — ниоткуда не следует, что
1 Сборник «Бесконечность и Вселенная». М., Мысль, 1969,
202 с. 24.
род человеческий будет существовать вечно. Однако,
если на каждом этапе дробление материи окажется ус-
пешным, не исключено, что основой Вселенной является
ничто, то есть вакуум.
Большинство ученых склоняется, однако, к другой
модели Мира. По их мнению, на каком-то этапе (воз-
можно, уже сегодня) дробление вещества должно пре-
кратиться. И не потому, что современные технические
средства маломощны, а потому, что в самой Природе
есть предел делимости и вещества, и пространства, и
времени. То, что любая частица теоретически может
быть разделена на две части, еще не означает, что такое
деление возможно в реальности.
По ряду причин можно думать, что и простран-
ство делимо не до бесконечности, а до предела, который
называется фундаментальной длиной.
Скорее всего, эта фундаментальная длина равна
10~20см. Кубик с такой стороной можно назвать элемен-
тарной порцией, или квантом пространства, а время
10'3' сек., за которое его пересечет луч света, — кван-
том времени.
Представления о квантах пространства и времени
снимает многие трудности современной микрофизики.
Но сами эти кванты труднопредставимы. Ведь внутри
кванта пространства ничего нет, нет даже пространства,
да и само понятие «внутри» тут неприемлемо. С другой
стороны, промежутков времени меньше кванта времени
просто не существует.
В какой-то мере мир из квантового пространства
и времени напоминает мыльную пену — внутри пузырь-
ков пены мыла нет, как нет вещества внутри квантов
пространства. Следует, однако, подчеркнуть, что все эти
теоретические построения пока что не больше, чем
гипотезы.
И все-таки мир оказался куда более сложным, чем
мы о нем думали. Но откуда следует, что Природа
должна быть простой? Наш ум стремится к простоте,
203
чтобы не тратить лишних усилий на исследования и по-
знание. Но Природа вовсе не обязана идти навстречу
нашим стремлениям к упрощенчеству.
Планкеоны, фридмоны
и эволюция Вселенной
®Если средняя плотность вещества во Все-
ленной превышает критическую 10~29г/см3,
то, как уже говорилось, Вселенная замкнута,
объем ее конечен, хотя нигде границ трехмер-
ного пространства при воображаемом путешествии мы
не встретим. Все космические тела с их огромной, не
поддающейся наглядному представлению суммарной
массой оказываются заключенными, как в некую «скор-
лупу», в четырехмерную сферу.
В такой ситуации могут оказаться тела или системы
тел любой массы. Как показывают расчеты, для любой
массы существует некоторая критическая плотность, при
которой пространство как бы замыкается на себя, об-
разуя при этом подобие замкнутой Вселенной. Так,
например, если все вещество нашей Галактики
(1044 г) сжать до средней плотности 10 г/см3, прост-
ранство вокруг такой сильно сжатой Галактики замк-
нется, и возникнет сравнительно небольшая замкнутая
«вселенная» с радиусом не миллиарды световых лет, как
у всей наблюдаемой Вселенной, а всего лишь равным
10 миллиардам километров. Чтобы подобную операцию
провести с Солнцем (масса которого близка к 1033 г),
его следует сжать до поперечника примерно в один
километр. Тогда при средней плотности 1018 г/см3
пространство замкнется и вокруг Солнца.
Заметьте: с уменьшением массы резко убывает и
радиус соответствующей замкнутой «вселенной». В прин-
204 ципе мыслимо даже существование микровселенных.
Так, например, для массы в одну стотысячную грамма
(10'5 г) соответствующая замкнутая микровселенная
имеет радиус 10 33 см. Ее средняя плотность получает-
ся огромной — 1095 г/см3.
Советский физик профессор К. П. Станюкович счи-
тает, что такого рода микровселенные, возможно, не
фантазия, а реальность. Он назвал их планкеонами в
честь великого физика Макса Планка. Обнаружить их
очень трудно, так как при своих ультрамикроскопиче-
ских размерах планкеоны свободно проникают сквозь
любые тела. Не исключено, что планкеоны вездесущи и
их суммарная масса во Вселенной достаточно велика.
Если планкеон по каким-либо причинам раскроется,
то есть выйдет из своей пространственной скорлупы,
это будет сопровождаться выделением огромной энер-
гии (1016 эрг), равноценной взрыву тонны тринитро-
толуола — одного из самых взрывчатых веществ.
Обратите внимание:	плотность планкеонов
(1095г/см3) соответствует той сверхвысокой плотности,
которая, по Фридману, была в самом начале расшире-
ния Вселенной. По расчетам К. П. Станюковича, масса
планкеонов со временем убывает, так что в начале рас-
ширения Вселенной масса планкеонов составляла не сто-
тысячные доли грамма, а 1044 г, что сравнимо с массой
галактик.
Отсюда и родилась смелая идея: миллиарды лет
назад взрывы планкеонов могли образовывать галак-
тики. То, что это так, по мнению К. П. Станюковича,
доказывают явления, наблюдаемые в квазарах. По его
убеждению, квазары (ведь мы их видим, какими они
были миллиарды лет назад) — начальная стадия взрыв-
ного образования галактик из планкеонов. Мы видим
живую историю космоса, и вполне возможно, что план-
кеоны и есть та дозвездная материя, взрывы которой,
по В. А. Амбарцумяну, наблюдаются во всех уголках
Вселенной. Как это ни удивительно, микрофизика сомк-
нулась с макрофизикой в объяснениях загадок Природы. 205
Сечение сферы плоскостью.
Связи большого и малого могут быть, возможно,
еще более глубокими. Я имею в виду гипотезу извест-
ного советского физика академика М. А. Маркова, кото-
рая поначалу выглядит совершенно фантастичной. Что-
бы понять ее суть, начнем издалека.
Представьте себе опять «Плосколяндию» — плоскую
страну, то есть некоторую плоскость, на которой живут
фантастические плоскатики — существа двух измерений.
Читатель, вероятно, не забыл, с какими странностями
они могут встретиться, если их мир пересечет трехмер-
ное тело. Допустим, что некоторая плоскость рассекла
шар не через его центр, а где-нибудь поближе к его
поверхности. В сечении получился кружочек — двухмер-
ное образование, размеры которого (например, попе-
речник) плоскатики определяют без особого труда. Но
если спросить их, каков диаметр шара, рассеченного
их плоскостью, плоскатики окажутся в большом за-
труднении. Ведь одно и то же сечение, один и тот же
заштрихованный кружок может получиться при пересе-
чении плоскости с самыми разными шарами — все за-
206 висит от тога, как близко к поверхности шара брать его
сечение. Правда, можно уверенно утверждать, что по-
перечник шара не меньше диаметра заштрихованного
кружка. Но кроме этой очевидной истины, все осталь-
ное остается неизвестным. В принципе шары могут быть
как угодно большими (с диаметром в миллиарды кило-
метров и даже в миллиарды световых лет), а сечение
как угодно малым (если секущая плоскость станет ка-
сательной к поверхности шара, заштрихованный кружо-
чек превратится в точку).
Вот еще один парадокс двухмерья, для нас, впро-
чем, вполне очевидный. Представьте себе, что на геогра-
фическом глобусе мы будем размечать параллели, про-
двигаясь от Северного полюса к Южному. Легко сооб-
разить, что по мере продвижения на юг параллели сна-
чала будут увеличиваться, а после экватора начнут
уменьшаться, хотя та часть поверхности глобуса, кото-
рая включает Северный полюс, при этом все время толь-
ко увеличивается.
Вообразите теперь себе плоскатика, живущего на
поверхности глобуса. Представить себе наглядно глобус
он не может — для него третьего измерения просто
не существует. Но в своем двухмерном мире (поверхно-
сти глобуса) он подметит странные вещи. По мере уда-
ления от Северного полюса длина параллелей сначала
растет, охватывает все большую площадь, а потом, прой-
дя максимум (экватор!), начинает уменьшаться, хотя
размер площади, охватываемой параллелями, продол-
жает расти! Нам здесь все ясно, но бедный плоскатик
от усердных раздумий по этому поводу рискует, как
говорили в старину, «повредиться в уме».
Переведем теперь этот разговор на язык трехмерья.
Если наша Вселенная и в самом деле замкнута, то
внутри нее должны наблюдаться странные вещи. Выбе-
рем произвольную точку в трехмерном пространстве и
будем описывать вокруг этой точки различные сферы
со все возрастающим радиусом. Сначала с ростом радиу-
са поверхность сферы (аналог длины параллели) уве- 207
личивается, а затем, пройдя некоторый максимум (не-
кий «экватор» четырехмерной нашей Вселенной), начнет
уменьшаться, стремясь к нулю.
Представить себе это так же трудно, или, точнее,
невозможно, как и какой-нибудь четырехмерный пред-
мет. Но понять, о чем идет речь, пользуясь аналогией с
поверхностью обычной трехмерной сферы, можно.
И все-таки непривычно, что, заключая в описываемые
сферы все большее и большее количество вещества,
мы одновременно наблюдаем уменьшение поверхности
сферы.
В мире плоскатиков следом рассекаемого шара
был заштрихованный плоский кружочек. Мысля по ана-
логии, мы должны принять, что «сечение» четырехмер-
ной сферы нашим трехмерным пространством есть не
плоский кружочек, а некоторый шарик. Этот шарик
может быть очень мал (скажем, размером с элемен-
тарную частицу), хотя порожден он быть может колос-
сальной по объему четырехмерной сферой. Иначе гово-
ря, микроскопический шарик может быть проявлением
макроскопической исполинской сферы.
Мы теперь подошли к главной идее гипотезы акаде-
мика М. А. Маркова. Он считает не исключенной ту
странную, поразительную ситуацию, при которой то, что
мы называем элементарными частицами, есть «высовы-
вающиеся» в наш трехмерный мир сечения огромных
четырехмерных сфер — вселенных. Расчеты показыва-
ют, что вероятность такой гипотезы отнюдь не равна
нулю. Вот эти обманчивые микрочастицы, за которыми
скрываются громадные вселенные, не уступающие в
размерах нашей, М. А. Марков в честь знаменитого
советского физика назвал фридмонами.
Возможность существования фридмонов теорети-
чески доказана, и не исключено, что, как считает
М. А. Марков, так называемые элементарные частицы
есть разного вида фридмоны. С другой стороны, если
208 бы мы могли вылететь за пределы нашей замкнутой
Вселенной, то оттуда, извне, она, возможно, показа-
лась бы нам фридмоном (как говорят, «небо показа-
лось бы с овчинку!»).
Если гипотеза академика М. А. Маркова, опубли-
кованная во многих научных трудах, окажется
соответствующей действительности, наши взгляды
на Природу существенно изменятся. До сих пор ведя
исследования в направлении от меньшего к большему,
мы не ожидали на своем пути снова встретить меньшее.
Если же сущее (Вселенная с большой буквы) состоит
из великого множества вселенных — фридмонов, то си-
туация может сложиться совсем необычно.
Представьте себе, что мы каким-то образом способ-
ны проникнуть в микроскопический фридмон и напра-
виться к его центру. В этом случае нашим глазам пред-
станет удивительная картина. Микроскопические мас-
штабы быстро станут макроскопическими. Мы окажемся
в мире галактик и звезд (и все это внутри фридмона!).
Вероятно, многие из этих звезд окружены планетами,
а на планетах существуют высокоразвитые цивилизации
(фантазировать так фантазировать!).
Вот мы попали на одну из таких планет и от мест-
ных физиков узнали, что они, как и мы, принимают
фридмонную модель Вселенной. Выберем снова на их
планете фридмон, влетим в него и... история повторится!
Более того, не видно препятствий, чтобы история не по-
вторялась снова и снова бесчисленное множество раз!
Но ведь путешествие мы можем (конечно, лишь мыс-
ленное) совершить с Земли не только во фридмон, но и
за пределы нашей замкнутой Вселенной, которая, воз-
можно, также является фридмоном. В новом мире, где
наша родная Вселенная выступает лишь в скромной ро-
ли фридмона, мы найдем другой фридмон... Вы, ко-
нечно, догадались, что и тут история снова и снова бу-
дет повторяться!
Любопытно, что для этой сверхудивительной карти-
ны сущего не потребовались новые теории. Она 209
14 Ф. Ю. Зигель
полностью основана на теории относительности Эйнштей-
на, и уравнения, когда-то составленные великим физиком,
оказывается, содержат и фридмонные решения.
Если М. А. Марков прав, по-новому решается и
проблема элементарных частиц, то есть частиц, не дели-
мых дальше и ни из чего не состоящих. Таких частиц
в Природе просто нет. Большое и малое — понятия от-
носительные. Двигаясь мысленно по лестнице «фрид-
монных» вселенных, мы то от большего переходим к ма-
лому, то снова на пути встречаем большее. И нигде нет
никакой элементарности. Скорее, наоборот — всюду
бездна неисчерпаемости!
Необычно смелая гипотеза академика М. А. Марко-
ва всколыхнула ученый мир. В 1971 году в Бюракане на
Международном совещании по связи с внеземными ци-
вилизациями по инициативе академика В. Л. Гинзбурга,
как уже говорилось, возник вопрос о цивилизациях внут-
ри фридмонов и возможности связи с фридмонными
цивилизациями. А говорят иногда, что большие ученые не
склонны к необузданным фантазиям! В связи с этим снова
напомним, что в истории науки открываемые в Природе
факты оказывались фантастичнее самых смелых
фантазий. Не это ли можно считать ярчайшим приме-
ром неисчерпаемости окружающего нас бесконечно-
го Мира?
В поисках
фундаментального поля
(  \ Более пятисот элементарных частиц насчиты-
।	1^4 | вает современная физика. Не слишком ли это
k J много? Невольно вспоминаются слова зна-
менитого физика Энрико Ферми о том, что
слово «элементарный» скорее относится к уровню наших
знаний, чем к множеству мельчайших частиц вещества,
210 число которых продолжает неуклонно расти».
Неоднократно предпринимались попытки свести это
множество к какому-то единству. Введение в обиход
кварков — пример одной из них. Велись поиски фунда-
ментального физического силового поля, с помощью ко-
торого удалось бы не только объяснить известные физи-
кам взаимодействия в Природе, но и разгадать некую
единую сущность, лежащую в основе великого множест-
ва кажущихся «фундаментальными» объектов. Расска-
жем читателю об одной, недавно получившей широкую
известность, успешной попытке объяснить главнейшие
свойства всех элементарных частиц некоторой простой
физической моделью. Заметим, что она предполагает су-
ществование некоего единого фундаментального поля
электромагнитной природы.
История эта началась еще в довоенные годы, в 1938
году, когда молодой ленинградский физик Илья Львович
Герловин предпринял дерзкую попытку — создать тео-
рию единого поля, что, как известно, не удалось даже
Альберту Эйнштейну.
Эта идея захватила И. Л. Герловина, определив всю
его дальнейшую жизнь.
В 1962 году И. Л. Герловина поддержал своими
исследованиями известный советский ученый заслужен-
ный деятель науки и техники РСФСР профессор Михаил
Михайлович Протодьяконов. В 1975 году издательство
АН СССР «Наука» выпустило в свет монографию
М. М. Протодьяконова и И. Л. Герловина «Электронное
строение и физические свойства кристаллов». В ней
на основе Теории Фундаментального Поля (ТФП), раз-
работанной И. Л. Герловиным, объяснялись главнейшие
свойства всех элементарных частиц, известных физиче-
ских полей, химических элементов и кристаллов. Уда-
лось по-новому и успешно объяснить свойства физиче-
ского вакуума, который отнюдь не является абсолютной
пустотой, а также теоретически вывести величину по-
стоянной тяготения, которая до той поры получалась
лишь из опыта.
211
Книга М. М. Протодьяконова и И. Л. Герловина
написана очень сложно, с использованием весьма непро-
стых математических методов, и поэтому изложить
школьникам ее содержание, разумеется, невозможно.
Поэтому познакомим читателя с главными, основопо-
лагающими идеями Теории Фундаментального Поля,
а также с некоторыми выводами из них.
Следуя И. Л. Герловину, мы впредь элементарные
частицы бу^ем называть микрочастицами. Так будет
правильнее, так как сегодня каждому ясно, что ни о ка-
кой неделимости элементарных частиц не может быть
и речи. Простейшую из микрочастиц И. Л. Герловин
мыслит себе так.
Представьте себе точечные (в первом приближении)
электрические заряды, расположенные в одной плоско-
сти по двум концентрическим окружностям. На каждой
из них заряды распределены равномерно, через равные
промежутки, причем на разных окружностях они име-
ют разные знаки — скажем, на внешней отрицательные,
а на внутренней положительные. Есть микрочастицы и
с противоположным распределением зарядов — антича-
стицы.
Для того, чтобы подобные системы зарядов находи-
лись в равновесии, необходимо, чтобы они обращались
вокруг общего центра окружности в одном направлении
и с невообразимо большой скоростью, близкой к скоро-
сти света. При некоторых условиях такая система устой-
чива, излучение наружных зарядов полностью компен-
сирует излучение внутренних. Следовательно, во внеш-
нее пространство микрочастица ничего не излучает.
Конечно, в действительности заряды не абсолютно
плоски. Двигаясь по орбитам, они образуют концентри-
ческие токовые шнуры, сгущения, которые и назы-
ваются зарядами.
Существует множество подобных по устройству ми-
крочастиц, образующих системы отдельных (дискрет-
212 ных) токовых систем. При теоретическом рассмотрении
Строение микрочастиц по ТФП:
а) частица вещества; б) частица вакуума.
их обнаруживается периодический закон состояний ми-
крочастиц, или, проще, Периодический Закон Микроча-
стиц (ПЗМ), напоминающий знаменитый закон Менде-
леева.
Условия электродинамической устойчивости микро-
частиц зависят от количества наружных и внутренних
зарядов, скоростей их вращения и некоторой постоянной,
которую мы обозначим буквой К. Все эти величины
связаны между собою сложным уравнением, которое
имеет решения лишь при определенных значениях К.
Наименьшее из них равно 7, а первый ряд образуют
микрочастицы, у которых К принимает 112 значений,
кратных 7.
Для следующего второго ряда К— 113, третьего —
33215, четвертого — 99537, пятого — 364913, шестого —
1725033, седьмого — 2723565. Нет никаких оснований 213
полагать, что Природа ограничивается этими первыми
семью рядами. Но пока трех из них оказалось вполне до-
статочно, чтобы не только объяснить все главнейшие
свойства (параметры) известных микрочастиц, но и
предсказать существование таких, которые еще будут
открыты. Кстати сказать, ряд подобных открытий был
уже сделан по ходу разработки теории, что свидетельст-
вует о прочности ее основ.
В пределах данного ряда каждому значению К соот-
ветствует определенное количество наружных и внутрен-
них зарядов и их скоростей. А через эти величины мо-
гут быть вычислены отношения радиусов, разность меж-
ду ними и далее все главные параметры микрочастиц.
Внутри же каждого ряда действуют следующие главные
закономерности:
1.	Суммарное число зарядов остается неизмен-
ным.
2.	Наружный радиус от первого до последнего чле-
на ряда монотонно растет, увеличиваясь к концу ряда
почти вдвое. Зато радиус внутренней орбиты все время
и достаточно быстро убывает. Увеличение одного радиу-
са и уменьшение другого примерно пропорционально из-
менению числа расположенных в них частиц.
3.	Масса частиц наиболее велика в первом состоя-
нии, а затем монотонно уменьшается вдоль ряда.
4.	Абсолютное значение зарядов максимально у пер-
вых членов ряда, а затем, как и масса, к концу ряда все
время убывает.
Заметим, что скорости вращения, суммарное число
зарядов и радиусы микрочастиц от ряда к ряду ра-
стут.
В основу своей теории И. Л. Герловин положил все-
го три постулата, тогда как в некоторых других совре-
менных теориях «элементарных частиц» их более со-
рока. Вот эти, принятые без доказательства, поло-
жения:
214	1. В Природе существует только одно силовое поле
электромагнитной природы, с помощью которого объяс-
няются все известные природные взаимодействия и все
главные свойства микрочастиц.
2. Квантуемость энергии (то есть существование ее
в виде порций) есть на всех уровнях Природы. Однако
обмен энергией в мире микрочастиц происходит пор-
циями, определяемыми не постоянной Планка, а другой
постоянной, во много раз меньшей. Не исключено, что в
звездном мире или в мире галактик есть аналоги посто-
янной Планка, превосходящие ее в невообразимо боль-
шое число раз.
3. Новая Теория Фундаментального Поля должна
подчиняться принципу соответствия, по которому все
правильные теории с появлением новой теории не отбра-
сываются, но сохраняют силу для прежней области явле-
ний, оказываясь частным случаем новой, более общей
теории.
На этих основах и рассмотренных выше моделях
И. Л. Герловин построил таблицу микрочастиц, в кото-
рых вычисленные им их параметры до шестого зна-
ка после запятой совпадают с теми, которые получены из
опыта.
Так, скажем, первой частицей в первом ряде явля-
ется протон. По данным опыта, его масса в относитель-
ных единицах равна 1836,1515, по ТФП Герловина —
1836,14. В третьем ряду первая частица — электрон,
масса которого условно принимается за единицу. И в
протонном, и в электронном, и в других рядах есть как
устойчивые, так и крайне неустойчивые частицы. На-
пример, в протонном ряду встречается пи-мезон, а в элек-
тронном — мю-мезон. Во втором между ними ряду мож-
но найти так называемую кси-частицу.
Электрический заряд каждой микрочастицы равен
разности между суммами наружных и внутренних кольце-
вых зарядов. Точному расчету поддаются и все осталь-
ные главнейшие параметры микрочастиц (их механиче-
ские, магнитные «моменты» и др.).
215
Может ли удивительно точное совпадение теории и
опыта быть случайным? Расчеты показывают, что веро-
ятность этого равна 10 35. Это исчезающе малое число
равно вероятности того, что вы и ваши потомки, участ-
вуя в денежно-вещевой лотерее в течение миллиона лет,
каждый раз выигрывали бы машину «Жигули» новей-
шей марки!
А вот как ТФП объясняет сильные взаимодействия,
точнее, ядерные силы в микромире. Эти силы возника-
ют лишь между токовыми шнурами микрочастиц на
очень близких расстояниях. На больших же расстояниях
электромагнитные силы создаются общим зарядом са-
мих микрочастиц.
Согласно ТФП, каждая такая частица способна пе-
реходить из одного состояния в другое. Заряды-сгустки
при этом расплываются в сплошной, всюду одинаково
плотный круговой ток, который, как известно по зако-
нам электродинамики, излучать не может. Такую проме-
жуточную стадию микрочастицы И. Л. Герловин на-
звал нейтринной. После нее диаметр кругового токового
шнура меняется при одновременном излучении или по-
глощении фотонов. Процесс завершается обратным пре-
вращением равноплотного токового шнура в кольцевой
ток со сгустками, но уже его структура будет соответ-
ствовать новой энергии микрочастицы.
В момент внезапного изменения диаметра частицы
часть кругового тока может оторваться и превратиться
в самостоятельную микрочастицу — нейтрино.
Представьте себе теперь две частицы, у одной из ко-
торых внешние заряды положительны, а внутренние от-
рицательны, а у другой — наоборот. С полным основа-
нием мы можем назвать их «частицей» и «античасти-
цей». Допустимо, что они сольются, соединятся. В этом
случае они образуют то, что в ТФП называется части-
цей физического вакуума.
При слиянии частица и античастица аннигилируют,
то есть излучат собственную суммарную энергию
в виде фотонов. Но они не перестанут существовать,
хотя возникшая из них частица вакуума станет ненаблю-
даемой и не будет совсем иметь массу. Подобные части-
цы заполняют все мировое пространство. Этот «физи-
ческий вакуум» взаимодействует с микрочастицами и
распространяет электромагнитные волны. Его плотность
равна нулю, хотя концентрация частиц очень велика —
1039 частиц в одном кубическом сантиметре! Но, как по-
казал И. Л. Герловин, концентрация вакуума и его
плотность не одно и то же. В ТФП доказано, что в воз-
бужденном состоянии частицы вакуума — это фотоны,
масса покоя которых, как известно, равна нулю.
Теория «физического вакуума» еще только начинает
разрабатываться, но некоторые уже полученные резуль-
таты представляют большой интерес. Еще в 1975 году
известный пулковский астроном член-корреспондент
АН СССР В. А. Крат совместно с И. Л. Герловиным
опубликовали работу, в которой на основе ТФП теоре-
тически получили численное значение гравитационной
постоянной. В работе доказано, что «физический ваку-
ум» оказывает, так сказать, «внутри себя» всесторон-
нее давление. При этом каждая пара частиц экранирует
друг друга, и между ними давление вакуума меньше,
чем в окружающем пространстве. Тем самым появля-
ются силы, сближающие частицы, — силы взаимного
тяготения. По расчетам И. Л. Герловина и В. А. Крата,
постоянная тяготения выражается через другие уни-
версальные «мировые константы» и равна 6,6714 X
X Ю-8 см3/г сек2. Из экспериментов та же величина
в тех же единицах получается равной 6,6720 • 10“8.
Сходство просто поразительное!
Распространение света в физическом вакууме сопро-
вождается последовательным возбуждением его частиц.
Этот процесс приводит при каждом таком акте к невос-
полнимой, хотя и очень малой потере энергии. Возника-
ет нечто вроде «гравитационного трения», при котором
летящие фотоны теряют тем больше энергии, чем боль-
217
шее расстояние они проходят. Таким образом, с позиции
ТФП знаменитое «красное смещение» объясняется вовсе
не расширением Вселенной, а взаимодействием света га-
лактик с физическим вакуумом. Удалось даже теорети-
чески получить величину постоянной Хаббла (пара-
метра «красного смещения»), достаточно близкую к на-
блюдаемой.
Согласно ТФП, существует девять видов физическо-
го вакуума, состоящих из вакуумных частиц разной мас-
сы (самый тяжелый из них протон — антипротонный).
При некоторых условиях вакуумные частицы восьмого
вида вакуума могут излучать энергию, весьма напоми-
нающую реликтовое излучение. В этом случае последнее
доказывает не реальность «расширяющейся Вселенной»,
а истинность новой Теории Фундаментального Поля.
Постепенно ТФП приобретает популярность не толь-
ко у нас, но и за рубежом. Хотя она еще далека от за-
вершения, ее выводы привлекают внимание не только
теоретиков, но и практиков. Известные советские спе-
циалисты в области космонавтики доктора технических
наук В. П. Бурдаков и Ю. И. Данилов в своей недавно
изданной книге рассматривают ТФП как оригинальную
физическую теорию, которую удастся в будущем ис-
пользовать для проектирования перспективных космиче-
ских летательных аппаратов.
По представлениям ТФП, антигравитация в принци-
пе возможна, если между двумя тяготеющими массами
происходит более интенсивная генерация вакуума, чем
его экранирование этими массами. Тогда частицы (и те-
ла) будут не притягиваться, а отталкиваться. На этом
принципе когда-то в будущем, возможно, удастся
создать космический антигравитационный двигатель. По
мнению В. П. Бурдакова и Ю. И. Данилова, в теорети-
ческом плане весьма важны усилия ученых, «направлен-
ные на создание единых теорий поля и элементарных
частиц», на выявление природы гравитации и правиль-
218 ного понимания строения и эволюции Вселенной.
Успехи ТФП столь велики, что вполне закономерен
вопрос: а не найдено ли уже в самом деле Фундамен-
тальное Поле?
Что такое
время?
[ X Сейчас, когда я пишу эти строки, рядом звон-
I	J ко тикает будильник. Течет время. И течет
\	J оно, увы, всегда в одну сторону — от прош-
лого к будущему. Течет неумолимо, и этот
поток времени никто и ничто не в силах остано-
вить.
Какой, однако, смысл мы вкладываем в понятие
«время»? И как понимать выражение «время течет»?
Вопросы эти принадлежат к труднейшим пробле-
мам науки и философии. Недаром один древний фило-
соф говорил, что, когда его не спрашивают, что такое
время, ему все ясно, но внятно ответить на этот вопрос
он не может.
Все, что мы называем реальностью, существует не
только в пространстве, но и во времени. Так как любая
объективная реальность, существующая вне наших ощу-
щений, называется материей, говорят, что пространство
и время — формы существования материи. Действуя на
нас через органы чувств, объективная реальность по-
рождает в нас ощущения, которые являются субъектив-
ным образом объективного мира. Есть у нас и ощущение
времени, которое сказывается, например, в биологиче-
ских ритмах. Используют термин и «психологическое
время», имея в виду различные восприятия человеком
объективного времени. Так, скажем, в детстве время ка-
жется текущим очень медленно, в старости оно бежит
быстро. Между тем, судя по всему, объективный «ход
времени» в любом возрасте человека всегда одинаков.
219
Здесь следует сделать существенную оговорку. Тео-
рия относительности доказала, что в разных системах
отсчета время течет по-разному и какого-то единого,
одинакового времени для всей Вселенной не существует.
И эта относительность времени такой же факт, как и его
объективное существование.
Промежутки времени измеряют каким-либо равно-
мерным движением, например колебаниями маятника
часов. Чем равномернее идут часы, тем точнее они из-
меряют ход времени. Может быть, время — это то, что
измеряют часы? Вы, конечно, понимаете шуточный ха-
рактер такого определения. Ведь если остановятся все
часы на свете, будет ли это означать, что остановилось
время?
Мы уже не раз говорили, что в ходе эволюции Все-
ленной энтропия всякой замкнутой системы только воз-
растает. Так как энтропия — это мера беспорядка, то
можно сказать, что по ходу развития Вселенной беспо-
рядок в ней неуклонно увеличивается. Это дает возмож-
ность как будто определить, где прошлое и где будущее,
то есть, как принято говорить, выяснить, куда направле-
на «стрела времени». Как легко сообразит читатель, она
направлена от порядка к беспорядку.
Подобные, к сожалению, весьма распространенные
рассуждения, увы, далеко не безупречны. Как уже гово-
рилось, в мире должны существовать антиэнтропийные
процессы с уменьшением энтропии. Говоря проще, где-
то из беспорядка должен созидаться порядок, — в про-
тивном случае Вселенной грозит пресловутая тепловая
смерть. Кроме того, сомнительно, чтобы второе начало
термодинамики было приложимо ко всей бесконечной,
незамкнутой и неограниченной Вселенной. Так вот и
представьте себе, что когда-нибудь по Вселенной широ-
ко разовьются процессы с уменьшением беспорядка, то
есть уменьшением энтропии. Значит ли это, что время
потекло вспять? Конечно, нет.
220 Как это ни удивительно, но математические уравне-
ния, описывающие природные явления, «равнодушны»
к направлению течения времени. Если в них изменить
положительный знак времени «t» на противоположный,
отрицательный, уравнения не изменятся, как не меня-
ется результат возведения в квадрат при замене двух
на минус два. Между тем в реальном мире изменения
знака времени приводит к явным нелепостям.
Представьте себе хроникальный фильм, в котором
засняты прыжки с вышек в воду. Если прокручивать
ленту фильма в обратном направлении, картина полу-
чится нелепая: из воды вверх с большой скоростью ста-
ли бы вылетать спортсмены вперед ногами и, сделав в
воздухе пируэт, становились бы в стойку смирно на вер-
шине вышки. Еще нелепее выглядел бы мир, в кото-
ром время вдруг потекло в обратном направлении. Ду-
маю, что читатель сам легко придумает примеры нелепо-
стей в мире с обратным течением времени.
Некоторые явления кажутся обратимыми: например,
колебания маятника часов. В какую сторону ни пускай
время, колебания вроде бы будут выглядеть одинаково.
Но, увы, обратимость явлений и здесь только кажущая-
ся. По ряду причин любой маятник рано или поздно
останавливается, и его колебания затухают. При обрат-
ном течении времени затухание колебаний превратится в
непонятное самопроизвольное раскачивание маятника.
Похоже, что все явления в природе необратимы. Ничто
в точности не повторяется, и будущее всегда отличается
от прошлого. «Стрела времени» существует, и этот бес-
спорный факт — одно из удивительных свойств време-
ни. Есть ли у него какие-нибудь другие свойства?
Известный пулковский астроном профессор Н А. Ко-
зырев много лет изучал природу времени. Исследо-
вания эти не только теоретические, но и эксперимен-
тальные. Ряд оригинальных приборов, созданных им,
позволил открыть ранее неизвестные удивительные
свойства времени. Выводы, к которым пришел ученый,
настолько необычны и подчас трудно воспринимаемы,
221
что вокруг работ Н. А. Козырева не прекращаются го-
рячие дискуссии и многие ученые пока отказываются
принять его выводы. Некоторые из этих выводов на-
столько интересны, что с ними стоит кратко познако-
мить читателя *.
По мнению Н. А. Козырева, как будто подтвержден-
ному его опытами, время обладает рядом физических
свойств. Простейшим из них является ход времени. Вза-
имодействуя с веществом звезды, время может оказать-
ся источником ее энергии. Как уже говорилось, по но-
вейшим данным, температура в недрах Солнца оказыва-
ется недостаточно высокой для того, чтобы там могли
совершаться ядерные реакции превращения водорода в
гелий. Поэтому Н. А. Козырев считает, что и Солнце и
звезды черпают свою энергию из самого хода времени.
Кроме направленного хода, время, по Козыреву, об-
ладает еще одним физическим свойством — плотностью.
При одних процессах плотность времени увеличивается,
при других уменьшается. В разных ситуациях время мо-
жет излучаться или поглощаться. Так, например, про-
цессы, увеличивающие энтропию, то есть беспорядок в
мире, излучают время, а там, где из беспорядка нала-
живается порядок, время поглощается.
Очень важно, что время можно экранировать, за-
слонять разными предметами (например, стеклом, ме-
таллическими пластинами) и отражать (например, зер-
калом). Преломление у времени, однако, отсутствует.
На этих свойствах времени основаны и приборы, постро-
енные Н. А. Козыревым.
Очень важной особенностью времени является то,
что оно не распространяется, как свет, а появляется
1 См. статьи О. Перфильевой «Вечно молодая Вселенная», «Тех-
ника — молодежи», № 5, 1976, А. Валентинова «Вечный маятник
Вселенной» в газете «Социалистическая индустрия» от 20 ноября
1977 г. и Н. А. Козырева в сборнике «Проявление космических
222 факторов на Земле и звездах». М., 1980.
сразу во всей Вселенной. Можно сказать иначе (хотя
и не совсем строго), что время распространяется с бес-
конечно большой скоростью. Это физическое свойство
времени Н. А. Козырев доказывает некоторыми экспе-
риментами.
Читатель прекрасно понимает, что звезды мы всегда
видим в прошлом и никогда в настоящем. Скажем, яр-
чайшую звезду земного неба лучезарный Сириус мы ви-
дим таким, каким он был 8 лет назад, — именно столько
времени нужно лучу света, чтобы добраться от Сириуса
до Земли. Настоящий же Сириус находится не там, где
мы его видим (это его световой призрак), а в другом ме-
сте неба, куда он сместился за восемь лет.
Н. А. Козырев поставил смелый опыт. В фокус те-
лескопов Пулковской и Крымской обсерваторий он по-
местил изобретенные им приборы, которые восприни-
мают излучение времени. И удивительное дело — они
среагировали на то темное место, где никакого Сириуса
мы не видим, но где на самом деле он находится!
Подобные опыты были проделаны с рядом звезд и
других космических объектов. Из звезд, исследованных
Н. А. Козыревым, наиболее сильно излучает время
Процион — главная звезда в созвездии Малого Пса.
Активно излучающим время оказался район лунного
кратера Аристарх, где в 1958 году Н. А. Козырев на-
блюдал извержения газов. Заметим, что с точки зрения
его идей здесь все понятно: «беспорядок» при вулкани-
ческих извержениях образуется очень быстро, и такие
зоны должны заметно излучать время.
Из опытов Н. А. Козырева следует, что наиболее
активно излучают время белые карлики (спутники Си-
риуса и Проциона) и рентгеновский источник в созвез-
дии Лебедя, возможно являющийся черной дырой. Есть
космические объекты, вовсе не излучающие (в пределах
точности козыревских опытов) время. Таковы, напри-
мер, планета Сатурн, звезда Арктур, туманность Орио-
на и другие. Чем это вызвано, сказать, конечно, трудно.
223
Звезда Процион из созвездия Малого Пса.
Судя по работам Н. А. Козырева, время способно
мгновенно передавать информацию. Противоречия с тео-
рией относительности тут нет — эта теория запрещает
сверхсветовые скорости для каких-либо тел или других
материальных носителей. Время же к таковым, очевид-
но, не относится. Если эти выводы Н. А. Козырева
подтвердятся, тогда, принципиально говоря, откроется
заманчивая связь мгновенной связи с внеземными ци-
вилизациями. Ценность такой сверхбыстрой связи труд-
но преувеличить.
Не могу удержаться, чтобы не привести вдохновен-
ных слов из статьи Н. А. Козырева: «Лабораторные
исследования показали возможность действия времени
на вещество и этим подтвердили вывод о том, что энер-
гия звезд поддерживается текущим временем. Время не
дает звездам погаснуть, то есть прийти в равновесие
с окружающим их пространством. Смотря на звездное
небо, мы видим не атомные топки, где действуют раз-
рушительные силы Природы, а видим проявления жиз-
ненных творческих сил, которые приносит в Мир теку-
щее время. Их действие можно наблюдать по тем изме-
нениям времени, которые происходят в космических те-
лах. Выполненные наблюдения показали, что эта воз-
можность действительно существует и что этим путем
можно начать обширные исследования по совершенно
новой для астрономии программе. Ее осуществление
должно привести к еще более глубокому познанию сущ-
ности Мира».
Может быть, он все-таки прав?

6Л Познание
) бесконечного
Ум человеческий открыл много
диковинного в природе и откроет
еще больше, увеличивая тем свою
власть над ней.
В. И. Ленин
Истоки
разума
f	\ В эпиграфе вступления к этой книге сказано,
| I ) что разум человеческий бесконечно превра-
\ I / щает «вещи в себе» в «вещи для нас». В этих
ленинских словах выражен смысл познания
бесконечного. Да, окружающий нас материальный мир
бесконечен и неисчерпаем во всех отношениях. Но этой
беспредельности Мироздания соответствует принципи-
альная неограниченность человеческого познания. Вся-
кое ощущение есть субъективный образ объективного,
независимо от нас существующего мира. Преобразование
внешнего раздражения в факт сознания — суть познава-
тельного процесса. В каждом акте познания скрытая
суть вещей («вещь в себе») становится явной («вещь
для нас»). С прогрессом познания мы все ближе и глуб-
же познаем сущность окружающей нас реальности, все
полнее познаем Мир.	227
Материя вечна, но сознание появляется в живых су-
ществах лишь на определенной стадии развития вечно
движущейся, вечно изменяющейся материи.
Миллиарды лет назад на безжизненной Земле, ма-
ло похожей на современную, в результате каких-то ес-
тественных процессов, до конца не выясненных наукой,
зародилась жизнь.
Сознание в истории Земли появилось не беспричин-
но, не из «ничего», а значит, и не неожиданно. Как итог,
оно увенчало всю предшествующую эволюцию мира
органическую и неорганическую. Великий акт появления
человека — не случайность, а неизбежный в земных ус-
ловиях результат непрерывного совершенствования жи-
вого вещества. Все шло к тому, что и случилось, — к по-
явлению мысли.
«...В ясно выраженной форме, — писал В. И. Ле-
нин, — ощущение связано только с высшими формами
материи (органическая материя), и «в фундаменте са-
мого здания материи» можно лишь предполагать суще-
ствование способности, сходной с ощущением» *.
И еще: «...Логично предположить, что вся материя
обладает свойством, по существу родственным с ощуще-
«	9
нием, свойством отражения...» .
Действительно, все предметы и явления окружающе-
го нас мира находятся во взаимосвязи и взаимодейст-
вии. Но «отражение» в философском смысле этого сло-
ва и есть проявление этой взаимосвязи, изменение одно-
го тела, вызванное другим. Иначе говоря, отражение —
это «след» взаимодействия или взаимосвязи предметов
и явлений.
След на проселочной дороге от протектора автома-
шины — это простейший пример механического «отра-
жения». Отклонение стрелки компаса под действием
магнита — «отражение» воздействия магнитных полей.
1	В. И. Ленин. Поли. собр. соч., т. 18, с. 39—40.
2	Там же, с. 91.
228
Наконец, обычное отражение предмета в зеркале —
это также пример философского «отражения», поясняю-
щий, кстати сказать, и происхождение этого тер-
мина.
Высшие формы отражения связаны с жизнью. Как
известно, всем живым существам присуща раздражи-
мость — элементарная форма отражения. Она выра-
жается в той или иной реакции живых существ на
внешние раздражители — свет, колебания температуры
и т. п.
Организм, воспринимая внешние раздражения, де-
лает окружающий мир своим достоянием, тем самым
«внешнее» для него становится «внутренним». Реагируя
же на внешнюю среду, организм «внутреннее» снова пе-
реводит во внешнее.
Раздражимость свойственна даже микроорганизмам.
Так, например, пурпурные бактерии, освещенные пуч-
ком света, скапливаются в световом кружке, который
для них играет роль световой ловушки. Легко вызвать
раздражимость инфузорий, воздействуя на них некото-
рыми химическими веществами. Общеизвестны и реак-
ции растений на внешние раздражители: вспомните, на-
пример, движение подсолнухов вслед за солнцем. На
более высоком уровне организации раздражимость жи-
вых существ переходит в чувствительность — способ-
ность отражать отдельные свойства вещей в форме ощу-
щений.
С зарождением нервной системы живые организмы
приобретают способность восприятия, то есть отражения
целостного образа ситуации. Появляются элементы пси-
хики как функции нервной системы, с помощью кото-
рой отражение внешнего мира становится целостным и
достаточно полным.
Эволюция органического мира выражается, в частно-
сти, в совершенствовании форм отражения объективного
мира. С момента появле.ния ясно выраженной нервной
системы, например, у позвоночных, рост и усложнение 229
психики животных могут быть прослежены на прогрес-
сивной эволюции нервной системы.
В 1851 году американский биолог Д. Дана (1813—
1895) назвал подмеченную им прогрессивную эволюцию
мозга у позвоночных «цефализацией», но сам воздер-
жался от каких-либо объяснений этого факта. На «прин-
цип Дана» не обратили внимания ни Ч. Дарвин, ни его
ближайшие последователи. Между тем факт цефализа-
ции имеет немалое значение. В нем выражается предыс-
тория сознания, его эволюционные, биологические пред-
посылки.
«Обобщение Дана, — писал В. И. Вернадский, —
заключается в следующем: в эволюционном процессе
мы имеем в ходе геологического времени направлен-
ность. Нет ни одного случая, чтобы появился перерыв
и чтобы существовало время, когда добытые этим про-
цессом сложность и сила центральной нервной системы
были потеряны, и появляется геологический период, гео-
логическая система с меньшим, чем в предыдущем пе-
риоде, совершенством центральной нервной системы».
Но следует оговорить, что этот принцип оправдывается
лишь на переломных этапах развития живого, а непре-
рывно прослеживается лишь на той ветви приматов, ко-
торая дала человека. Так, среди человекоподобных
обезьян наиболее развитыми были крупные австрало-
питеки, но они все вымерли, а менее развитые гориллы
и шимпанзе существуют до сих пор.
При всей сложности психики высших животных в
ней отсутствуют понятия — характерная черта сознания.
Нет и самосознания, самооценки, присущей человече-
скому разуму. Зато сильно развито бессознательное —
инстинкты. Когда же и как из бессознательного роди-
лось сознание, когда на Земле впервые засветилась
мысль?
Около 5 млн. лет назад среди приматов появились
высокоразвитые обезьяны — австралопитеки (южные
230 обезьяны). Они были распространены очень широко —
Эволюция мозга у позвоночных.
от Южного Китая на востоке до Восточной Африки на
западе включительно.
Это были обезьяны ростом не более 1,2—1,4 м, с
нижними конечностями, очень близкими по строению
современным человеческим, что свидетельствует о дву-
ногом способе передвижения. В остальном эти обезьяны
были похожи на шимпанзе и имели некоторые черты,
близкие гориллам. Только лицо у них не так сильно вы-
ступало вперед, было более плоским и походило на че-
ловеческое. Судя по строению зубов, они ели все подряд
и вели исключительно наземный образ жизни. Это об-
стоятельство обусловило, по сравнению с другими чело-
векоподобными обезьянами, особенности их поведения.
Не обладая колоссальной физической силой, как древ-
231
ние гигантопитеки, и мощными зубами,они должны были
компенсировать свою слабость чем-то иным.
Давно уже зоологи заметили, что в трудных услови-
ях животные различных видов (даже те, для которых
стадный образ жизни не характерен) собираются вме-
сте, иногда огромными массами. Так и у австралопите-
ков: по многим данным, они образовывали относитель-
но большие стада, иногда, как у павианов, до 200 особей.
Также известно, что многие высшие животные часто
манипулируют предметами. Обезьяны даже используют
предметы — палки, камни — в случае необходимости
в качестве орудий. У австралопитеков, очевидно, подоб-
ная деятельность носила более систематический харак-
тер. С помощью палок и камней они, подобно шимпанзе,
убивали ящериц и мелких животных, доставали трудно-
доступные плоды.
И вот около 2,5 млн. лет назад австралопитеки неко-
торых групп перешли к изготовлению орудий и совмест-
ному строительству убежищ в виде кольцевых стенок,
то есть к труду.
«Сначала труд, а затем и вместе с ним членораздель-
ная речь явились двумя самыми главными стимулами,
под влиянием которых мозг обезьяны постепенно пре-
вратился в человеческий мозг...»1
Труд создал самого человека. Труд, деятельность
рук, развитие мозга, речь, организация общественного
производства — вот главнейшие факторы, превратившие
первобытное стадо в первобытное общество.
Однако само становление труда еще не характеризу-
ется началом изготовления орудий, так как труд носит
общественный, коллективный характер, а у австралопи-
теков, начавших изготовлять орудия, многие данные го-
ворят за то, что каждый из них готовил орудие и ис-
пользовал его только для себя, в крайнем случае для
232
‘К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 20, с. 490.
своей семьи. Понадобилось еще около двух миллионов
лет, несколько эпох похолоданий, когда жизнь в изме-
нившихся, ухудшенных условиях требовала коллектив-
ных усилий для того, чтобы выжить. Только около
700 тыс. лет назад, в эпоху крупного и длительного оле-
денения, охватившего южные районы умеренной зоны и
даже некоторые области субтропиков, появились древ-
нейшие настоящие люди — архантропы (питекантропы
Явы, Китая, Восточной и Северной Африки, юга Вос-
точной Европы, Палестины). Последнее, крупнейшее по
площади оледенение, около 100—200 тыс. лет назад,
ознаменовалось появлением примитивного разумного че-
ловека — неандертальца, а около 50—60 тыс. лет назад,
в эпоху последнего оледенения, оформился, наконец,
человек современного типа.
О происхождении человека написано множество
книг, и здесь нет необходимости подробно останавли-
ваться на этой теме. Подчеркнем два важных обстоя-
тельства.
В постепенном становлении человека наблюдается
прогрессивное развитие центральной нервной системы,
ее постепенное усложнение — верный признак совер-
шенствования психики.
Второе не менее важное обстоятельство — ускорение
эволюционного процесса. От появления первых млеко-
питающих до ответвления от них гоминид прошли сот-
ни миллионов лет. Спустя еще примерно 10 миллионов
лет появились австралопитеки. От них до первых пите-
кантропов протекло еще около 4 млн. лет. Но переход
от питекантропа к неандертальцу занял уже всего не-
сколько сот тысяч лет, а спустя сотню тысяч лет на
Земле появился «человек разумный».
Но это было не просто появление нового вида. Про-
изошел великий качественный скачок в истории Земли.
Возник не просто человек, а человеческое общество. На-
чалась человеческая история, объясняемая своими, осо-
быми социальными законами. Как писал в свое время
233
К. Маркс: «Мы знаем только одну единственную науку,
науку истории. Историю можно рассматривать с двух
сторон, ее можно разделить на историю природы и ис-
торию людей. Однако обе эти стороны неразрывно свя-
заны; до тех пор, пока существуют люди, история при-
роды и история людей взаимно обусловливают друг
друга» *.
Животные приспосабливаются к окружающей среде.
В отличие от них, человек с помощью орудий труда и
общественного производства сам изменяет внешнюю сре-
ду, природу, заставляя ее служить своим человеческим
целям. Но это воздействие человека на природу пока
характерно чертами, отмеченными еще Ф. Энгельсом:
«...На каждом шагу факты напоминают нам о том, что мы
отнюдь не властвуем над природой так, как завоеватель
властвует над чужим народом, не властвуем над ней так,
как кто-либо находящийся вне природы, — что мы, на-
оборот, нашей плотью, кровью и мозгом принадлежим
ей и находимся внутри ее, что все наше господство над
ней состоит в том, что мы, в отличие от всех других су-
ществ, умеем познавать ее законы и правильно их при-
менять» 1 2.
В прошлом Земли роль человека была ничтожна.
Совсем иначе выглядит эта роль сегодня и особенно в
будущем.
Человек стал властелином своей планеты. И эту
власть дали ему его сознание, его мысль.
1 К. М а р к с и Ф. Энгельс. Соч., т. 3, с. 16.
2 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 20, с. 496.
Научная мысль
как планетное явление
[	\ Название этой главы совпадает с наименова-
I Л ) нием одной из главных работ В. И. Вернад-
V J ского. В 1977 году в издательстве «Наука»
была опубликована его книга под названием
«Размышления натуралиста». Главная идея этого заме-
чательного труда нашего великого соотечественника
заключается в том, что наука, на заре истории челове-
чества почти не игравшая никакой существенной роли,
ныне превратилась в великую производительную силу,
в ту силу человеческого разума, которой в первую оче-
редь определяется формирование на нашей планете ноо-
сферы.
Учение о роли науки в развитии производительных
сил общества впервые было разработано Карлом Марк-
сом и Фридрихом Энгельсом.
«Путем глубокого научного исследования экономиче-
ских явлений, — писал В. И. Вернадский, — Маркс и
Энгельс — главным образом К. Маркс — выявляли
глубочайшее социальное значение научной мысли, кото-
рое философски интуитивно выявлялось из предшест-
вующих исканий утопического социализма... Маркс яс-
но видел, что мысль человека создает производитель-
ную силу. Еще больше и глубже это проявится в ноо-
сфере» *.
Наука — это система знаний о мире. Объектом на-
учного познания может быть все реально существую-
щее, то есть все процессы, происходящие в природе и
в общественной жизни. Познание законов, управляющих
этими процессами, и применение этих законов в практи-
1 И. И. Мочалов. В. И. Вернадский — человек и мысли-
тель. М., 1974, с. 154.
235
ческой деятельности человека — основная задача науки.
Уже в древнем мире наука удовлетворяла некото-
рым практическим нуждам человечества (например,
предсказание по звездам времени разлива Нила) и,
собственно, эта причина вызвала зарождение астроно-
мии, математики и других наук. В докапиталистиче-
ских формациях наука развивалась медленно, что было
вызвано застойностью производства.
Эпоха Возрождения ознаменовала начало бурного
развития естествознания, общественно-политических на-
ук и философии.
В наши дни наука превратилась поистине в силу
планетарного масштаба. Вся практическая деятельность
человечества, заметно меняющая окружающую среду,
основана на науке, научном знании. Научная мысль
лежит и в основе научных теорий общественного разви-
тия — учения о капитализме, социализме и коммунизме.
Наука изменяет не только среду обитания человека,
но и его социальное бытие.
Всего сто лет назад во всем мире насчитывалось не-
сколько десятков тысяч ученых, сейчас их миллионы.
Современное производство, современная техника немыс-
лимы без науки, и в основе научно-технической рево-
люции лежит научная мысль, научное знание.
Научно-техническая революция ознаменовалась
прежде всего революцией в научной информации. На-
учная мысль, научная информация, то есть знания об
окружающем нас мире, в наши дни стали «основным
капиталом» человеческого общества. Казалось бы, чем
больше знает человек, тем лучше. Но вопрос о ценности
научного знания не решается так прямолинейно, и в
развитии современной науки наблюдаются серьезные, хо-
тя и преодолимые, противоречия.
В период переживаемой нами научно-технической
революции необычайно усилилась связь науки с произ-
водством. Но в этом процессе действует и обратная
236 связь. Техника, эта «овеществленная сила знания», раз-
виваясь, увеличивает поток научной информации об ок-
ружающем нас мире и о нас самих. Казалось бы, такое
развитие со временем должно привести к тому, что нау-
ка займет ведущее место во всей системе общественного
сознания и будет оказывать решающее влияние на об-
щественное бытие. Но на пути к такому будущему пе-
ред человечеством возникло серьезное препятствие, име-
нуемое информационным взрывом. Речь идет о лавине
информации, обрушивающейся на нас, — лавине, угро-
жающей человечеству большими неприятностями, если
мы не сумеем овладеть ею и направить в нужное русло.
За последние десятилетия во всем мире было изда-
но сотни миллионов книг. Мировой ежегодный инфор-
мационный поток выражается сегодня в 10 млрд, страниц
печатного текста. Ежедневно в мире появляется не ме-
нее тысячи названий новых книг.
Вместе с общим лавинообразным ростом печатной
продукции растет и поток научной литературы. В на-
чале прошлого века во всем мире издавалось 100 на-
учных журналов, в 1850 году — около 1 тыс., в начале
нашего века — около 10 тыс., в 1950 году — около
100 тыс. Если темпы прироста не снизятся, то к 2000 го-
ду в мире будет издаваться около 1 млн. названий науч-
ных журналов.
Еще к 60-м годам текущего столетия во всем мире
насчитывалось примерно 100 млн. названий печатных
научных работ, в том числе 30 млн. книг и 13 млн. па-
тентов и авторских свидетельств. Сегодня ежегодно пуб-
ликуется 4 млн. научных статей, то есть в среднем 100
печатных листов в день на одного специалиста.
К 2000 году все эти показатели возрастут не менее чем
в 30 раз.
Общий информационный поток удваивается каждые
10 лет, а в области физико-математических наук — каж-
дые 2—2,5 года. За этим стремительным ростом пы-
тается угнаться (но пока что безуспешно) и непрерывно
растущая армия ученых.
237
Сейчас на Земле насчитывается 5—6 млн. ученых и
инженеров-исследователей. Любопытно, что число вы-
дающихся физиков удваивается каждые 20 лет, тогда
как число инженеров-исследователей — каждые 70 лет.
В целом ежегодный прирост научных кадров отстает от
прироста научной информации, и похоже на то, что в
ближайшие десятилетия (если не годы) этот разрыв
увеличится.
И еще два парадокса. Удвоение научной информации
за несколько лет означает, что за ближайшие годы че-
ловечество узнает о мире и о себе столько же, сколько
оно узнало за все предшествующие века становления на-
уки. Иначе говоря, плотность научных открытий воз-
росла необычайно, и никаких признаков исчерпания
Природы, разумеется, не заметно, так как Природа бес-
конечно сложна во всех своих проявлениях. Поражает
наше воображение и тот факт, что 90% из всех когда-
либо живших ученых являются нашими современника-
ми. И этот весьма высокий процент со временем должен
возрасти.
В чем же опасность сложившейся ситуации? Чем
грозит человечеству «информационный взрыв»?
Давно уже известно, что в современной науке под-
час проще самому выполнить какое-нибудь новое науч-
ное исследование, чем выяснить, не сделал ли кто-ни-
будь другой подобную работу. Океан научной инфор-
мации, заключенный в книгах и журналах, стал на-
столько необъятным, что, например, в фондах Государ-
ственной библиотеки имени В. И. Ленина хранятся мил-
лионы названий книг, никогда не затребованных ни од-
ним читателем. Самоочевидность известного афоризма
Козьмы Пруткова «Нельзя объять необъятное» приво-
дит к быстро увеличивающейся специализации научных
работников.
Эта узость специализации чревата опасностью преж-
де всего для научного работника: он перестает ориенти-
238 роваться хотя бы даже в смежных областях науки, без
чего полноценное научное творчество вряд ли возможно.
Однако и слишком большая широта интересов и заня-
тий ученого грозит превратить его в дилетанта, который
в предельном случае будет знать «все ни о чем».
Наилучшее решение, очевидно, заключается в разум-
ном сочетании глубоких познаний в специальной обла-
сти с достаточно широкой общей эрудицией. Но с ро-
стом потока научной информации достижение такого
идеала становится все более и более трудным.
Путь от научного открытия к его внедрению в произ-
водство уже сегодня нелегок. Несовершенна еще пока
научная организация труда, громоздка и неповоротлива
вся система науки. Отсюда задержка в реализации на-
учных достижений, дублирование научных работ и мно-
гое другое, о чем написано немало хороших книг.
Информационная лавина обрушивается на нас повсю-
ду. Но далеко не всегда мы находим в ней действитель-
но нужные для нас знания. Как говорили еще древние,
«многознание уму не научает». Мы же подчас совсем не
заботимся о качественном отборе воспринимаемой нами
информации.
При существующих соотношениях между приростом
информации и приростом технического могущества, ког-
да первое обгоняет второе, «информационный тупик»
оказывается неизбежным. Как же можно все-таки его
преодолеть, как спастись от «информационного взры-
ва»?
«Информационный взрыв» в ближайшее время будет
главным образом преодолен развитием и совершенство-
ванием электронно-вычислительных машин (ЭВМ),
этих усилителей человеческого интеллекта.
Прирост производства ЭВМ исключительно высок
(50% в год), и они очень быстро совершенствуются от
поколения к поколению. Параллельно бурно развива-
ются и средства связи, что, конечно, улучшает обмен
информацией, необходимой для прогресса науки и тех-
ники.
239
Электронно-вычислительная машина.
Ныне процесс собственно научного творчества уче-
ного занимает 5—10% общего рабочего времени, осталь-
ное уходит на поиски нужного материала в океане науч-
ной литературы, на переводы иностранных источников,
составление библиографии, печатание на машинке,
редактирование и множество других операций, ко-
торые должны и могут в будущем взять на себя
ЭВМ.
Технизация умственного труда освободит ученого от
запоминания множества фактов, их сбора, систематиза-
ции (все это делают ЭВМ), предоставив ему решать
240 главную задачу — знать о сущности всего, чтобы по-
знать новую сущность. Он должен уметь применять
универсальные знания к специальной проблеме, то есть
совмещать глубокие знания в своей специальности с ши-
роким общим научным кругозором.
В будущем к электронно-вычислительным машинам
постепенно перейдут очень многие функции человека,
в первую очередь получение, отбор, хранение и обработ-
ка информации. Это означает, что информационная ем-
кость науки не только неизмеримо возрастет в сравне-
нии с современной емкостью, но и в дальнейшем ЭВМ
обеспечат ситуацию, исключающую катастрофический
переизбыток информации. К этому следует добавить,
что автоматизация производства означает в настоящее
время и в будущем насыщение производства различнь!-
ми ЭВМ, выполняющими функции регуляции и управ-
ления.
Таким образом, кризис «информационного взры-
ва» — явление временное и уже сейчас успешно преодо-
леваемое. Научная мысль, как считал В. И. Вернадский,
поистине всесильна.
Обмен
знаниями
/ л \ На наших глазах происходит информационно-
I	) коммуникационный взрыв, охвативший все
\	J сферы деятельности человека. Поэтому созда-
44--иS на глобальная сеть обмена информацией —
сеть, бурно развивающаяся, сулящая в будущем поисти-
не головокружительные перспективы.
За исторически короткое время телефонами, прием-
никами и телевизорами будет обеспечено практически
все человечество.
Характерно, что растет не только количество средств
связи, но и объем их использования. Так, например, 241
1 6 Ф. Ю. Зигель
В США число внутренних международных телефонных
разговоров ежегодно увеличивается на 14%, а межконти-
нентальных — на 17%. Телевидение особенно популярно.
Подсчитано, что в среднем европейцы ежедневно проси-
живают у экрана телевизора три часа; американцы —
четыре часа.
Появляются новые средства связи. Обычно они рож-
даются как некоторые разновидности уже существую-
щих аппаратов. Так были изобретены фототелеграф,
телетайп (своеобразное сочетание телеграфа и телефо-
на), видеотелефон (гибрид телефона и телевизора). Об-
щая тенденция в совершенствовании средств связи выра-
жается в создании максимального эффекта присутствия.
Так, разговаривая по видеотелефону, вы не только слы-
шите, но и видите собеседника. Добавьте к этому цвет,
стереофоничность, стереоскопичность изображения —
качества, технически вполне воплотимые в недалеком
будущем, — и эффект присутствия значительно уси-
лится.
Каким же мыслится будущее средств связи и обмена
информацией?
Стремление к миниатюризации приведет к тому, что
лет через двадцать, а то и раньше широко войдут в
обиход наручные радиоприемники и передатчики, пи-
таемые теплом человеческого тела, карманные видеоте-
лефоны, плоские, похожие на картины цветные телевизо-
ры, в случае необходимости весьма портативные.
Интервидение на наших глазах стало реальностью,
а всевозможные спутники связи — существенной частью
околоземного космического флота. Ретрансляция с по-
мощью спутников — один из самых емких каналов ин-
формации. Благодаря обширным диапазонам спектра ра-
диочастот спутники связи в будущем смогут обеспечить
одновременно место в эфире миллиону телепрограмм
и миллиарду радиопрограмм. И для системы спутников
связи возможно то, что неосуществимо или трудно осу-
242 ществимо для наземных радиостанций, — они могут ве-
щать сразу на весь земной шар. Один передатчик на
борту спутника способен обслужить телевизионными
программами всю Центральную Европу.
Еще больше облегчит и сделает универсальными
контакты между людьми применение лазерной техники
в связи.
Телевидение превратится в самое распространенное
международное средство связи. Судя по всему, оно по-
степенно вытеснит старые средства информации — га-
зеты. Вместо них с помощью телеэкрана зритель смо-
жет узнать все, что он захочет. Обучение по телевиде-
нию, делая сегодня первые шаги, в будущем, возможно,
во многом заменит традиционные формы образования.
По мере совершенствования средств связи сократятся
деловые поездки и путешествия. Если по карманному
видеотелефону, набрав номер, можно связаться с лю-
бым человеком, то необходимость командировок умень-
шится.
И все-таки сомнения вызывают не эти кажущиеся
почти фантастическими конкретные прогнозы, а нечто
другое, более общее: как люди сумеют находить в этой
лавине информации нужные им сведения?
Очевидно, выход мыслим только один — широкое,
универсальное использование автоматических машинных
вычислительных устройств, имитирующих отдельные
стороны нашей интеллектуальной деятельности. Как до-
гадался читатель, речь идет об электронно-вычислитель-
ных машинах.
Производство ЭВМ развивается в темпах, не видан-
ных в других областях техники. Прогресс здесь и коли-
чественный и главным образом качественный. Устарев-
шие типы ЭВМ заменяют новыми, меньшими по разме-
рам, но более совершенными. По некоторым оценкам,
к концу текущего века быстродействие ЭВМ возрастет
в 10 тысяч раз, а размеры их сократятся в 1000 раз. Но
самое замечательное то, что стоимость ЭВМ к 2000 году
намного уменьшится, а это означает, что почти каждый
243
желающий сможет обзавестись портативной ЭВМ, про-
делывающей несколько миллиардов операций в минуту!
На долю ЭВМ выпадет главным образом тяжесть уп-
равления информационной лавиной.
Уже сегодня ЭВМ во многих случаях — важнейшее
звено в автоматических системах регулирования. В обо-
зримом будущем ЭВМ обеспечат автоматическое уп-
равление транспортом, автоматический поиск литерату-
ры и ее копирование, перевод с одного языка на другой,
хранение и выдачу огромных запасов информации. Уп-
равление народным хозяйством немыслимо без самого
широкого использования ЭВМ.
В будущем неизбежно создание широкой сети инфор-
мационных банков — специальных ЭВМ с очень боль-
шой емкостью запоминающих устройств. Такие машины
будут классифицировать, кодировать и хранить посту-
пающую в них информацию, а также выдавать ее по тре-
бованию абонента. В сущности, это напоминает банк,
выполняющий с информацией почти те же операции, ко-
торые обычный банк производит с деньгами. Что же
касается информации, то она, несомненно, дороже вся-
ких денег, и это есть главная ценность земной цивили-
зации. Вероятно, придется создать множество инфор-
мационных банков, специализированных в определен-
ной области знания.
Связи между «банками» образуют информационные
сети — объединения отдельных «банков» по какому-ли-
бо признаку создадут узлы, которые, слившись, образу-
ют единую информационную систему планеты.
Зачатки этого будущего видны в настоящем. Так,
например, в рамках СЭВ создается международный
центр научно-технической информации. Это система бо-
лее высокого класса, чем, скажем, существующие элек-
тронно-вычислительные станции и центры и даже чем
единая государственная система научно-технической ин-
формации.
244 Нечто подобное намечается в области телефонии и
телевидения — объединение в регионы, а затем и в еди-
ные международные организации.
Вместе со средствами сообщения средства связи об-
легчают международное сотрудничество всех прогрес-
сивных сил планеты, обмен научной информацией в гло-
бальном масштабе.
Перспективы
познания
©Эпиграфом к этой главе могла бы послужить
общеизвестная поговорка: «Ум — хорошо,
а два — лучше». Все дальнейшие рассужде-
ния будут, по существу, развивать и обосно-
вывать этот тезис применительно к будущему ноосфе-
ры, той «разумной оболочки» Земли, в которую ныне
переходит биосфера.
Итак, «ум — хорошо, а два — лучше». А почему
лучше? Да потому, что два ума, два интеллекта объеди-
няют свои усилия в решении поставленной задачи. До-
полняя друг друга, они образуют коллектив, интеллек-
туально более сильный, чем индивидуум в отдельности.
Той же цели — усилению интеллекта — служат, в част-
ности, и такие общеизвестные мероприятия, как общие
собрания, научные конференции и съезды. Вообще, чем
больше ученых принимает участие в решении какой-
либо сложной задачи, тем больше гарантия, что она будет
решена.
Коллектив всех ученых планеты, максимально воз-
можное объединение «умов», образует то, что в житей-
ском обиходе обычно именуют мировой наукой и что
считается высшим авторитетом в научных вопросах.
Конечно, термин «мировая наука» несколько неопре-
деленен. Бесспорно, что в»решении научных проблем объ-
единение усилий ученых всех стран весьма желательно.
245
Но на пути к такому объединению, к этому глобальному
целенаправленному и регулируемому творчеству, лежат
немалые трудности. О технических трудностях уже гово-
рилось — это прежде всего несовершенство современной
системы информации, заставляющей иногда вторично
открывать уже открытое, вести без нужды параллель-
ные исследования, затрачивая впустую силы и средства.
Координация усилий «мировой науки» еще так плоха,
что человечество в познании мира идет пока темпами,
несравненно более медленными, чем те, какими могло
бы идти. Объединению ученых разных стран мешают
классовые, политические и экономические противоречия.
Но марксизм-ленинизм оценивает современную об-
становку в мире с позиций исторического оптимизма.
Это означает, что коммунизм, как наиболее совершен-
ная общественная формация,. есть неизбежное будущее
всего человечества.
В естественно-научном плане это будет означать
превращение биосферы в ноосферу. В чем же тогда
конкретно воплотится эта новая оболочка Земли, эта
«сфера разума»?
Как отмечает Г. Н. Волков в книге «Социология
науки», «трем историческим этапам в развитии техники:
инструментализация, механизация, автоматизация — со-
ответствуют три основных технологических способа про-
изводства, базирующихся на: 1) ручном труде, 2) ма-
шинном труде, 3) творческом труде (научно-техническое
и художественное творчество)».
Наш век — это век автоматизации, хотя примитив-
ные автоматы были изобретены еще древними. Автома-
ты встречаются во всех областях современной техники.
Непрерывно совершенствуется автоматизация умствен-
ного труда. Это суть научно-технической революции,
и в этом совершающемся на наших глазах процессе мож-
но рассмотреть зачатки того механизма ноосферы, о ко-
тором пойдет речь.
246 Особый интерес в будущем представят самооргани-
зующиеся автоматы, подражающие в этом отноше-
нии живым существам. Словом, успехи и особенно
принципиальные возможности автоматики весьма ве-
лики.
Литература по этой теме огромна. Для интересую-
щей нас проблемы важно, что в рамках той идеальной
регуляции, которая станет в будущем присуща ноосфере,
возможно лишь разумное сотрудничество человека и
машин — «искусственных интеллектов». «Разумное»
именно в смысле регуляции их поведения, препятствую-
щей выходу машин за поставленные человеком границы.
«Бунт машин» и тем более насильственная смена чело-
веческой цивилизации машинной есть в сущности фан-
тастическая проекция в будущее некоторых отрицатель-
ных свойств современного капиталистического общества.
Важно другое, и гораздо более очевидное.
Автоматы, в особенности ЭВМ, уже сегодня являются
мощными усилителями человеческого интеллекта. Если
к общим усилиям человеческих умов присоединить объ-
единенные действия ЭВМ, то, очевидно, будет создана
система, несравнимо превосходящая по своим способно-
стям отдельные свои элементы. Такая система в эпоху
коммунизма будет знаменовать новый, высший этап раз-
вития материального мира Земли.
Создание единой системы управления в рамках всей
планеты может рассматриваться как конкретное вопло-
щение одного из важнейших идеалов коммунизма.
Замечательно, что план ГОЭЛРО, разработанный
по инициативе и под руководством В. И. Ленина, и
его реализация в виде всесоюзной энергосистемы есть
прообраз будущей единой автоматизированной системы
управления. Хотя всесоюзную энергосистему будут пи-
тать электростанции самого разного типа и мощности,
это не нарушит ее единства. Йолучая от каждой станции
«по способностям», энергия в централизованном поряд-
ке обеспечит своих абонентов «по потребностям».
В «Интегральном Интеллекте» будут объединены самые
247
разнородные системы, дающие информацию в общий
банк по способностям и получающие из него информа-
цию по потребности.
Не следует думать, что «Интегральный Интел-
лект» — нечто совершенно фантастическое. Зачатки его
действуют уже сегодня. Это вычислительные центры и
другие объединения по получению, сохранению и обра-
ботке информации. Широкое распространение информа-
ционных «банков» станет еще одним, очень крупным ша-
гом по созданию «Интегрального Интеллекта», который
будет представлять собой систему узловых (по группам
предприятий, научных и иных учреждений) вычисли-
тельных центров, связанных между собой по отраслевым
или тематическим признакам отраслевыми вычислитель-
ными центрами, в которые поступает и в которых дол-
жна храниться информация от каждого абонента данной
системы. Отраслевые центры в свою очередь будут свя-
заны в группы по общим признакам, а также с одним
или несколькими главными центрами. Таким образом,
любой человек в любое время сможет получать необхо-
димую ему информацию и использовать эту информа-
цию для постановки новых задач любому из звеньев
этой системы.
Информационные системы должны быть дополнены
автоматическими системами, способными рассчитать и
выполнить в чертежах оптимальные элементы конструк-
ций или иные задачи.
Единая автоматическая система управления осво-
бодит человека от отыскания в море информации нуж-
ных данных, от чисто технической, занимающей много
времени вычислительной работы и множества других
творчески бесплодных обязанностей и освободит время
для творческого труда. Основную, определяющую роль
в системе будет играть человек, а не какой-то всеобъем-
лющий «сверхмозг», как еще недавно любили прогнози-
ровать многие идёологи и футурологи Запада.
248 Ныне трудно встретить людей, равнодушных к нау-
ке. То, что наука становится производительной силой
общества и каждому видны ее реальные плоды, вызы-
вает всеобщий интерес к науке, желание участвовать в
ней своим посильным трудом. В будущем автоматы
позволят любому обитателю Земли взять от науки все,
что ему нужно, а взамен вложить в общую сокровищ-
ницу знаний все, что он может дать.
Систему «Интегрального Интеллекта» сможет исполь-
зовать каждый. А это означает подлинную и всеобщую
демократизацию науки, участие в научном творчестве
всех членов общества — еще одна характерная черта
коммунизма. Какие поистине фантастические возмож-
ности откроются тогда перед любым членом общества!
«Интегральный Интеллект» будет контролировать
все системы обмена веществом и энергией внутри чело-
веческого общества (транспорт, электросеть и т. п.).
Но на некоторой, весьма высокой стадии развития че-
ловечества достаточно, вероятно, будет передавать толь-
ко информацию, которая позволит на месте создать то,
что раньше требовало пространственного перемещения.
Это касается и вещей и энергии.
ЭВМ необязательно создавать на полупроводниках
и других знакомых нам сугубо технических элементах.
Вполне мыслимо создание химических счетно-решающих
устройств, некоторые предполагают возможность вклю-
чения в систему ЭВМ биологических элементов. По-
следнее, по мнению автора, особенно вероятно, так как
биологическая кибернетика, или бионика, — важнейшее
направление в современной технике.
Характерная черта эволюции органического мира
Земли — новое не отрицает полностью старое, а вклю-
чает в себя все ценное, что было получено ранее, весь
ценный предшествующий опыт эволюции. Так и ноосфе-
ра впитывает в себя все лучшее, жизненно стойкое и не-
обходимое из всего того, что подготовило ее возникно-
вение.
Как Единая Информационная Система будущего, 249
она обеспечит устойчивое равновесие в отношениях меж-
ду людьми, между людьми и машинами, между людьми
и Природой.
Когда же «Интегральный Интеллект» станет реаль-
ностью? Элементы «Интегрального Интеллекта» дей-
ствуют уже сегодня. Его формирование идет на наших
глазах, и мы сами участвуем в этом созидательном про-
цессе.
Как механизм ноосферы «Интегральный Интеллект»
образует открытую систему, способную к неограничен-
ному совершенствованию и пространственному расши-
рению.
Именно «Интегральный Интеллект» станет наиболее
подходящей системой для беспредельного познания не-
исчерпаемой Вселенной.
На перекрестке
бесконечностей
(	\ Со времен изобретения первого телескопа
I	) человек .проник в такие дали Вселенной, до
\ J которых лучи света долетают лишь за милли-
-----арды лет! Его привычная земная обстановка
(Макромир) оказалась ничтожно малым уголком Мега-
мира — бесконечной Вселенной. То, что он увидел в кос-
мосе или своими глазами, или с помощью различных
приборов, еще во многом остается непонятным и зага-
дочным.
Еще удивительнее проникновение человека в Микро-
мир — область объектов ничтожно малых размеров, ко-
торые подчиняются своим, непохожим на земные зако-
нам. Тремя уровнями материи (как принято говорить в
современной философской литературе) не ограничивает-
ся все, что существует, все Сущее. Оно, это Сущее, или,
250 иначе говоря, окружающий человека материальный мир,
неисчерпаем во всех отношениях. Это относится и к яв-
лениям, и к законам, управляющим явлениями. Следо-
вательно, наука никогда не окончится, и всегда в окру-
жающем нас мире будет что изучать. Неисчерпаемости
материи во времени и пространстве соответствует ничем
не ограниченный процесс человеческого познания.
В меру своих сил человечество будет и впредь по-
знавать Мир, Природу, никогда не претендуя, конечно,
на полную завершенность своих знаний.
Опыт науки показал, что диалектическая противо-
речивость свойственна всему, что существует. Все явле-
ния в Мире (механическое движение, элементарные
частицы и т. д.) выступают как единство противопо-
ложностей. Это означает признание, как писал
В. И. Ленин «...противоречивых, взаимоисключающих,
противоположных тенденций во всех явлениях и процес-
сах природы...» 1
Всякий раз, когда человек пытался и пытается свой
ограниченный научный опыт посчитать за отражение
каких-то границ в Мире (неделимый атом, расширяю-
щаяся Вселенная, вне которой ничего нет, и т. п.), но-
вые открытия непрерывно развивающейся науки смета-
ют эти навязанные Природе искусственные границы.
А иначе и быть не может, потому что Мир неисчер-
паем.
Образно говоря, человек стоит на перекрестке двух
бесконечно протяженных дорог, двух бесконечностей.
Одна ведет через Мегамир к другим, пока неизвестным
областям материального мира. Это — бесконечность
«вширь». Но есть и бесконечность «в глубь» материи,
в Микромир, который, судя по всему, столь же неисчер-
паем, как и астрономическая Вселенная.
Мы познакомились с разными типами бесконечно-
стей, начав с простейшей — бесконечности натурального
‘В. И. Ленин. Поли. собр. соч., т. 29, с. 317.
251
ряда чисел. Самая же сложная из бесконечностей —
реальная бесконечность материального мира. Что ждет
человека за границей ныне познанного?
«Последовательное проведение принципа неисчерпае-
мости, — пишет известный советский философ профес-
сор А. С. Кармин, — связано с признанием, что в Мире
существует бесконечное множество различных типов
пространств, времени... отличных от тех, которые из-
вестны нам» L
Таким образом, перед человечеством всегда будут
возникать нерешенные вопросы. Ученым открыт беско-
нечный путь научного труда с его горестями несбывших-
ся надежд и огромной радостью новых открытий.
'А. С. Кармин. «Познание бесконечного», М., Мысль, 1981,
с. 136.
Оглавление
Вступление 5
1.	Когда целое равно своей части
1.	Самая простая бесконечность 9
2.	Много ли точек на прямой? 14
3.	Парадоксы, софизмы и апории бесконечного 24
2.	Странный мир Альберта Эйнштейна
1.	Привычная относительность 33
2.	Постулаты Эйнштейна и их следствия 36
3.	Чудеса многомерья 42
4.	Искривленные пространства 48
5.	Мир Минковского 55
6.	Эйнштейн и тяготение 58
3.	Бесконечна ли Вселенная
1.	Вселенная из вселенных 73
2.	Космологические парадоксы 80
3.	Угроза «тепловой смерти» 86
4.	Вселенная расширяется 93
5.	Горячее начало 99
6.	От хаоса к космосу 104
7.	Жизнь звезд 107
8.	Что ждет Вселенную? 122
253
4.	Беспокойный и неисчерпаемый космос
1.	Вулканы Солнечной системы 135
2.	Вспыхивающие звезды 146
3.	Звездные ассоциации 154
4.	Бурная жизнь галактик 159
5.	А что там, за горизонтом? 170
5.	Глубины материи
1.	В поисках простоты 179
2.	Странности Микромира 192
3.	Есть ли последняя матрешка? 199
4.	Планкеоны, фридмоны и эволюция Вселенной
5.	В поисках фундаментального поля 210
6.	Что такое время? 219
6.	Познание бесконечного
1.	Истоки разума 227
2.	Научная мысль как планетное явление 235
3.	Обмен знаниями 241
4.	Перспективы познания 245
5.	На перекрестке бесконечностей 250
ДЛЯ СТАРШЕГО ВОЗРАСТА
Феликс Юрьевич Зигель
НЕИСЧЕРПАЕМОСТЬ БЕСКОНЕЧНОСТИ
ИБ № 6979
Ответственный редактор Г. В. Малькова
Художественный редактор И. Г. Найдёнова
Технические редакторы Т. Д. Юрханова и Г. Г. Седова
Корректоры Г. Ю. Жильцова и Э. Я Сербина
Сдано в набор 14.07.83. Подписано к печати 26.01.84
А04329. Формат 70Х1081/зг. Бум. офсетная № 1.
Шрифт академический. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 11,2. Усл. кр.-отт. 23,1. Уч.-изд. л. 11,49.
Тираж 100 000 экз. Заказ № 532. Цена 65 коп.
Орденов Трудового Красного Знамени и Дружбы
народов издательство «Детская литература»
Государственного комитета РСФСР по делам
издательств, полиграфии и книжной торговли.
103720, Москва, Центр, М. Черкасский пер., 1.
Фабрика «Детская книга» № 2
Росглавполиграфпрома Государственного комитета
по делам издательств, полиграфии и книжной
торговли. 193036, Ленинград, 2-я Советская, 7.
К читателям
Издательство просит отзывы
об этой книге присылать по адресу:
125047, Москва, ул. Горького, 43.
Дом детской книги.
Ф. Зигель
3—59	Неисчерпаемость бесконечности: Научно-
популярная лит-ра/Рис. П. Чернуского. — М.:
Дет. лит., 1984. — 254 с., ил. — (Люди. Время.
Идеи).
В пер.: 65 коп.
Бесконечность материального мира, неисчерпаемость материи —
краеугольные положения марксизма-ленинизма. Как правильно понимать
эту бесконечность, в каком отношении она находится с той «бесконечностью»,
с которой школьники встречаются на уроках математики, в чем, по современ-
ным представлениям, выражается бесконечность Вселенной и микромира —
вот темы, с которыми автор знакомит юных читателей в этой книге.
4802000000—254
3---------------059—84
М101 (03)84
ББК 22.63
Б 24

65 коп.
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ДЕТСКАЯ ЛИТЕРАТУРА»