атор заметит, что все они падают с совершенно одинаковым ускорением (если пренебречь трением о воздух) и вспомнит, что это - закон свободного падения, открытый Галилео Галилеем. _Но наш экспериментатор так и не сможет заметить ни малейшего различия между явлениями, происходящими в движущейся с ускорением кабине космического корабля и обычными явлениями гравитации. Он может пользоваться маятниковыми часами, ставить книги на полку, не боясь, что те улетят прочь, и повесить на гвоздь портрет Альберта Эйнштейна, который первым указал на эквивалентность ускорения системы отсчета и гравитации и на этой основе развил так называемую общую теорию относительности_.
Но тут, как и в первом примере с вращающейся платформой, мы замечаем явления, оставшиеся неизвестными Галилею и Ньютону, когда те изучали гравитацию. Луч света, посланный через кабину, искривляется и освещает в зависимости от ускорения космического корабля каждый раз другое место экрана, висящего на противоположной стене. Разумеется, внешний наблюдатель интерпретирует это как суперпозицию равномерного прямолинейного движения света и ускоренного движения кабины, где производятся наблюдения. Геометрия также нарушается: сумма углов треугольника, образованного тремя лучами света, будет больше двух прямых углов, а отношение длины окружности к диаметру - больше числа пи. Мы рассмотрели лишь два из простейших примеров ускоренно движущихся систем отсчета, но установленная выше эквивалентность остается в силе для любого движения твердой или деформируемой системы отсчета. Тут мы подходим к вопросу величайшей важности. Как мы только что видели, в ускоренно движущейся системе отсчета может наблюдаться ряд явлений, оставшихся неизвестными для обычного гравитационного поля. Существуют ли эти новые явления, такие как искривление луча света или замедление часов, и в гравитационных полях, порождаемых тяжелыми массами? Или, иначе говоря, существуют ли эффекты ускорения и эффекты гравитации, которые не только очень похожи, но и тождественны? Разумеется, ясно, что хотя с эвристической точки зрения весьма соблазнительно принять полное тождество этих двух разновидностей эффектов, окончательный ответ может быть дан только с помощью прямых экспериментов. И к величайшему удовлетворению нашего человеческого разума, требующего простоты и внутренней непротиворечивости законов Вселенной, эксперименты подтверждают существование новых явлений, о которых идет речь, и в обычном гравитационном поле. Разумеется, эффекты, предсказываемые гипотезой об эквивалентности полей ускорения и гравитационного поля, очень малы. Именно поэтому они и были открыты только после того, как ученые специально занялись их поиском. Используя приведенный выше пример ускоренно движущихся систем отсчета, мы можем легко оценить два наиболее важных релятивистских гравитационных явления по порядку величины: изменение скорости хода часов и искривление луча света. Рассмотрим сначала пример с вращающейся платформой. Из элементарной механики известно, что на частицу с единичной массой, расположенную на расстоянии r от центра, действует центробежная сила, вычисляемая по формуле
(1) где омега - постоянная угловая скорость вращения нашей платформы. Полная работа, совершаемая этой силой при движении частицы от центра до края платформы, равна величине
(2) где R - радиус платформы. Согласно сформулированному выше принципу эквивалентности мы должны отождествить центробежную силу F с силой тяжести на платформе, а работу W - с разностью значений гравитационного потенциала в центре и на краю платформы. Напомним, что, как было показано в предыдущей лекции, часы, движущиеся со скоростью u, замедляют свой ход в
(3) Если скорость u мала по сравнению со скоростью света с, то остальными членами можно пренебречь. По определению угловой скорости получаем r = R*омега, и "коэффициент замедления" можно представить в виде
(4) Формула (4) показывает, как изменяется скорость хода часов в зависимости от разности значений гравитационного потенциала в местах расположения часов. Если мы поместим одни часы у основания, а другие - на вершине Эйфелевой башни (высота башни 300 м), то разность значений гравитационного потенциала между ними будет так мала, что часы у подножия будут идти медленнее, чем часы на вершине башни, только в 0,99999999999997 раз. С другой стороны, разность значений гравитационного потенциала между поверхностью Земли и поверхностью Солнца гораздо больше и порождает коэффициент замедления, равный 0,9999995, что может быть подтверждено высокоточными измерениями. Разумеется, никто не собирается помещать обычные часы на поверхность Солнца и наблюдать за их ходом! У физиков для этого имеются гораздо лучшие средства. С помощью спектроскопа мы можем наблюдать колебания различных атомов на поверхности Солнца и сравнивать их с периодами колебаний атомов тех же элементов, помещенных в пламя бунзеновской горелки в лаборатории. Колебания атомов на поверхности Солнца должны замедляться в число раз, задаваемое формулой (4), и поэтому испускаемый ими свет должен быть чуть более красноватым, чем в случае земных источников. Такое "красное смещение" действительно наблюдается в спектрах Солнца и нескольких других звезд, спектры которых легко поддаются измерениям, и результаты экспериментов согласуются со значением, которое дает наша теоретическая формула. Таким образом, существование красного смещения доказало, что процессы на Солнце происходят действительно несколько медленнее, чем на Земле, из-за более высокого гравитационного потенциала на поверхности Солнца. Чтобы измерить кривизну луча света в гравитационном поле, более удобно воспользоваться примером с космическим кораблем (с.51). Если l - расстояние от одной стенки кабины до другой, то время, за которое свет преодолевает это расстояние, определяется величиной
(5) За это время космический корабль, двигаясь с ускорением g, пройдет расстояние L, величина которого может быть вычислена по формуле
(6) известной из элементарной механики. Следовательно, угол, задающий изменение направления луча, есть величина порядка
(7) Угол ф тем больше, чем больше расстояние l, проходимое светом в гравитационном поле, В формуле (7) ускорение g космического корабля может быть интерпретировано как ускорение силы тяжести. Если я посылаю луч света через эту аудиторию, то величину l можно считать примерно равной 1000 см. Ускорение силы тяжести g на поверхности Земли составляет 981 см/с2, и при с = 3 * 10^10 см/с мы получаем
(8) Ясно, что при таких условиях наблюдать кривизну луча света заведомо невозможно. Но вблизи поверхности Солнца g = 27000 см/с2, а общий путь, проходимый светом в гравитационном поле Солнца, очень велик. Как показывают точные вычисления, отклонение луча света, проходящего вблизи поверхности Солнца, достигает величины 1,75". Такое отклонение наблюдали астрономы по смещению видимого положения звезд вблизи солнечного диска во время полного затмения Солнца. Вы видите, и в этом случае наблюдения подтверждают абсолютное тождество эффектов ускорения и гравитации. Теперь мы можем снова вернуться к проблеме кривизны пространства. Как вы помните, используя наиболее разумное определение прямой, мы пришли к заключению, что геометрия, возникающая в неравномерно движущихся системах отсчета, отличается от геометрии Евклида и что пространства с такой геометрией следовало бы считать искривленными. Поскольку любое гравитационное поле эквивалентно некоторому ускорению системы отсчета, это означает, что любое пространство с гравитационным полем является искривленным пространством. Сделав еще один шаг вперед, можно утверждать, что _гравитационное поле есть не что иное, как физическое проявление кривизны пространства_. Таким образом, кривизна в каждой точке пространства должна определяться распределением масс, и вблизи тяжелых тел кривизна пространства должна быть максимальной. Я не могу вдаваться здесь в весьма сложную математическую теорию, описывающую свойства искривленного пространства и их зависимость от распределения масс. Упомяну только о том, что кривизна пространства, вообще говоря, описывается не одним числом, а десятью различными числами, общеизвестными под названием компонент гравитационного потенциала g и представляющими собой обобщение гравитационного поля классической физики, который ранее я обозначил W. Соответственно, кривизна в каждой точке описывается десятью различными радиусами кривизны, обычно обозначаемыми R. Эти радиусы кривизны связаны с распределением масс фундаментальным уравнением Эйнштейна
(9) где T зависит от плотностей, скоростей и других свойств гравитационного поля, порождаемого тяжелыми массами. В заключение лекции я хотел бы обратить ваше внимание на одно из наиболее интересных следствий из уравнения (9). Если мы рассмотрим пространство, равномерно заполненное массами, как, например, наше пространство заполнено звездами и звездными системами, то придем к заключению, что помимо случайно большой кривизны вблизи отдельных звезд пространство должно обладать _вполне закономерной тенденцией к равномерному искривлению на больших расстояниях_. С точки зрения математики существует несколько различных решений фундаментального уравнения Эйнштейна. Одни из них соответствуют _пространству, которое замыкается и поэтому обладает конечным объемом_, другие - _бесконечному пространству, аналогичному седловидной поверхности_, о которой я упоминал в начале этой лекции. Второе важное следствие из уравнения (9) состоит в том, что такие искривленные пространства должны находиться в состоянии непрестанного расширения или сжатия. Физически это означает, что заполняющие пространство частицы должны были бы разлетаться или, наоборот, слетаться. Кроме того, можно показать, что в случае замкнутых пространств с конечным объемом стадии расширения и сжатия должны были бы периодически чередоваться. Такие пространства получили название пульсирующих вселенных. С другой стороны, бесконечные "седловидные" пространства постоянно находятся в состоянии сжатия или расширения. Ответ на вопрос о том, какое из этих различных математически возможных решений соответствует пространству, в котором мы живем, должен быть найден не физикой, а астрономией, и я не буду рассматривать его здесь. Упомяну лишь о том, что все имеющиеся астрономические данные вполне определенно свидетельствуют о том, что наша Вселенная расширяется, хотя вопрос о том, не сменится ли когда-нибудь расширение сжатием, а также о конечности или бесконечности Вселенной, остается пока открытым. Глава 5 Пульсирующая вселенная Первый вечер своего пребывания в гостинице "На берегу Канала" {Канал, или Английский Канал, - английское название пролива Ла-Манш. (Прим. пер)} мистер Томпкинс завершил ужином в ресторане, разумеется, в обществе старого профессора и его очаровательной дочери. Ужин удался на славу. Профессор без умолку разглагольствовал о космологии, мисс Мод премило болтала об искусстве. Когда мистер Томпкинс добрался, наконец, до своего номера, он едва успел раздеться и, без сил рухнув на постель, с головой накрылся одеялом. В его усталом мозгу перемешались Боттичелли и Бонди, Сальвадор Дали и Фред Хойл, Леметр и Лафонтен. Поворочавшись некоторое время с боку на бок, мистер Томпкинс, наконец, забылся глубоким сном... Среди ночи он вдруг проснулся от неожиданного ощущения: ему показалось, что вместо мягкого пружинного матраца он лежит на чем-то необычайно твердом. Мистер Томпкинс открыл глаза и увидел себя простертым на чем-то, показавшемся ему сначала скалой на берегу океана. Однако чуть позже он обнаружил, что действительно возлежит на скале, метров этак девять в поперечнике, которая без всякой видимой опоры висела в пространстве. Скала была местами покрыта зеленым мхом, а кое-где из расселин на ней росли небольшие кустики. Пространство вокруг скалы было освещено каким-то странным мерцающим светом и изрядно забито пылью. Мистеру Томпкинсу еще никогда не приходилось видеть, чтобы в воздухе было столько пыли, даже в фильмах, изображавших пыльные бури на Среднем Западе. Он сделал себе защитную маску из носового платка и почувствовал изрядное облегчение. Но в окружающем пространстве были вещи и поопаснее пыли. Очень часто камни размером с голову мистера Томпкинса и поболее проносились в пространстве у самой скалы и время от времени врезались в нее с непривычно глухим стуком. Но и это еще не все: обозревая окрестности, мистеру Томпкинсу приходилось изо всех сил цепляться за выступы скалы и прижиматься к ней, опасаясь сорваться со скалы и сгинуть в пыльной бездне. Но вскоре мистер Томпкинс набрался храбрости и попытался взобраться на край скалы, чтобы убедиться в том, что под ней действительно нет никакой опоры. Подползая к краю скалы, мистер Томпкинс к своему великому удивлению заметил, что не падает со скалы. Наоборот, его вес постоянно прижимает его к поверхности скалы, хотя сама скала невелика и он успел проползти уже не менее четверти ее охвата. Взглянув из-за груды камней на то место, которое расположено в аккурат под тем местом, где мистер Томпкинс первоначально оказался, он убедился, что скала свободно висит в пространстве и ее ничто не поддерживает. К своему великому изумлению, мистер Томпкинс внезапно увидел в мерцающем свете своего друга - старого профессора, стоявшего на скале, как показалось мистеру Томпкинсу, вниз головой и делавшего какие-то заметки в записной книжке. Теперь до мистера Томпкинса медленно стало доходить, что происходит. Он вспомнил, как в детстве учил в школе, что Земля - огромная круглая скала, свободно обращающаяся в космическом пространстве вокруг Солнца. Мистер Томпкинс вспомнил также рисунок из школьного учебника: два антипода, стоящие на противоположных сторонах Земли. Ну конечно же! Его скала была небесным телом очень малых размеров, притягивавшим все к своей поверхности, а он сам и старый профессор составляли все население этой крохотной планеты. Размышления несколько утешили мистера Томпкинса: по крайней мере не было опасности свалиться со скалы в космическое пространство! - Доброе утро, - произнес мистер Томпкинс, чтобы отвлечь внимание старого профессора от вычислений, в которые тот ушел с головой.
Профессор оторвал глаза от записной книжки. - Здесь нет никаких утр, - сказал он, - нет Солнца, как нет ни одной светящейся звезды во всей этой вселенной. Хорошо еще, что на поверхности тел здесь не протекают кое-какие химические процессы, иначе я просто не смог бы наблюдать за расширением этого участка вселенной. - И с этими словами профессор снова уткнулся в свою записную книжку. Мистер Томпкинс очень расстроился: подумать только, встретить единственное живое существо во всей вселенной и обнаружить, что оно так необщительно! Неожиданно мистеру Томпкинсу на помощь пришел один из мелких метеоритов: со стуком ударившись о записную книжку, он выбил ее из рук профессора и унес ее в космические дали, прочь от маленькой планеты. - Больше вы ее не увидите, - заметил мистер Томпкинс, глядя, как записная книжка, становясь все меньше и меньше, скрылась из виду. - Наоборот! - живо возразил профессор. - Видите ли, пространство, где мы с вами находимся, имеет не бесконечную протяженность. О да, да! Я знаю, что в школе вас учили, будто пространство бесконечно и две параллельные прямые никогда не пересекаются. Но это неверно ни для пространства, в котором обитает остальное человечество, ни для пространства, в котором находимся сейчас мы с вами. Разумеется, пространство, в котором живет все остальное человечество, очень велико, и, по оценкам ученых, простирается примерно на 10000000000000000000000 километров, что для заурядного ума вполне может сойти за бесконечность. Если бы я потерял свою записную книжку в той Вселенной, то ждать бы ее пришлось невероятно долго. Здесь же, где мы с вами находимся, ситуация совершенно иная. Как раз перед тем, как записная книжка была столь неожиданно вырвана из моих рук, я подсчитал, что это пространство имеет поперечник всего лишь около десяти километров, хотя и быстро расширяется. Думаю, что моя записная книжка вернется примерно через полчаса. - Вы полагаете, - робко подал голос мистер Томпкинс, - что ваша записная книжка поведет себя, как бумеранг аборигенов Австралии, и, описав искривленную траекторию, упадет к вашим ногам? - Ничего подобного, - возразил профессор. - Если хотите понять, что произойдет в действительности, подумайте о каком-нибудь древнем греке, который не знал, что Земля круглая. Предположим, что наш грек отдал кому-нибудь инструкции двигаться все время на север. Представьте себе его изумление, когда посланец вернется к нему с юга. Ведь наш древний грек не имеет ни малейшего понятия о кругосветном путешествии (говоря о путешествии вокруг света, я, конечно, имею в виду путешествие вокруг Земли) и будет пребывать в полной уверенности, что посланец сбился с истинного пути и, описав искривленный маршрут, вернулся в исходную точку. В действительности же его посланец все время двигался по кратчайшей линии, какую только можно провести на поверхности Земли, но, обойдя вокруг земного шара, вернулся в исходную точку с противоположной стороны. То же самое произойдет и с моей записной книжкой, если только по дороге она не столкнется с каким-нибудь камнем и не отклонится от правильного пути. Вот, возьмите этот бинокль. Может быть, вам удастся разглядеть ее. Мистер Томпкинс поднес к глазам бинокль и, хотя пыль несколько затемняла общую картину, действительно разглядел записную книжку профессора, плывущую далеко от них в глубине космического пространства. Мистера Томпкинса несколько удивило, что все далекие предметы, в том числе и записная книжка, имеют розовый цвет. - Ваша записная книжка возвращается, - воскликнул он чуть позже, - я вижу, как она увеличивается в размерах. - Нет, - откликнулся профессор, - она все еще удаляется от нас. То, что вы видите, как она увеличивается в размерах, объясняется особым фокусирующим действием замкнутого сферического пространства на лучи света. Вернемся к нашему древнему греку. Если бы лучи света, например с помощью атмосферной рефракции, можно было заставить распространяться вдоль искривленной поверхности Земли, то наш грек, будь у него мощный бинокль, мог бы следить за своим посланцем на протяжении всего путешествия. Взглянув на глобус, вы заметите, что прямейшие линии на его поверхности - меридианы - сначала расходятся от одного полюса, но после прохождения через экватор начинают сходиться к противоположному полюсу. Если бы лучи света распространялись вдоль меридианов, то вы находясь, например, на одном полюсе, увидели, как посланец, удаляясь от вас, уменьшается в размерах только до тех пор, пока не пересечет экватор. Затем вы увидите, как он увеличивается в размерах, и вам будет казаться, что он возвращается, тогда как в действительности он будет двигаться все дальше и дальше от вас. Когда посланец достигнет противоположного полюса, вы увидите его в натуральную величину - таким, как если бы он стоял рядом с вами. Однако вы не могли бы коснуться его, как не могли бы потрогать изображение в сферическом зеркале. Опираясь на эту двумерную аналогию, вы можете теперь представить, что произойдет с лучами света в необычно искривленном трехмерном пространстве. - Взгляните, - прервал себя на полуслове профессор, - изображение моей записной книжки совсем рядом. Действительно, без всякого бинокля мистер Томпкинс мог видеть, что записная книжка находилась не более чем в метре от них. Но выглядела она весьма странно! Контуры ее были не резкими, а сильно размытыми, формулы, которыми профессор исписал странички, были едва различимы, а вся записная книжка в целом выглядела, как фотография, снятая не в фокусе и к тому же еще недопроявленная. - Теперь вы сами можете убедиться, - заметил профессор, - что перед вами не сама записная книжка, а всего лишь ее изображение, сильно искаженное светом, которому пришлось пройти полмира. Если хотите окончательно убедиться в том, что перед вами изображение, взгляните в страницы повнимательнее и вы увидите сквозь них камни, летящие в космическом пространстве за книжкой. Мистер Томкинс попытался было схватить записную книжку, но рука его без всякого сопротивления прошла сквозь изображение. - Сама записная книжка, - продолжал профессор, - находится сейчас очень близко от противоположного полюса вселенной. Второе изображение книжки сейчас прямо у вас за спиной, и когда оба изображения совпадут, настоящая книжка окажется на противоположном полюсе. Но мистер Томпкинс уже ничего не слышал. Он глубоко погрузился в размышления, пытаясь припомнить, как строятся изображения объектов в элементарной оптике с помощью вогнутых зеркал и линз. Когда мистер Томпкинс очнулся, изображения снова расходились в противоположные стороны. - А что искривляет пространство и порождает все эти забавные эффекты? - спросил мистер Томпкинс профессора. - Наличие тяжелой материи, - последовал ответ. - Когда Ньютон открыл закон всемирного тяготения, он видел в гравитации обычную силу, такую же, как, например, сила, порождаемая упругой нитью, натянутой между двумя телами. Однако всегда остается загадкой то обстоятельство, что все тела независимо от их массы и размера обладают одним и тем же ускорением и, если исключить сопротивление воздуха и тому подобные эффекты, под действием сил тяготения движутся одинаково. Эйнштейн первым ясно и определенно показал, что тяжелая материя прежде всего порождает кривизну пространства и что траектории всех тел, движущихся в гравитационном поле, искривлены только потому, что искривлено само пространство. Боюсь однако, что вам без достаточной математической подготовки трудно разобраться во всем этом. - Нелегко, - согласился мистер Томпкинс. - Но скажите мне, пожалуйста, была бы у нас та геометрия, которой меня учили в школе, если бы материи вообще не было, и пересекались бы тогда параллельные прямые? - Параллельные не пересекались бы, - подтвердил профессор, - но ни одно материальное существо не могло бы проверить это. - Может быть, никакого Евклида в действительности не было и поэтому он не мог создать геометрию абсолютно пустого пространства? Но профессор явно не желал вдаваться в метафизическую дискуссию. Между тем изображение записной книжки удалилось в первоначальном направлении и начало приближаться во второй раз. Теперь оно было искажено еще больше, чем прежде, и узнать в нем "призрак" записной книжки было почти невозможно. По мнению профессора, столь сильное искажение объяснялось тем, что лучам света на этот раз приходилось обходить весь мир. - Если вы еще раз оглянетесь, - обратился профессор к мистеру Томпкинсу, - то увидите мою записную книжку, которая, наконец, возвращается ко мне, совершив кругосветное путешествие. Профессор протянул руку, поймал записную книжку и засунул ее в карман. - В этой вселенной, как вы можете убедиться сами, так много пыли и камней, - сказал профессор, - что почти невозможно окинуть взглядом весь мир. Эти бесформенные тени, которые вы видите вокруг нас, скорее всего наши изображения и изображения окружающих предметов. Однако они так сильно искажены пылью и дефектами кривизны пространства, что я не берусь сказать, чему соответствует каждое такое изображение. - А не наблюдается ли такой же эффект в большой Вселенной, где мы с вами жили раньше? - спросил мистер Томпкинс. - Конечно, наблюдается, - последовал ответ, - но та Вселенная настолько велика, что свету требуются миллиарды лет, чтобы обойти ее. Вы могли бы, не пользуясь зеркалом, увидеть, как парикмахер постриг вас сзади, но лишь через миллиарды лет после того, как побываете у парикмахера. Кроме того, вероятнее всего межзвездная пыль полностью затемнит изображение. Кстати сказать, один английский астроном предположил даже как-то раз, скорее в шутку, чем всерьез, что видимые сейчас звезды на небе - не более чем изображения звезд, существовавших в очень далекую эпоху. Устав от усилий понять все эти объяснения, мистер Томпкинс оглянулся и к своему большому удивлению заметил, что картина неба значительно изменилась. Пыли стало заметно меньше, и он снял с лица маску, которую смастерил из носового платка. Небольшие камешки пролетали значительно реже и стукались о поверхность скалы с гораздо меньшей энергией. Что же касается нескольких больших скал, наподобие той, на которой нашли приют и он сам, мистер Томпкинс, и старый профессор, то теперь большие скалы не маячили поблизости, как в самом начале, а удалились на большие расстояния друг от друга и стали едва различимыми. - Жизнь явно идет на лад, - подумал мистер Томпкинс, - а то я все опасался, как бы один из этих блуждающих камней не врезался в меня. - Можете ли вы объяснить изменения, происходящие вокруг нас? - спросил он, повернувшись к профессору. - Очень даже просто, - с готовностью ответил тот. - Наша маленькая вселенная очень быстро расширяется и с тех пор, как мы здесь оказались, ее размеры увеличились с десяти до примерно сотни километров. Как только я здесь очутился, расширение было мне заметно по покраснению далеких объектов. - Я тоже заметил, что на большом расстоянии все становится розовым, - подтвердил мистер Томпкинс, - но почему это свидетельствует о расширении вселенной?
- Должно быть, вы замечали, - начал профессор, - что гудок приближающегося поезда звучит высоко, но значительно понижается, когда поезд проносится мимо вас? Это так называемый эффект Доплера: зависимость высоты звука от скорости источника. Когда расширяется все пространство, каждый объект, расположенный в нем, удаляется со скоростью, пропорциональной расстоянию от наблюдателя до объекта. Свет, испускаемый такими объектами, краснеет, что в акустике соответствует понижению высоты тона. Чем дальше объект, тем быстрее он движется и тем краснее кажется нам. В нашей доброй старой Вселенной, которая также расширяется, это покраснение, или, как мы его называем, красное смещение, позволяет астрономам оценивать расстояния до очень далеких звездных облаков. Например, одно из таких ближайших облаков - так называемая Туманность Андромеды - обнаруживает 0,05 %-ное покраснение, что соответствует расстоянию, проходимому светом за восемьсот тысяч лет. Но существуют также туманности на пределе разрешающей способности современных телескопов, которые обнаруживают 15 %-ное покраснение, что соответствует расстоянию в несколько сотен миллионов световых лет. Предполагается, что эти туманности расположены почти на середине экватора нашей большой Вселенной и весь объем космического пространства, известного земным астрономам, составляет значительную часть полного объема Вселенной. Современная скорость ее расширения составляет 0,00000001 % в год, каждую секунду радиус Вселенной возрастает примерно на _десять миллионов_ километров. Наша малая вселенная растет (по сравнению с большой) гораздо быстрее, и ее размеры увеличиваются примерно на 1 % в минуту. - И такое расширение никогда не прекратится? - спросил мистер Томпкинс. - Разумеется, прекратится, - сказал профессор, - а затем начнется сжатие. Каждая вселенная пульсирует между наименьшим и наибольшим радиусом. Для большой Вселенной период колебаний очень велик и составляет что-нибудь около нескольких тысяч миллионов лет, но для нашей маленькой вселенной период колебаний составляет всего лишь каких-нибудь два часа. Думаю, что сейчас мы наблюдали состояние ее наибольшего расширения. Вы заметили, как похолодало? Действительно, тепловое излучение, заполняющее вселенную и теперь распределенное по очень большому объему, отдавало маленькой планете, на которой находились мистер Томпкинс и старый профессор, лишь небольшую толику тепла и температура была близка к точке замерзания. - Хорошо еще, - сказал профессор, - что когда мы здесь оказались, теплового излучения было столько, что немного тепла оно отдавало даже на стадии расширения. В противном случае в нашей маленькой вселенной было бы настолько холодно, что воздух вокруг нашей скалы сконденсировался бы в жидкость и мы бы насмерть замерзли. Но сжатие уже началось и скоро снова будет тепло. Взглянув на небо, мистер Томпкинс заметил, что все далекие объекты изменили свой цвет с розового на фиолетовый. По мнению профессора, это означало, что все небесные тела начали приближаться к ним. Мистер Томпкинс вспомнил приведенную профессором аналогию с высотой звучания гудка приближающегося поезда и содрогнулся от страха. - Если все теперь сжимается, не следует ли ожидать, что вскоре огромные скалы, заполняющие вселенную, сблизятся и раздавят нас? - с беспокойством спросил он профессора. - Вы совершенно правы, так и произойдет, - спокойно ответил профессор, - но я думаю, что еще до того, как это произойдет, мы оба распадемся на отдельные атомы из-за необычайно высокой температуры. Это миниатюрная копия картины конца большой Вселенной, все смешается в однородный шар раскаленного газа и только после того, как наступит стадия нового расширения, начнется новая жизнь. - Ничего себе перспектива! - пробормотал мистер Томпкинс. - В большой Вселенной у нас было до ее конца, как вы упоминали, миллиарды лет, а здесь все происходит слишком быстро для меня! Мне жарко даже в пижаме! - Пижаму лучше не снимать, - посоветовал профессор. - Все равно этим не поможешь. Лучше лечь и наблюдать за происходящим вокруг, пока вы сможете. Мистер Томпкинс ничего не ответил. Жара становилась нестерпимой. Пыль, сильно уплотнившаяся, стала собираться вокруг него, и он почувствовал себя как бы завернутым в мягкое теплое одеяло. Мистер Томпкинс сделал движение, чтобы освободиться из этого кокона, и рука его неожиданно оказалась в холодном воздухе.
- Уж не проделал ли я дыру в негостеприимной вселенной? - было его первой мыслью. Он хотел спросить об этом профессора, но того нигде не было. Вместо ставшей уже привычной скалы мистер Томпкинс различил в предрассветной мгле смутные очертания гостиничного номера. Он лежал на кровати, плотно завернутый в шерстяное одеяло, выпростав из-под одеяла одну лишь руку. - Новая жизнь начнется с расширения! - подумал он, вспомнив слова старого профессора. - Слава Богу, мы все еще расширяемся! И мистер Томпкинс направился в ванную, чтобы принять утренний душ. Глава 6 Космическая опера Когда утром за завтраком мистер Томпкинс поведал профессору о своем сне, приснившемся прошлой ночью, тот выслушал его весьма скептически. - Коллапс нашей Вселенной, - заметил он, - разумеется, был бы весьма драматическим концом, однако скорости разбегания галактик настолько велики, что переживаемая нами стадия расширения никогда не перейдет в коллапс, наша Вселенная будет неограниченно расширяться, а распределение галактик в космическом пространстве становиться все более разреженным. Когда все звезды, образующие галактики, погаснут из-за исчерпания ядерного топлива, наша Вселенная превратится в набор холодных и темных скоплений небесных тел, рассеянных в бесконечных просторах. Впрочем, некоторые астрономы думают иначе. Они выдвигают теорию так называемой космологии стационарного состояния, согласно которой Вселенная остается неизменной во времени: она существовала примерно в том же состоянии, в каком мы видим ее сегодня, в бесконечно далеком прошлом и будет существовать в таком же состоянии в бесконечно далеком будущем. Разумеется, такая теория великолепно согласуется со старым добрым принципом Британской империи - сохранять в мире статус кво, однако я склонен думать, что теория стационарного состояния неверна. Кстати сказать, один из создателей этой новой теории - профессор теоретической астрономии Кембриджского университета - написал оперу о стационарной Вселенной, премьера которой состоится в Ковент-Гарден на следующей неделе. Почему бы вам не заказать билеты для Мод и для себя и не послушать столь необычную оперу?
Через несколько дней после возвращения в Лондон с южного побережья, где, как это часто бывает, стало холодно и пошли дожди, мистер Томпкинс и Мод сидели в удобных креслах красного бархата, ожидая, когда взовьется занавес и начнется опера. Прелюдия была исполнена в темпе precipitevol issimevolmente, и дирижер дважды менял свой воротничок, прежде чем прелюдия подошла к концу. Наконец, когда занавес рывком поднялся, все, кто находился в зале, вынуждены были закрыть глаза руками - столь ослепительно ярким светом была залита сцена. Потоки света, изливавшиеся со сцены, вскоре заполнили весь зрительный зал от партера до балкона самого верхнего яруса, превратив его в один ослепительный океан света. Но вот свет стал постепенно меркнуть, и мистер Томпкинс внезапно обнаружил, что как бы плавает в темном пространстве, освещенном множеством быстро вращающихся крошечных горящих факелов, напоминающих огненные колеса, используемые при фейерверках. Музыка невидимого оркестра сменилась звучанием органа, и мистер Томпкинс увидел неподалеку от себя человека в черной сутане и белом воротничке, который носят священнослужители. Взглянув в либретто, мистер Томпкинс узнал, что это был аббат Жорж Леметр из Бельгии, который первым предложил теорию расширяющейся Вселенной (эту теорию нередко называют теорией "Большого Взрыва"). Первые куплеты из арии Леметра мистер Томпкинс помнит и поныне: О, Aiome prreemorrdialel All-containeeng Atome! Deessolved eento fragments exceedeengfy small Galaxies forrmeeng, Each wizprrimal energy! Ot rradioactif Atome! Ot all-containeeng Atome! O, Univairrsale Aiome - Worrk of Z'Lorrd! Z long evolution Tells of mightyfirreworrks Zat ended een ashes and smouldairreeng weesps. We stand on z'ceendairres Fadeengsuns confironteengus, Attempteeng to rremembairre Z'splendeurofz brigine, Q, Univairrsale Atome - Worrkof Z'Lorrd {*}
(О, Атом первичный! {*} Бессодержательный Атом! Распавшись на мельчайшие осколки, Ты образуешь галактики, Каждую - со своей первичной энергией! О, радиоактивный Атом! Всесодержительный Атом! О, Атом Единый - Творение Господа! Долгая эволюция Говорит нам о чудовищных фейерверках, Заканчивавшихся пеплом и тлеющими углями. Мы стоим на пепелище, И потухшие солнца смотрят на нас, Стоим, пытаясь вспомнить Великолепие начала мира. О, Атом Единый - Творение Господа!) {* Идя навстречу пожеланиям меломанов, предпочитающих слушать оперу в подлиннике, и ценителей стилистических красот английского текста, мы приводим все оперные арии на языке оригинала, а для тех, кто интересуется содержанием, приводим перевод, не искаженный погоней за рифмами. (Прим. пер.)} После того как отец Леметр закончил свою арию, откуда ни возьмись появился высокий мужчина, который (судя по либретто) оказался русским физиком Георгием Гамовым, вот уже три десятилетия проводящим свой отпуск в Соединенных Штатах. Вот что он запел: Good Abbe, ourrunderrstandink It is same in many ways. Univerrse has been expandink Frrom the crradle of its days. Univerrse has been expandink Frrom the crradle of its days. You have told it gains in motion, Irregrret to disagrree, And we differr in ourr notion As to how it came to be. And we differr in ourr notion As to how it came to be. It was neutrron fluid-neverr Primal Atom, as you told. It is infinite, as everr It was infinite of old. It is infinite, as everr It was infinite of old. On a limitless pavilion In collapse, gas met its fate, Yearrs ago (some thousand million) Having come to densest state. Yearrs ago {some thousand million) Having come to densest state. All the Space was then rresplendent At that crrucialpoint in time. Light to matterr was trranscendent Much as meterr is, to rrhyme. Light to matterr was trranscendent Much as meterr is, to rrhyme. For each ton ofrradiation Then of matterr was an ounce, Till the impulse t 'warrd inflation In thatgrreatprrimeval bounce. Till the impulse t 'warrd inflation In that grreat prrimeval bounce. Light by then was slowly palink, Hundrred million yearrsgo by... Matterr, over lightprrevailink, Is in plentiful supply. Matterr, overlightpirevailink, Is in plentiful supply. Matterr then began condensink (Such are Jeans 'hypotheses). Giant, gaseous clouds dispensink Known asprrotogalaxies. Giant, gaseous clouds dispensink Known as prrotogalaxies. Prrotogalaxies were shatterred, Flying outward thrrough the night Starrs werreforrmedfrom them, andscattemd And the Space was filled with light. Starrs werreforrmedfrrom them, andscattered And the Space was filled with light Galaxies arre everrspinnink, Starrs will burrn to final sparrk. Till ourr univerrse is thinnink And is lifeless, cold and dank. Till ourr univerrse is thinnink And is lifeless, cold and darrk.
(Славный отче, наши представления Во многом совпадают. Вселенная расширяется С самого рождения. Вселенная расширяется С самого рождения. Но вы утверждаете, что она все прибавляет в движении. К сожалению, не могу с вами согласиться. Расходимся мы и в наших представлениях По поводу того, как это может произойти. Расходимся мы и в наших представлениях По поводу того, как это может произойти. Сначала была нейтронная жидкость, А не первичный Атом, как вы утверждаете. Она простиралась бесконечно И существовала бесконечно давно. Она простиралась бесконечно И существовала бесконечно давно. Под бесконечным шатром В коллапсе газ последовал своей судьбе, И давным-давно (несколько тысяч миллионов лет назад) Перешел в состояние с наибольшей плотностью. И давным-давно (несколько тысяч миллионов лет назад) Перешел в состояние с наибольшей плотностью. Все космическое пространство наполнилось нестерпимым блеском В той критической точке во времени. Свет преобладал над материей, Как метр над рифмой. Свет преобладал над материей, Как метр над рифмой. На каждую тонну излучения Приходилась унция материи, Пока не последовал импульс к расширению - Сильнейший первичный толчок. Пока не последовал импульс к расширению - Сильнейший первичный толчок. Затем свет стал медленно меркнуть, И длилось это сотни миллионов лет... Материя стала преобладать над