Фильтрующего его тоналя времен, представляющего собой культурную надстройку, как бы коллективную референтную систему

Получается, что хотя в каждом светящемся коконе воспроизводится весь мир, и, благодаря механизму памяти, человек может сосредоточить внимание на любом мгновении его существования в прошлом, доступ к этому хранилищу информации происходит только через несколько уровней организации психической деятельности. То есть, средства обработки информации для оптимизации поведения затрудняют нам прямой доступ к самой информации.

В тональ времен больших сообществ попадают самые устойчивые цепочки осознания. Формирование такой референтной системы может занять время жизни многих поколений. При передаче ее от предков к потомкам посредством воспитания постепенно складывается очень устойчивая картина мира. При этом представления о собственном теле человека являются такой же принадлежностью картины мира, как горный пейзаж. Примером такого чрезвычайно консервативного тоналя может служить современная наука. Как мы видели, ее референтная система приучена вообще игнорировать сведения, поступающие от модальных органов чувств.

Индивидуальная референтная система постепенно достигает такой полноты, что создает убедительное впечатление, будто человек живет в бесконечном, замкнутом пространстве внешнего мира, заполненном предметами.

В этой ситуации самое естественное дело - поверить собственным глазам и согласиться, что видимое и ощутимое тело - это самый фундаментальный носитель сознания, противостоящий всему остальному миру. Теперь ясно, почему дон Хуан говорит, что тональ является создателем мира, не создав на самой деле ничего.

Этот фантомный мир люди исследуют вот уже тысячи лет, и не без успеха. Выяснены очень устойчивые его характеристики. Сформулированы законы природы и на их основе выведены уравнения физики. До начала XX века теория вполне согласовывалась с фактами, что привело к почти полному триумфу материализма в науке и, шире, в общественном сознании.

Сбои в теории начались, когда фронт исследований достаточно далеко удалился от привычных для нас масштабов, когда начали поступать данные из мира субатомных частиц и внегалактических объектов. Последнюю сотню лет физики только тем и занимаются, что штопают свои теории, которые сначала полнятся противоречиями, а потом расползаются в клочья каждые 20 лет.

Затянувшийся кризис имеет своей причиной неадекватное мировоззрение. Чтобы это продемонстрировать, обратимся на время к типично физической проблематике. Прежде всего, нас будут интересовать научные представления о пространстве.

Однако следует учесть, что проблемы физики, как таковой, занимают нас в самой малой степени. Надеемся, что из тех научных данных, которые будут приведены, станет ясно, что нередкие попытки возвеличить физику до положения современной религии совершенно несостоятельны. Тем более неуместно стремление подогнать метафизические представления под “готовый” физический ответ. Никакого достоверного ответа, даваемого теоретической физикой, просто не существует. Имеет место быть полный сумбур! Другое дело, анализ астрофизических наблюдательных данных. Именно он поможет уяснить истинное место человека в системе Макрокосмоса и ощутить твердую почву под ногами на своем Пути.

16.2. Классические НАУЧНЫЕ представления о ПРОСТРАНСТВЕ

Органы чувственного восприятия работают так, что человек оказывается автоматически включенным в “клуб любителей трех измерений”. И в самом деле, что может быть привычней и самоочевидней, чем окружающее нас трехмерное пространство? Ни в обыденной жизни, ни в производственной практике мы не сталкиваемся с необходимостью, а тем более, с возможностью выхода за его пределы.

Само пространство упорно уклоняется от исследований. Какие бы свойства мы ни взяли, они заведомо относятся не к пространству, а к наполняющим его объектам. У него же есть всего одно свойство: вмещать в себя все. Этим оно напоминает сознание, чье единственное свойство - осознавать все.

Как мы видели, в результате само существование сознания иногда ставится под сомнение. Так и с пространством: если жарко, то горячо не пространство, а наполняющий его воздух. Если сумрачно, это не пространство сгустилось, а плотные тучи заслонили собой солнце.

С предметами нашего мира может происходить все, что угодно, это никак не затронет пространство: оно не поморщится, не прогнется, не раскалится. Мы ничем не можем зацепить кусочек пространства, чтобы исследовать его под микроскопом. Мы исследуем всегда нечто, в этом месте находящееся. Какую бы высокую пирамиду из камней нашего мира мы ни воздвигли, она никогда не проткнет наше пространство и не выйдет в другое измерение.

Впрочем, обобщая перечисленные наблюдения, исследователи сделали определенные заключения о пространстве. В основном они сводятся к тому, что куда бы мы ни посмотрели, повсюду простирается оно - однородное, изотропное, плоское, без цвета, запаха и температуры, а главное, - прозрачное и бесконечное, - абсолютное пространство ньютоновой механики. Оно дополняется однородным и бесконечным абсолютным временем, единым для всех.

Таким оказался фундамент, опираясь на который ученые начали строить здание физики. История этого дела общеизвестна (см., например, [5]). Мы только вкратце охарактеризуем прежнее и нынешнее состояния физики, чтобы оценить степень достоверности предлагаемой ею научной картины мира.

Толчком к ускоренному развитию физики послужило открытие Г.Галилеем инерционного движения. Ранее полагали: чтобы тело двигалось равномерно и прямолинейно, на него все время должно оказываться силовое воздействие (так обобщался очевидный факт, что даже с одинаковой скоростью и по прямой дороге телегу тащить трудно). Г.Галилей догадался о существовании силы трения. А если она не действует на тело, то не нужно и дополнительной силы.

И.Ньютон, деля время между алхимией и наукой, обобщил эти опыты и вывел закон инерции (первый закон Ньютона): если на тело не действуют силы, то оно движется по прямой линии с одинаковой скоростью или покоится. Ну а следующий его шаг всем известен (второй закон Ньютона):

F = та

Смысл этой формулы в том, что каждое материальное тело обладает некой мерой инерции, называемой его массой - т, которая регулирует воздействие силы F на это тело. Чем больше масса, тем меньше ускорение a, которое данная сила может вызвать, будучи приложена к телу. Массивное тело как бы сопротивляется силе.

По поводу того, почему так происходит, имеются только некоторые туманные предположения. Так, Э.Мах выдвинул принцип, что инерция определяется всем веществом остальной Вселенной. (То есть, каждая частица вещества каким-то образом сцеплена со всеми остальными частицами во Вселенной). Хотя впоследствии А.Эйнштейн вдохновлялся принципом Маха, природа инерции так и остается загадочной до сих пор.

Одним из главнейших завоеваний науки оказались так называемые законы сохранения энергии, импульса и момента импульса. Никаких отклонений от них на практике обнаружено не было! Их математическая формулировка выступает в качестве основных уравнений движения для любых тел во Вселенной.

В 1918 г. Эмми Нётер доказала, что законы сохранения есть прямое следствие симметрии пространства и времени. Энергия сохраняется благодаря однородности времени, импульс и момент импульса - благодаря однородности и изотропности пространства. (Изотропия - это независимость от направления).

Теоремы Нётер как бы увенчали классическую физику, связав ее основные законы со свойствами абсолютного пространства и времени. Оказалось, что самые несомненные и фундаментальные проявления Мироздания неразрывны друг от друга и объясняют друг друга.

16.3. Космологическая парадигма. Общая и Специальная Теории Относительности.

Но чуть раньше, в 1905 г. А.Пуанкаре и А.Эйнштейн практически одновременно опубликовали свои статьи, в которых содержалось то, что позднее стало называться Специальной Теорией Относительности Эйнштейна. В физике начался отсчет новой эпохи.

Анализ распространения света в движущихся средах со всей убедительностью показал, что отныне пространство и время нельзя рассматривать как сущности, отдельные друг от друга. Они объединены в то, что стали называть плоским четырехмерным пространством-временем Минковского.

Таким образом, Специальная Теория Относительности прекрасно объяснила физику электромагнитного поля. Но гравитационное поле (тяготения) из общей картины по-прежнему выпадало. В поисках адекватного описания гравитации пути А.Эйнштейна и А.Пуанкаре радикально разошлись.

А.Пуанкаре предположил, что поле тяготения должно быть аналогично электромагнитному в главном, оно - реальное физическое поле, находящееся в том же самом плоском пространстве- времени Минковского. Однако, оно сложнее, для его описания недостаточно векторного представления, а нужно привлечь тензоры. До времени мы отложим изложение того, что было достигнуто им и его последователями при разработке полевой теории гравитации.

Как известно, широчайшую популярность снискали себе работы А.Эйнштейна. Он начал искать объяснение гравитационному полю, предположив, что-то возникает из-за деформаций пространства-времени. (Эти деформации могут быть описаны с привлечением того же тензорного анализа). Чем сильнее концентрация массы в данном месте, тем сильнее изогнуто пространство- время, тем сильнее гравитационное поле.

Эти идеи легли в основу Общей Теории Относительности (геометрической теории гравитации), а далее современной космологии, изучающей происхождение и эволюцию нашей Вселенной.

Важнейший исходный постулат Эйнштейна сводится к тому, что единого абсолютного пространства и времени не существует, каждый наблюдатель имеет свое время. Не существует во Вселенной также и избранной системы координат, относительно которой можно было бы единообразно упорядочить все объекты и измерить их скорости.

При построении теоретических моделей, описывающих сферическое искривленное пространство-время для всей нашей Вселенной (в предположении однородного распределения массы содержащихся в ней небесных тел), оказалось, что они могут быть трех сортов (модели Фридмана):

■ открытые (гиперболические), когда пространство-время беспредельно расширяется;

■ закрытые (сферические), пульсирующие и коллапсирующие модели, и

■ модели с бесконечным плоским евклидовым пространством, которое также расширяется.

Последняя разновидность моделей получается только при очень специальном выборе параметра - средней плотности вещества во Вселенной. Это конкретное значение называется критической плотностью и равно 10^-29 г/см³.

Итак, в общем случае модельные вселенные оказались нестационарными, расширяющимися или сжимающимися. Более того, в настоящее время считается доказанным, что неотъемлемым свойством моделей, построенных на основе Общей Теории Относительности (ОТО), является их сингулярность, то есть либо первоначальный разлет Вселенной из одной точки, либо будущий ее коллапс в одну точку.

Как нельзя кстати, в 1929 г., Е.Хаббл сделал свое эпохальное открытие: исследуя спектры примерно 30 ближайших галактик, он установил, что так называемое красное смещение линий в их спектрах прямо пропорционально расстоянию от нас. Самым популярным истолкованием красного смещения является эффект Доплера, благодаря которому свет приближающегося источника синеет, а удаляющегося краснеет, причем этот эффект пропорционален скорости движения источника. Получалось, что галактики разлетаются во все стороны, и с тем большей скоростью, чем дальше от нас они находятся.

Поэтому не удивительно, что вновь открытый закон Хаббла сразу же стал трактоваться как свидетельство наблюдаемого расширения пространства Вселенной, предсказанного уже упомянутыми моделями. Сторонники Общей Теории Относительности праздновали ее триумф. Тем более что за все последующие годы происходило только уточнение закона Хаббла и расширение сферы его применимости. Он справедлив во всем пространстве метагалактики, то есть наблюдаемой части Вселенной.

Если Вселенная расширяется, то, обратив взоры в прошлое, мы должны бы заметить какие- то проявления того первичного толчка, благодаря которому это движение началось.

В 1948 г. Г.Гамов предположил, что первичное состояние Вселенной было очень горячим. В тот момент, когда вещество и излучение во вновь родившейся Вселенной оторвались друг от друга, их температура была 10 тысяч градусов.

Допустив, что из-за расширения пространства произошло охлаждение горячих квантов, можно было их отождествить с наблюдаемым фоном микроволнового излучения, обладающего огромной степенью однородности. Как известно, спектр этого излучения, именуемого отныне реликтовым, соответствует температуре 2.7 градусов Кельвина. Все это было оценено как еще один триумф ОТО.

Так сложилась современная космологическая парадигма, то есть почти общепринятый взгляд на происхождение Вселенной. Все было бы хорошо, если бы со временем на лучезарном небосводе этой теории не стали появляться все новые и новые темные облачка. Постепенно стало очевидно, что они принесли с собой бурю.

16.4. Неприятные подробности

Для начала сравним исходные положения теории с ее следствиями. Здесь мы по-прежнему опираемся на данные из книги [5].

В основании современной космологии лежит Специальная Теория Относительности (СТО) с ее строгими аксиомами, прекрасно подтверждаемыми практикой:

■ отсутствие единого времени для всех (у каждого наблюдателя свое время);

■ повсеместно действует закон сохранения энергии (это положение не относится к СТО, но зато хорошо обосновано);

■ отсутствие выделенной системы отсчета в пространстве;

■ скорость движения любых объектов ограничена скоростью света;

■ распределение вещества в космологических моделях предполагается строго однородным;

Приложение ОТО с ее геометрической трактовкой гравитации ко всей Вселенной вкупе с наблюдательными данными дает:

■ существование единого времени для всех, это время, протекшее от момента первичного Взрыва (а сингулярность в теории неустранима!);

■ на основании теорем Нётер закон сохранения энергии неприменим ко Вселенной, так как она существует в неоднородном времени, ибо у нее было начало. А до первичного Взрыва никакого времени и пространства не было. Сохранение энергии вызывает сомнения также и из-за расширения пространства. Например, не ясен вопрос, куда девалась огромная энергия фотонного газа, который теперь остыл до 2.7 градусов, ведь расширяющееся в никуда пространство это совсем не то, что движущийся поршень!

■ существует единая система отсчета, реализуемая реликтовым фоном. Скорость Солнца относительно этой абсолютной системы координат измерена и равна 400 км/сек;

■ в современных теоретических моделях неустраним такой момент, когда скорость расширения (а значит и скорость разбегания галактик друг от друга) начинает существенно (в несколько раз) превышать скорость света.

Сторонники ОТО оправдывают это тем, что расширяется только пространство, а галактики остаются относительно него неподвижными, то есть, не происходит переноса информации. Но тогда возникает убийственный контр довод: кванты теплового фона были излучены так далеко от нас, что разница в направлении в 3 градуса указывает на области, которые никогда не были причинно связаны между собой (из-за ограничения скорости света). Тогда почему наблюдается такая сильная изотропия фона, ведь физические процессы в этих областях должны протекать независимо друг от друга, порождая различия в излучении? Так формулируется известный “парадокс изотропии”. Его разгадка заставляет себя ждать.

Так наблюдательные данные вступили в противоречие с самыми фундаментальными предпосылками космологической парадигмы. Перечисленными странностями дело далеко не исчерпывается. Пойдем дальше.

Самый интригующий вопрос для сторонников ОТО - это кривизна пространства Вселенной. Ведь в ней содержится огромная масса вещества, оно неминуемо должно искривлять пространство, чтобы возникло адекватное гравитационное поле. Ведь это и была исходная точка для построения космологических моделей.

Задача оказалась трудной. Каких только тестов не изобретали ученые на протяжении нескольких десятилетий! Это и кропотливые подсчеты галактик в разных объемах (результат должен зависеть от знака кривизны пространства). Это и выяснение того, как убывают с расстоянием угловые размеры объектов сходного класса (гигантских эллиптических галактик). Как убывает с расстоянием светимость так называемых “стандартных свечей”, чью роль исполняют вспышки сверхновых звезд.

Но самыми надежными оказались измерения диаметров пространственных флуктуаций температуры фонового излучения в радиодиапазоне. Их тщательно измеренный размер оказался равным 1 градусу дуги, что в точности соответствует средней плотности вещества, равной критической, и кривизне пространства, равной 0. Погрешность метода всего 2 процента. Таким образом, наблюдаемое состояние Вселенной соответствует наименее вероятной из всех моделей Фридмана - плоскому евклидову пространству!

Следующие осложнения относятся к предположению об однородном распределении вещества во Вселенной, казалось бы, такому естественному. Оно потерпело полный крах!

Давно было известно, что на малых масштабах, порядка нескольких Мегапарсек (Мпс), в пределах небольших скоплений галактик, вещество действительно распределено неравномерно, клочковато. Но это понятно, ведь там галактик просто мало. Но удивительно то, что наблюдаемый закон Хаббла исправно выполняется уже в ближайших окрестностях этих скоплений. А ведь теории расширяющихся пространств построены для случая однородного распределения. На основании одного этого можно усомниться, имеет ли закон Хаббла вообще хоть какое-то отношение к упомянутым теориям?

Но настоящее изумление вызывают недавно обнаруженные неоднородности в распределении галактик в объеме радиусом 100 Мегаперсек вокруг нас. Известны общие оценки числа галактик во Вселенной. Их примерно100 миллиардов штук. В среднем на 1 квадратный градус небесной сферы приходится 1 миллион галактик. (Таким образом, Луна, имея поперечник полградуса, затмевает собой 200 тысяч галактик за раз!) Такая теснота галактик при их проекции на небесную сферу и вуалировала до сих пор тот факт, что в пространстве-то они распределены крайне неравномерно. Оказалось, что галактики любят сбиваться не просто в скопления, но формируют четкие длинные волокна, потоки, плоские стенки. А между этими образованьями обнаружены огромные пустоты, соизмеримые с размером исследованной области в 100 Мегапарсек. Т о есть, о равномерности распределения вещества не может идти и речи (см. рисунок 16.1, взятый из книги [5]).

Возникновение пустот

представляет особую проблему. Если размер такой дыры близок к 100 Мпс, то галактики, со своими скоростями в 500 км/сек, за время жизни Вселенной пролетают максимум 10 Мпс. Значит, они просто не успевают разбежаться во все стороны, чтобы образовалась пустота. Тогда, по логике теории Большого Взрыва, неоднородности должны были возникнуть еще до всяких галактик. Но тогда должны наблюдаться довольно большие флуктуации реликтового фона. А они в 10 раз меньше, чем нужно. Опять проблема.

А теперь коснемся самого болезненного места - дефицита светящегося вещества во Вселенной. Дело в том, что астрофизике доступны для непосредственного изучения в основном светящиеся объекты, такие как горячий газ, звезды и галактики.

Межзвездная пыль и холодный газ проявляют себя посредством поглощения энергии от других источников, то есть, изучаются косвенно.

Так вот, оказалось, что всех этих объектов явно недостаточно, чтобы объяснить динамику движения звезд внутри галактик, динамику галактик в их скоплениях, а главное, отчаянную нехватку вещества, чтобы его средняя плотность хотя бы приблизилась к критической. А ведь надежно установленная нулевая кривизна пространства Вселенной требует, в согласии с ОТО, именно этого значения плотности.

Метод выявления дефицита вещества сводится к тому, что сравнивают массу, например, скопления галактик, полученную при анализе их движения, с массой, полученной на основе оценки совокупной светимости их звезд и газа. Обнаружено, что для скоплений галактик их динамическая масса может превышать светящуюся до 500 раз. Поскольку газ в таких скоплениях разогрет до температуры 10 миллионов градусов, то, чтобы удерживать его, тоже нужна достаточная масса. Ее независимая оценка совпала с динамической.

Данные о скоплениях могли бы породить впечатление, что скрытая масса прячется где-то в пространстве между галактиками. В значительной степени это так. Но проблема острого дефицита затрагивает тела и самих галактик.

Так, еще в 30-е годы изучение скоростей звезд внутри нашей собственной Галактики показало, что ее масса должна бы составлять 10¹² масс Солнца, а оценочное количество светящихся звезд дает только 10¹⁰. Дефицит составляет 99 процентов. Скрытая или темная материя проявляет себя в том, что звезды в галактиках обращаются вокруг их центра гораздо быстрее, чем это было бы при учете только светящейся массы.

Выше уже упоминалась очень большая неоднородность в крупномасштабном распределении галактик. Притом, что они содержат только 0.004 долю от критической плотности вещества во Вселенной.

Чтобы на их фоне мог выполняться такой гладкий закон Хаббла, необходимо было погрузить светящиеся галактики в мощную добавку из однородной темной материи. Но так как закон работает уже в ближайших окрестностях нашей Галактики, то вклад темной материи очень велик уже возле нас: ее должно быть в 100 раз больше, чем светящейся материи. Получается, что любимый нами, и такой красивый космос представляет собой только небольшое световое “загрязнение” на фоне могучей темной материи.

Попытки согласования свойств темной материи с теорией Большого Взрыва и с возникновением галактик привели к заключению, что она не может состоять из уже известных нам частиц. Никаких протонов и нейтронов! А электроны и нейтрино просто не в состоянии обеспечить требуемую массу. При всей своей огромности эта темная материя должна быть еще и прозрачной для излучений.

Но драматизм ситуации этим не исчерпывается. Несколько лет тому назад было установлено, что расширение пространства Вселенной происходит с ускорением. В объяснении этого феномена уже не могла помочь никакая материя, даже самая темная, ведь она все к себе притягивает, а значит, замедляет разлет. Чтобы залатать очередную дыру, на кончике пера была рождена “темная энергия”, она же “квинтэссенция”, она же “космологический вакуум”.

По мнению теоретиков, эта субстанция обладает отрицательным давлением и антигравитацией, при этом ее положительная энергия должна быть больше, чем у темной материи, чтобы управлять динамикой Вселенной. Точнее, вклад темной энергии в массу Вселенной оценивается в 70 процентов. Она оказывается в нужное время в нужном месте, расталкивает в стороны скопления галактик, чтобы между ними могли народиться огромные объемы нового пространства, сразу экипированного физическим вакуумом и всеми частицами. В целях поддержания стабильности “космологический вакуум” ювелирно отмеряет ровно столько массы, чтобы не нарушить критического значения плотности в 10"²⁹ г/см³, притом, что плотность физического вакуума равна 10⁹⁴ г/см³.

Итак, сторонники космологической парадигмы сами признают, что им не известно, из чего состоит 99 процентов массы Вселенной. Но зато они исповедуют:

■ постоянное творение пространства и исчезновение энергии во Вселенной;

■ движение тел со сверхсветовыми скоростями;

■ наличие странных субстанций, не поддающихся научному анализу, как то: темная материя, состоящая из неизвестных частиц, и “квинтэссенция”, обладающая отрицательным давлением и антигравитацией.

При этом, разработав весь формализм для искривленного пространства, они вынуждены необъяснимым образом пребывать в плоском пространстве-времени.

Мы еще не касались наблюдаемой асимметрии вещества и антивещества. Дело в том, что согласно теории при рождении частиц из физического вакуума они могут появляться только парами “частица-античастица”. А в наблюдаемой Вселенной антивещества очень-очень мало. Куда оно девалось? Отвечают: аннигилировало при столкновении с веществом. Вопрос: почему же тогда не аннигилировало все вещество в таком однородном и симметричном процессе, как разлет сферического пространства? Ответ: Да как-то так случайно получилось...

Если это научный прогресс, то что же тогда кризис?

16.5. Альтернатива внутреннего наблюдателя

Как уже говорилось, геометрическая трактовка гравитации изначально не была единственной [5, 6]. А.Пуанкаре придерживался того взгляда, что тяготение есть такое же физическое поле, что и электромагнитное, только более сложное. И с самого начала рассматривать его нужно в пределах плоского пространства-времени Минковского. Для этого он имел весьма веские доводы, но они не были услышаны большинством научного сообщества. Люди были буквально заворожены формальной красотой Общей Теории Относительности. Но сторонники подхода А.Пуанкаре никогда не исчезали полностью, хотя работа велась как бы в тени главенствующей парадигмы. Потребовались десятилетия, чтобы накопился наблюдательный материал, интерпретация которого недвусмысленно продемонстрировала бы правильность позиции А.Пуанкаре. Перечисленные выше проблемы, с которыми столкнулась космологическая парадигма, а их перечень далеко не полон, свидетельствуют: время назрело.

Первейший вопрос - о геометрии того пространства, в котором мы обитаем: плоское оно или изогнутое?

А.Эйнштейн и его последователи уверенно сделали выбор в пользу последнего. А.Пуанкаре - в пользу первого. Почему? Причины такого выбора обычно выносятся за скобки дискуссии.

Но оглушительный провал сторонников искривленного пространства заставляет рассмотреть эти причины подробнее. Именно этот пункт будет важен при дальнейшем изложении Концепции.

Суть дилеммы вовсе не в эстетических предпочтениях. Дело в том, что А.Пуанкаре неустанно подчеркивал, что никакими опытами нельзя обнаружить, что наше пространство искривлено. Эйнштейн же настаивал, что можно. Как мы видели, самые точные современные измерения на огромных расстояниях показывают кривизну равную нулю. С точки зрения А.Пуанкаре результат и не мог быть иным!

Разгадка кроется в том, что мы обитаем внутри того пространства, которое пытаемся анализировать. Мы - внутренние наблюдатели.

А вся современная математика, включая дифференциальную геометрию, необходимую для ОТО, разработана как бы с точки зрения внешнего наблюдателя.

Чтобы почувствовать разницу, рассмотрим известный пример из геометрии изогнутых пространств:

Пусть в нашем распоряжении находятся плоскость, а также сферические и гиперболические поверхности.

Плоскость - это поверхность стола,

сфера - поверхность любого шара,

седло – гиперболическая поверхность.

Этих поверхностей много. Разница между ними нам интуитивно ясна при взгляде со стороны.

Спрашивается: есть ли способ, позволяющий различить эти поверхности по типу, пользуясь только внутренними измерениями? Обычно предлагается следующая процедура:

Отметим на каждой поверхности по три точки и соединим их кратчайшими линиями. Затем тщательно измерим углы при каждой из вершин треугольника и сосчитаем сумму этих углов S. Как известно, у плоского треугольника сумма углов S₀ равна 180⁰. Сравним полученные величины S с S₀. Если окажется, что S < S₀, то мы измеряли седло. Если S > S₀, то сферу.

На первый взгляд здесь не к чему придраться, кажется, что внутренние обитатели этих пространств вполне могли бы совершить все предписанные действия и узнать, в пределах какой геометрии они обитают, плоской, выпуклой или вогнутой. Более того, измерив еще и площадь треугольника, они могли бы вычислить радиус кривизны своего пространства. На это, собственно и надеялись сторонники ОТО, предпринимая все упомянутые попытки обнаружить кривизну пространства Вселенной. В чем их ошибка?

Они полагали, что внутреннему наблюдателю доступны все те процедуры, которые выполняет внешний наблюдатель при определении кривизны какого-либо пространства. Но это не так [6].

Как отмечал А.Пуанкаре [46, 47], изучая пространство, мы всегда имеем дело только с теми объектами, которые в этом пространстве находятся. Значит, нам доступен измерительный инструментарий, построенный из таких внутренних объектов, включая сюда эталоны, с которыми мы все сравниваем (условно называемые “метрами”).

Возвращаясь к нашему примеру, отметим, что внутренний наблюдатель совершенно не в состоянии воспроизвести целый ряд процедур, таких простых для внешнего:

Во-первых, это проведение кратчайшей линии между двумя точками.

Во-вторых, это измерение угла при вершине треугольника.

И, в третьих, измерение площади треугольника. Он все сделает по-своему.

В первом случае внешний наблюдатель использует понятие касательной плоскости, построенной в данной точке кривого пространства. А также перпендикуляра к этой плоскости, чтобы провести то, что называется “геодезической линией”. Она то и является кратчайшей на поверхности. То же самое справедливо и для измерения углов. Внешнему наблюдателю не обойтись без касательной плоскости. А вот внутренний наблюдатель не в состоянии увидеть эту плоскость вообще. Кроме единственной точки она полностью находится вне его пространства. А что уж говорить о перпендикуляре к ней!

Измерение площадей требует надежного эталона, играющего роль стандартного метра. Внешний наблюдатель, естественно, пользуется метром, принадлежащим его внешнему пространству и не подверженному воздействиям со стороны измеряемой поверхности. А у внутреннего такого метра просто не может быть.

Здесь мы приходим непосредственно к заключению, что геометрию пространства нельзя рассматривать в отрыве от его физики. Выбор геометрии влечет за собой и определенные ограничения на формулировку физических законов, как убеждал А.Пуанкаре.

Применительно к гравитации это означает, что если избрана геометрическая трактовка, то следует забыть о таких вещах, как энергия поля.

Если избрана полевая трактовка, то любые деформации пространства, очевидные для внешнего наблюдателя, внутренним наблюдателем ощущаются только в форме силовых воздействий гравитационного поля внутри его плоского пространства-времени. Рассмотрим, как это проявляется в процедурах измерения.

Даже ребенок постепенно осознает, что его правый глаз видит предметы часто не там, где левый. Может быть, ему за всю жизнь не доведется узнать, что это явление называется параллаксом. Однако он учится “на глаз” определять расстояния до предметов.

В основе всех измерений расстояний в космосе лежит это же явление параллакса. Только “базой” служит не расстояние между правым и левым глазом человека, а радиус орбиты Земли вокруг Солнца. Этот радиус играет роль эталонного “метра”.

Астрономы смотрят на Вселенную то с правой, то с левой стороны от Солнца и видят, какая звезда расположена ближе, а какая дальше от нас. (Если направление на звезду изменится на одну секунду дуги за три месяца, это значит, что она находится на расстоянии одного парсека). Именно с этого момента на результаты измерений может влиять гравитационное поле. Ведь Земля удерживается около Солнца только благодаря ему.

Чем более отдаленные объекты во Вселенной исследуются, тем более косвенными методами пользуются для измерения расстояний до них. Для нас важно, что все возможные новые “метры” построены с использованием тел, подчиненных закону гравитации и погруженных в наше трехмерное пространство. То есть, все доступные измерительные инструменты свободно “плавают” в пространстве.

Это означает, что в нашем распоряжении нет достаточно “твердых” эталонов, только “мягкие”. Они постоянно подстраиваются под изменяющуюся гравитационную ситуацию.

Реально для измерений используются лучи света, а они движутся по геодезическим линиям и отслеживают любую возможную кривизну пространства. При этом внутреннему наблюдателю кажется, что их траектория есть прямая линия. Разве можно заметить изгиб объекта, если “эталон” изгибается вместе с ним?

Так вот, установлено, что все астрономические измерения с использованием “мягкого метра” подтверждают нам, что наше пространство является плоским и однородным.

Отсюда следует вывод: если даже наше пространство обладает кривизной с точки зрения внешнего наблюдателя, нам оно всегда будет казаться плоским и однородным, так как мы обитаем внутри него и пользуемся внутренними эталонами измерения.

Учтем теперь, что и у обитателей изогнутых пространств, которые мы изучали, также нет “твердых” внешних эталонов. Поэтому не удивительно, что, проделав все утомительные процедуры по проведению линий, измерению углов и площадей по-своему, они получат заранее предрешенный результат: они обитают на плоскости! Причем все, независимо от того, как их поверхность видится нам. Ведь их “кратчайшие линии” не будут совпадать с теми, что провели бы мы. Кривизна их пространств будет проявляться как физическое поле, преломляющее свет. То же самое относится к углам и площадям. Именно об этом предупреждал А.Пуанкаре.

Конечно, можно выискивать методические недочеты в приведенном примере. Его роль - чистая демонстрация. Но не забудем о наблюдательных данных, полученных во внегалактических исследованиях. Главное, об их ничтожной вероятности, если руководствоваться ОТО, или об их естественности, если придерживаться полевой трактовки гравитации.

16.6. Фрактальная Вселенная

Рассуждения, приведшие к выводу, что кривизна пространства необнаружима для внутреннего наблюдателя, в равной мере справедливы и для расширения пространства [5]. Ведь размер тела всегда определяется относительно эталона, принятого за единицу (“метра”). Расширение можно заметить, только если есть стержень, который не увеличивается вместе с остальными размерами. А что случится с “мягким” измерительным стержнем в расширяющейся Вселенной? Он также расширится.

Поэтому А.Пуанкаре и подчеркивал, что если за ночь все предметы во Вселенной увеличатся в тысячу раз (включая и расстояния между ними), то, проснувшись утром, мы ничего не заметим!

Это означает, что для наблюдаемого космологического красного смещения вместо эффекта Доплера с его “разбеганием галактик” нужно найти другое объяснение, так как расширение пространства ненаблюдаемо. И объяснение должно сохранить надежно установленную линейную зависимость красного смещения от расстояния.

Казалось бы, подходящий механизм был предложен Г.Бонди в 1947 г. Это так называемое “глобальное гравитационное покраснение”. То, что квант излучения, покидая поверхность звезды, краснеет, было известно давно. Ведь ему приходится преодолевать силу притяжения звезды, тратить на это энергию. Этот эффект можно назвать локальным гравитационным покраснением. Г.Бонди же предположил, что покраснение продолжается и при дальнейшем полете кванта в пространстве. Там его тормозит своим притяжением масса всего вещества, набравшегося в сферу, построенную вокруг источника, с радиусом, равным пути, пройденным квантом.

Уязвимым местом модели Г.Бонди оказалось то, что при равномерном распределении вещества во Вселенной, механизм “глобального гравитационного покраснения” дает не линейную, а квадратичную зависимость от расстояния. Поэтому он был отвергнут.

Тем временем Б.Мандельбротом [5] была разработана фрактальная геометрия природы. Ему удалось обнаружить регулярную основу, скрытую за миром нерегулярных, казалось бы хаотических, проявлений. Как теперь установлено, фрактальность, или воспроизведение сходных структур на разных уровнях иерархического строения объектов, присуще буквально всем природным явлениям: геологическим образованьям, растениям, звездным скоплениям и миру галактик.

Приложение идей фрактальности к внегалактическим исследованиям долго сдерживалось тем, что фрактальные модели распределения вещества казались слишком “разреженными”. Они напоминали скорее ветки дерева зимой, чем достаточно однородный “кисель”. Но после того как была обнаружена явная неоднородность распределения галактик (см. рисунок 16.1), к модели Г.Бонди вернулись.

Учет того, что галактики распределены по фрактальному закону, а вовсе не равномерно, дает строгую линейную зависимость глобального гравитационного красного смещения от расстояния. Это очень хорошо, но...

Но светящегося вещества во Вселенной хватает только на то, чтобы объяснить какие-то доли процента от наблюдаемого красного смещения. Чтобы согласовать формулы с реальностью, и в полевой теории гравитации приходится привлекать космологический вакуум с его темной энергией. С его помощью дополняют среднюю плотность до критического значения. В результате получаются верные размеры даже для флуктуаций фонового излучения (1 градус).

Итак, “темная материя” и “темная энергия” оказываются неустранимы из космологии, независимо от ее исходных теоретических предпосылок (геометрического или полевого подхода).

Однако, фрактальный подход, с присущим ему вниманием к иерархическому устройству мира, позволяет осознать, что на каждом уровне иерархии правят свои законы, силы и структуры. То есть, знание устройства элементарных кирпичиков недостаточно, если эти кирпичики образовали сложную структуру [5].

В таком выводе содержится важная для Концепции догадка, что сфера ответственности гравитации, может быть, ограничена звездами и только частично галактиками. Уже внутри скоплений галактик в игру вторгается огромное количество “темной материи”. А между скоплениями правит бал неведомая “темная энергия”. Появление этих сущностей в рамках чисто гравитационных теорий просто сигналит, что сами теории применяются не по назначению. Не исключено, что на этих масштабах в дело включаются совсем другие взаимодействия.

До сих пор вся физика исчерпывалась четырьмя видами взаимодействий: сильными (внутри атомных ядер), слабыми (преобразование частиц с участием нейтрино), электромагнитными и гравитацией. Но почему и как могут вдруг активизироваться новые виды взаимодействий на огромных и прозрачных межгалактических просторах, где не видно никаких явных разграничительных линий? Что их провоцирует на это? Это невозможно понять, не учитывая реальность тонкоматериального Макрокосмоса.