Мартин Рис - Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную [litres]

В этом месте позвольте мне добавить одно семантическое замечание по поводу определения слова «вселенная». Его правильное определение – это, конечно, «все, что есть». В этой главе я заявляю, что сущность, традиционно называемая Вселенной, – то, что изучают астрономы, или то, что осталось от Большого взрыва, – может быть одной из целого ряда сущностей, каждая из которых, возможно, началась со своего собственного Большого взрыва. Педанты могли бы захотеть называть Вселенной весь этот ансамбль. Но я думаю, что будет меньше путаницы, если оставить термин «вселенная» для того понятия, которое ему традиционно соответствует, хотя тогда потребуется новое слово «мультивселенная» для обозначения всего ансамбля «вселенных» – к этому понятию я вернусь в главе 11.

У нашего пространства три измерения. Существуют точки (ноль измерений), линии (одно измерение), плоскости (два измерения) и тела (три измерения). Но на этом нам придется остановиться, хотя с точки зрения математики мы можем представить себе пространство, в котором измерений больше. Что же в числе 3 такого особенного? С классических времен геометры заметили любопытные черты разных измерений. Например, в двух измерениях мы можем нарисовать правильный многоугольник с любым количеством равных сторон (равносторонний треугольник, квадрат, пятиугольник, шестиугольник и т. д.). Но в трех измерениях есть только пять платоновских «правильных тел», в которых равны все стороны и углы. В четырех измерениях таких объектов шесть, а в более высоких измерениях – всего по три.

Одно из следствий трехмерного мира состоит в том, что такие силы, как тяготение и электричество, подчиняются закону обратных квадратов, т. е. сила или заряд становятся в четыре раза слабее, если расстояние увеличивается в два раза. Майкл Фарадей в своих новаторских трудах по электричеству использовал графический способ (по сути правильный), чтобы понять это. Он представил «силовые линии», исходящие от каждого заряда или массы, при этом величина силы зависит от концентрации этих линий. На расстоянии r линии распространяются по площади, пропорциональной r 2; на бо́льших расстояниях, таким образом, действие силы ослабевает. Ее величина обратно пропорциональна r 2. Тем не менее площадь четырехмерной «сферы» будет изменяться пропорционально r 3, и если удвоить r, то она станет не в четыре, а в восемь раз больше. Так, размышления Фарадея будут выражать закон обратных кубов .

Как понял Ньютон, траектории планет управляются равновесием между действием силы тяготения, которая тянет их вовнутрь, и центробежным эффектом их движения. Орбиты в Солнечной системе стабильны в том смысле, что небольшие изменения скорости планеты изменяют ее орбиту очень незначительно. Но эта стабильность исчезнет, если тяготение не будет опираться на закон обратных квадратов, а начнет следовать закону обратных кубов (или закону с еще более круто наклоненным графиком зависимости). Тогда, если движущаяся по орбите планета хоть чуть-чуть замедлится, она не просто перейдет на чуть меньшую орбиту, а ее затянет прямо в Солнце, потому что сила по закону обратных кубов резко возрастает по направлению к центру. Напротив, если идущая по орбите планета чуть-чуть ускорится, она быстро уйдет по спирали во внешнюю темноту.

Английский философ XVIII в. Уильям Пейли знаменит своим доводом о том, что видимое строение нашей Вселенной подразумевает существование Творца точно так же, как часовой механизм подразумевает часовщика. В Кембридже Пейли получил достаточно хорошую подготовку в области математики, чтобы оценить эту тайную черту закона обратных квадратов и включить ее в свою защиту довода о Творце всего сущего. Большинство из его «доказательств творения» происходили из биологии и были опровергнуты даже теологами в постдарвиновскую эпоху. Впечатляющие адаптивные возможности глаз, конечностей и т. д. являются результатом естественного отбора, симбиоза между живыми организмами и средой их обитания. Довод Пейли о том, что закон обратных квадратов особенно подтверждает высшую благодать, сейчас кажется одним из самых здравых: нет никаких следов естественного отбора в выборе любимого закона действия сил, и ничто не могло воздействовать на Вселенную так, чтобы его изменить. Пейли писал более чем за 100 лет до того, как стало понятно, что атомы состоят из положительно заряженного ядра и электронов, вращающихся вокруг него; иначе он смог бы укрепить свою позицию, заметив, что по подобным причинам атомы были бы невозможны во Вселенной, управляемой законом обратных кубов, потому что в ней не было бы стабильных орбит у электронов.