Неизведанная Вселенная
|
Если космический корабль поле-тит цсе время прямо, никуда не сворачивая, то будет ли он все более удаляться от Земли?
"Не обязательно, -- решил Эйнштейн. -- Корабль может вернуться, даже если он все время будет лететь прямо". |
|
|
Чтобы понять парадокс Эйнштейна, начнем с несчастного пойнтландца. Вся его вселенная -- это одна-единственная точка, имеющая нуль измерений. |
|
|
Обитающий на одномерной линии лайнландец подобен червяку, ползущему по канату: если канат бесконечен, то он может путешествовать сколь угодно далеко как в одну, так и в другую сторону. |
|
|
Но если канат замкнут наподобие окружности, то вселенная нашего лайнландца неограниченна, хотя и имеет конечную длину. В какую бы сторону ни полз червяк, он непременно вернется в исходную точку. |
|
|
Флатландец обитает на двумерной поверхности. Если его вселенная -- бесконечная плоскость, то он может путешествовать на любые расстояния в любом направлении. |
|
|
Но если поверхность, на которой он обитает, замкнута наподобие сферы, то она также неограниченна и конечна. В какую бы сторону ни отправился флатландец, двигаясь все время прямо и никуда не сворачивая, он непременно вернется туда, откуда начал свой путь. |
|
|
Мы с вами "солидландцы", обитающие в трехмерном мире. Возможно, наш мир простирается бесконечно далеко в каждом из направлений. |
|
|
Но, может быть, наша Вселенная изогнута в пространстве большего числа измерений и потому неограниченна и конечна? В такой Вселенной, как и полагал Эйнштейн, космический корабль, все время летящий прямо, мог бы вернуться к месту старта, |
|
|
Когда флатландец совершает кругосветное путешествие по сфере, он как бы движется по полоске, склеенной в кольцо без перекручивания. |
|
|
Но если флатландец путешествует по листу Мёбиуса, то происходит нечто странное. Полоборота, на которые перекручено полотно листа, как бы переворачивают флатландца на другую сторону: вернувшись в исходную точку, он обнаруживает у себя сердце не слева, а справа! |
|
|
Если наше пространство перекручено наподобие листа Мёбиуса, то вернувшийся на Землю астронавт может оказаться собственным зеркальным отражением. |
|
Астрономы пока не пришли к единому мнению относительно того, замкнута ли наша Вселенная, как полагал Эйнштейн, или открыта. Ответ на этот вопрос зависит от того, какова масса Вселенной. Согласно общей теории относительности, масса приводит к искривлению пространства -- чем больше масса, тем больше кривизна пространства. Большинство специалистов по современной космологии считают, что массы Вселенной недостаточно для столь сильного искривления пространства, которое привело бы к его замыканию. Но вопрос пока остается открытым, поскольку ни природа-вещества, ни распределение его плотности во Вселенной не известны. Не исключено, что во Вселенной имеется "скрытая масса", вполне достаточная для замыкания пространства. (Например, подозревают, что нейтрино обладают положительной массой покоя, в то время как раньше их масса покоя считалась равной нулю.)
Не существует никаких данных, позволяющих утверждать о том, будто наше пространство перекручено, как лист Мёбиуса. Тем не менее ученые, занимающиеся космологией, охотно рассматривают различные модели пространства, в том числе и модели с кручением. Для того чтобы понять, каким образом флатландец, совершив кругосветное путешествие по листу Мёбиуса, переходит в свое зеркальное отражение, важно не упускать из виду одно существенное обстоятельство: нулевую толщину листа Мёбиуса. Любая бумажная модель листа Мёбиуса в действительности представляет собой объемное тело, так как бумага имеет конечную толщину. Мы же должны исходить из предположения о том, что идеальный лист Мёбиуса имеет нулевую толщину.
Плоская фигура, начерченная на идеальном листе Мёбиуса, напоминает фигуру, начерченную чернилами, которые проходят сквозь бумагу, делая контур видимым с двух сторон: она начерчена одновременно с двух "сторон" листа, а не только с одной "стороны", как бы погружена в его поверхность пулевой толщины. Вернувшись в исходное положение после обхода листа Мёбиуса, такая фигура переходит в свое зеркальное отражение. Разумеется, при повторном обходе она вновь принимает свой первоначальный вид. Аналогичным образом астронавт, вернувшись из кругосветного путешествия в пространстве с кручением, оказался бы зеркальным двойником самого себя и, лишь совершив повторное кругосветное путешествие, смог бы "прийти в себя".
Если вас заинтересовали парадоксальные свойства листа Мёбиуса, то вам, возможно, покажутся интересными две другие не менее парадоксальные поверхности -- бутылка Клейна и проективная плоскость -- и.вы захотите изучить их подробнее. Обе поверхности односторонние, но в отличие от листа Мёбиуса не имеют краев. Бутылка Клейна тесно связана с листом Мёбиуса, так как, разрезав ее пополам, мы можем получить два зеркально-симметричных листа Мёбиуса. Флатландец, обитающий на поверхности бутылки
Клейна или на проективной плоскости, совершив кругосветное путешествие, переходит в свое зеркальное отражение (см. главу 2 моей "Шестой книги математических игр" из журнала Scientific American) [Gardner М. Sixth Booh of Mathematical Games from Scientific American.-San Francisco, 1971.]. Классической книгой о жизни в двумерном пространстве по праву считается "Флатландия" Эдвина Э. Эббота. Ее продолжение -- "Сферландию" -- написал Дионис Бюргер [Эбботт Э. Флатландия. Бюргер Д. Сферландия. - M.: Мир, 1976.].
Возможно, вам понравится фантастический рассказ Г. Уэллса "История Платтнера" -- о человеке, побывавшем в четвертом измерении и вернувшемся на Землю своим зеркальным двойником -- с сердцем, расположенным справа.