Космос - Карл Саган

Иногда радиотелескопы соединяют с телескопами на другой стороне земного шара, увеличивая базу до размеров, сопоставимых с диаметром Земли. В некотором смысле получается телескоп размером с планету**. В будущем возможен вывод телескопов на гелиоцентрическую орбиту, чтобы они находились с другой стороны от Солнца. В результате получится радиотелескоп, сравнимый по размеру с внутренней частью Солнечной системы. Подобные телескопы могут раскрыть внутреннее строение и природу квазаров. Возможно, удастся найти эталонную свечу для квазаров и определить расстояние до них методом, независимым от их красных смещений. Разобравшись в строении самых далеких квазаров и природе их красного смещения, мы, возможно, узнаем, было ли расширение Вселенной быстрее миллиарды лет

* Антенны комплекса VLA могут перемещаться по рельсовым путям и при максимальном удалении друг от друга располагаются на территории поперечником 36 км. — Пер.

** Такая техника радиоастрономических наблюдений получила название радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ). - Пер.

385

назад, не замедляется ли оно* и ожидает ли нашу Вселенную коллапс в будущем.

Современные радиотелескопы невероятно чувствительны. Мощность излучения, приходящего от далекого квазара, измеряется квадрильонными долями ватта. За все время наблюдения общее количество энергии, принятое земными радиотелескопами извне Солнечной системы, меньше энергии упавшей на землю снежинки. Занимаясь изучением космического микроволнового фона, подсчетами квазаров, поиском сигналов внеземных цивилизаций, радиоастрономы имеют дело с порциями энергии, которые столь малы, что кажутся едва существующими.

Часть вещества, например вещество звезд, светится в видимом диапазоне, и его легко обнаружить. Другая часть, скажем газ и пыль на окраинах галактик, обнаруживается не так легко. Она не излучает в видимом диапазоне, хотя, похоже, испускает радиоволны. Это одна из причин того, почему для разгадки космологических тайн мы вынуждены использовать экзотические инструменты и частоты, отличные от частот видимого света, который воспринимают наши глаза. Околоземные орбитальные обсерватории обнаружили интенсивное рентгеновское свечение, исходящее из пространства между галактиками. Первоначально считалось, что это све-

* В последнее время наблюдения вспышек далеких сверхновых говорят о том, что расширение Вселенной, возможно, не замедляется, а наоборот, ускоряется. Чтобы объяснить это неожиданное явление, приходится предположить, что физический вакуум, т. е. буквально само пространство Вселенной, содержит огромную скрытую энергию, которая создает в космологических масштабах эффект, противодействующий гравитации. Открытие космического вакуума, если оно подтвердится, повлечет за собой коренной пересмотр устоявшихся представлений о современном состоянии Вселенной. Оно ставит ряд новых принципиальных проблем как в космологии, так и в фундаментальной физике. — Пер.

386

тится горячий межгалактический водород, громадное количество, никогда раньше не наблюдавшееся, возможно достаточное для того, чтобы замкнуть космос и гарантировать, что мы пойманы в ловушку пульсирующей Вселенной. Однако недавние наблюдения Рикардо Джаккони, похоже, позволили разрешить рентгеновское свечение на отдельные точки, возможно неисчислимые орды далеких квазаров*. Они тоже вносят в массу Вселенной вклад, о котором не было известно раньше. Когда завершится космическая инвентаризация и будут суммированы массы всех галактик, квазаров, черных дыр, межгалактического водорода, гравитационных волн, а возможно, и более экзотического населения космоса, станет ясно, в какой Вселенной мы живем.

Обсуждая крупномасштабную структуру Вселенной, астрономы любят говорить, что пространство искривлено, что у Вселенной нет центра и что она конечна, но неограниченна. О чем они толкуют? Представьте, что мы живем в необычной стране, где все абсолютно плоское. Вслед за Эдвином Эбботом**, исследователем Шекспира, жившим в викторианской Англии, назовем ее Флатландией (от англ. flat — плоский. — Пер.). Некоторые из нас — квадраты, другие — треугольники, а кое-кто имеет более сложные очертания. Мы снуем мимо наших плоских домов, выходим, занимаемся своими плоскими делами и плоско развлекаемся. Все жители Флатландии имеют ширину и длину, но не имеют высоты. Мы знаем, что такое направо и налево, вперед и назад, но никто, кроме наших плоских математиков, не имеет ни малейшего представления о том, что есть верх и низ. Они говорят: «Послушайте, это в самом деле очень просто.

* Это открытие не подтвердилось. — Пер.

** Эббот Э. Флатландия. Бюргер Д. Сферландия. СПб.: Амфора, 2001.

387

Представьте себе движение влево-вправо. Теперь движение вперед-назад. Пока всё в порядке? Теперь вообразите другое измерение, под прямым углом к нашим двум». А мы отвечаем: «Что вы несете? Как это „под прямым углом к нашим двум"?! Существуют только два измерения. Покажите нам третье измерение. Где оно?» И математики в унынии удаляются. Никто не слушает математиков.

Любое квадратное существо во Флатландии видит другое квадратное существо как короткий отрезок — ближайшую к наблюдателю сторону квадрата. Чтобы узреть другую сторону квадрата, надо обойти вокруг него. Однако внутренность квадрата всегда остается загадочной, если только трагический несчастный случай или вскрытие трупа не разрушает периметр, выставляя напоказ внутренние части.

Однажды трехмерное создание, формой напоминающее, допустим, яблоко, зависло над Флатландией. Наблюдая за особенно привлекательным квадратом, входящим в свой плоский дом, яблоко решило поприветствовать его, чтобы наладить дружеские контакты между измерениями. «Как поживаете? — спросил гость. — Я пришелец из третьего измерения». Несчастный квадрат оглядел свой запертый дом и никого не увидел. Но хуже всего, что ему показалось, будто приветствие, пришедшее сверху, исходит изнутри его собственного тела, как внутренний голос. Небольшие психические отклонения встречались в его семье, напомнил он себе, приободряясь.

Раздраженное тем, что его приняли за психическую аберрацию, яблоко опустилось во Флатландию. Но лишь часть трехмерного создания может пребывать во Флатландии. Разглядеть удается только его сечение, те точки, которые входят в контакт с плоской поверх-

388

ностью Флатландии. Пересекая Флатландию, яблоко сначала обозначилось как точка, а потом как увеличивающегося размера круги. Квадрат в своем двумерном мире увидел появившуюся в запертой комнате точку, которая, медленно раздаваясь, выросла в круг. Создание странной меняющейся формы возникло из ниоткуда.

Досадуя на бестолковость плоского существа, яблоко толкнуло квадрат и выбросило его, дрожащего и вращающегося, вверх, в загадочное третье измерение. В первый момент квадрат не мог осознать происходящего, которое напрочь выходило за рамки его опыта. Но постепенно он понял, что обозревает Флатландию в очень странном ракурсе — «сверху». Он видел, что делается в закрытых комнатах. Он мог заглянуть внутрь своих плоских приятелей. Его мир предстал перед ним в странной и невероятной перспективе. Путешествие в другое измерение дает неожиданные преимущества, своего рода рентгеновское зрение. В конце концов, подобно падающему листу, наш квадрат медленно опустился на поверхность. С точки зрения соседей-флатландцев он непостижимым образом исчез из запертой комнаты, а затем, ко всеобщему недоумению, материализовался из ниоткуда. «Ради бога, — приступили к нему с вопросами, — что с тобой случилось?» — «Думаю, — отвечал он неожиданно для себя, — я был „наверху"». Его похлопали по бокам, чтобы успокоить. Многие в его семье страдали галлюцинациями.

В размышлениях о том, как соотносятся разные измерения, нам не следует ограничиваться двумерным случаем. Вслед за Эбботом мы можем вообразить одномерный мир, где все существа представляют собой отрезки, или даже очаровательный нульмерный мир, населенный точками. Но, пожалуй, вопрос о более высоких раз-

389

мерностях все же интереснее. Может ли существовать четвертое физическое измерение?*

Мы можем представить себе построение куба следующим образом. Возьмем отрезок определенной длины и переместим его перпендикулярно самому себе на расстояние, равное его длине. Получится квадрат. Переместив квадрат на такое же расстояние под прямым углом к самому себе, мы получим куб. Известно, что куб отбрасывает тень, которую мы обычно изображаем, рисуя два квадрата с соединенными вершинами. Изучая двумерную тень куба, мы замечаем, что не все отрезки выглядят равными и не все углы — прямыми. Трехмерный объект нельзя без искажений представить в двух измерениях. Такова цена потери измерения при получении геометрической проекции. Теперь возьмем наш трехмерный куб и переместим его под прямым углом к самому себе в четвертом измерении: не слева направо, не сверху вниз, не вперед или назад, но одновременно под прямым углом ко всем этим трем направлениям. Я не могу показать это направление, но я могу представить себе, что оно существует. В результате мы построим четырехмерный гиперкуб, или тессеракт. Я не в силах продемонстрировать вам тессеракт, поскольку мы ограничены тремя измерениями. Но могу показать его трехмерную тень. Она напоминает два вложенных куба, вершины которых