Текст книги "Чего не знает современная наука"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 38 страниц)

Жизнь Вселенной: бесконечное творение. Взгляды науки и мифологии

Вечное таинство рождения и умирания… На наших глазах появляются новые побеги трав и деревьев, рождаются животные, люди. История хранит память о появлении и исчезновении городов, государств и цивилизаций. Возникают и разрушаются горы, создаются и ветшают величественные храмы, скульптуры, картины, фрески. Рождается, развивается и стареет Вселенная… Что было до рождения и что остается после смерти, что заставляет рождаться из небытия новые структуры, организмы, каковы причины и механизмы развития мира?

В том или ином смысле ответы на эти вечные вопросы пытаются найти и религия, и искусство, и наука. Первая обращается для этого к вере, априорному, иррациональному знанию, второе – к эмоциональному переживанию моментов рождения и умирания, третья – к наблюдениям, разуму и логике. XX век с его высокоразвитым рационализмом на первое место по привычке ставит научный метод познания и с некоторым пренебрежением относится к иным способам изучения мира. Однако если мы непредвзято посмотрим на достижения столь быстро продвигающейся вперед науки и на знания древних, дошедшие до нас в символах легенд и мифов, то обнаружим много сходного в понимании и описании законов развития природы.

В каждой культуре есть свои мифы о сотворении; они говорят, что мир не существует вечно, он имеет начало и конец. Начало это происходит в некоторой точке пространства – в средине, сердце мира, и в некоторый момент времени – в начале мира. Кроме утверждения о существовании начала и центра мира, общего для всех мифов о творении, мы находим и общие законы разворачивания космоса из некой начальной точки. Оно происходит путем дробления исходно неразличимой, неструктурированной первоматерии, обретения ею новых форм, несущих в себе энергию и частицу Творца, появления все более сложных структур. Сначала небеса отделяются от земной тверди, начинает идти время, затем возникают Солнце, звезды и другие светила, на земле воздвигаются горы, появляются реки и моря, создаются растения, животные, люди. Очевидна цикличность процессов созидания, повторение его этапов – каждый раз усложнение мира, появление новой его структуры происходит на новом уровне, но тем не менее подобно тому, как это было в самом начале. Акт творения не единичен, это непрекращающийся самоподобный процесс.

Долгое время представление о рождении Вселенной и ее развитии существовало только в форме поэтических мифов, но уже во времена античности появляются первые ростки науки, первые попытки постижения таинства природы изменений с помощью рассуждений, построения моделей, путем умозаключений и сравнения выводов с экспериментом. От первых школ натуральной философии до современных представлений о Вселенной пройден долгий путь, но сейчас, на рубеже тысячелетий, мы с удивлением обнаруживаем, что символический язык мифов и точный язык науки повествуют о почти тождественных вещах, что наши предки, на которых мы привыкли смотреть несколько свысока, чьи взгляды на природу нам кажутся порой наивными, обладали истинной мудростью, позволявшей им ощущать Вселенную как свой дом, в котором правят естественные законы, проявляющиеся и в великом, и в малом. Тонкая интуиция человека, живущего заодно с природой, позволила им увидеть, распознать эти законы в окружающем мире, а язык символов – облечь свои знания в форму, пережившую века.

Не задерживаясь долго на бурной истории научных взглядов, перейдем к современным космогоническим представлениям. Их основу составляют общая теория относительности, и внегалактическая астрономия, возникшие в начале XX века, а также достижения последних десятилетий в области астрофизики и физики микромира.

Современная релятивистская теория тяготения была опубликована в 1916 году А. Эйнштейном. Результатом его исследований стало несколько возможных сценариев эволюции Вселенной, но после открытия американским астрономом Хабблом в 20-х годах так называемого красного смещения в спектре достаточно удаленных от нас звезд и галактик стало ясно, что наша Вселенная расширяется. Если предположить, что во всей Вселенной во все времена законы действовали так, как они проявляют себя в видимой нам ее части, то можно утверждать, что несколько миллиардов лет назад размеры Вселенной были мало сказать невелики – много меньше размеров атомного ядра! Современная теория микромира раскрывает механизмы рождения Вселенной на таких малых масштабах пространства и времени, представить которые нам чрезвычайно трудно, однако подробности превращений предсказываются во всех деталях.

Согласно этому сценарию, Вселенная возникла примерно 17 миллиардов лет назад практически из одной точки. В первые моменты плотность вещества была колоссальна, ее величина в граммах на кубический сантиметр выражалась не менее чем 94-значным числом (!) – ведь в таком малом объеме были заключены все тела, существующие и сейчас. Так как в самом начале размер Вселенной был меньше атомного ядра, то ни о каких составных частях, как-то отличающихся одна от другой, говорить в эти моменты просто не приходится. Это та самая мифическая неструктурированная и неразделенная субстанция, наделенная способностью самоорганизации, творческой силой. С течением времени из этого первовещества – мечты античных философов и древних алхимиков – начинают выделяться электроны, протоны, образуются нейтроны, а затем и ядра простейших химических элементов – водорода и гелия. Полностью симметричный изначальный хаос теряет свою симметрию – возникает структура, мир обретает формы. Начиная с времени порядка 0,01 секунды от начала мира рождаются и фотоны – появляется свет. Ядра гелия и водорода – химических элементов, из которых потом появятся звезды, – возникают примерно через три минуты после рождения мира (более тяжелые элементы возникнут гораздо позже в недрах звезд, в результате термоядерных реакций).

Скорость превращений постепенно уменьшается – взрывной характер эволюции сменяется периодом более спокойного развития. Примерно через миллион лет после начала мира наступает время, когда формируются атомы и Вселенная становится прозрачной, то есть достаточно разреженной для того, чтобы испущенные световые частицы – фотоны – перестали поглощаться. Остатки этих фотонов образуют так называемое реликтовое излучение, блуждающее по Вселенной до наших дней, несущее информацию о глубинных процессах образования вещества, о самых первых его этапах. Открытое в 60-х годах нашего столетия, реликтовое излучение являет собой блестящее подтверждение теории, родившейся «на кончике пера».

В дальнейшем из облака легчайшего газа – смеси водорода и гелия – путем его уплотнения, увеличения концентрации, сопровождающегося разогревом, рождаются звезды, причем так же, как и рождение Вселенной, возгорание звезды происходит резко, взрывообразно. Первоначальный состав звезд с течением времени усложняется, структурируется. Элементы, рожденные во время «Большого взрыва», обладают способностью к самоорганизации, то есть к образованию все более сложных и разнообразных структур, – подобно формам, извергнутым мифическим Творцом (Атумом или Хепри в Древнем Египте), они несут в себе заряд творческой активности.

Действительно, ядра гелия и водорода под действием гравитационного сжатия и разогрева вступают в реакции синтеза, в которых благодаря слиянию этих простейших ядер возникают ядра все более и более сложных химических элементов – лития, азота, углерода и других, более тяжелых. При слиянии легких ядер выделяется колоссальное количество энергии, которое может привести к новому взрыву – менее масштабному, чем тот, что дал начало Вселенной, но схожему с ним по сути: звезда «умирает», но, подобно древнекитайскому Паньгу, дает начало новым структурам – межзвездному веществу, содержащему тяжелые элементы, из которого позже образуются планеты.

Так в современных взглядах на возникновение и эволюцию Вселенной можно увидеть основные черты мифов. Мир в начале времен недифференцирован, однороден, но с течением времени проявляется его структура: возникает пространство, начинается бег времени, далее выделяются первопринципы – взаимодействия, упорядочивающие мир: гравитационное, ядерное, электромагнитное, так называемое слабое. Затем рождается свет – фотоны, светила, планеты и т. д. Рожденная в первые мгновения материя обладает «божественной искрой» – свойством самоорганизации, способностью к усложнению форм.

Процесс образования планет идет по сценарию, похожему на синтез звезд. Так же уплотняется облако пыли, оставшееся после взрыва звезды, так же идут в нем процессы трансформации вещества. И хотя механизм изменений здесь другой, чем в звездах, – в результате эволюции планет также образуется вещество как очень простой, так и чрезвычайно сложной структуры. Ядро Земли, например, состоит в основном из двух элементов – железа и никеля, в мантии число минеральных видов – порядка десяти, в гранитном и осадочном слоях их уже около четырех тысяч.

История развития минералов также имеет свои скачки. Один из них знаменуется возникновением на поверхности литосферы Земли особого класса силикатных минералов – цеолитов, которые имеют наиболее сложную структуру, приближающуюся к органическим полимерам. Эта революция в мире минералов совпадает по времени с возникновением первых форм жизни.

Возникновение жизни – еще один «взрыв», не столь «шумный» по своим внешним проявлениям, как рождение Вселенной или взрыв сверхновой, но не менее значительный по тем качественным изменениям, которые он повлек за собой. Появление жизни это, по сути, очередной скачок в изменении структуры Вселенной, нарушение ее симметрии, проявляющееся, в частности, в переходе от смешанных (рацемичных) наборов аминокислот и сахаров к чистым (хиральным). Как и прежние структурные изменения Вселенной, это произошло также достаточно резко, по космическим временным масштабам – «мгновенно», почти одновременно по всей поверхности Земли примерно четыре миллиарда лет назад.

Следующий этап – возникновение разума. От простейших нервных клеток через линейные цепочки, образующие нервные волокна, объемные узлы, до мозга человека, до информационного банка Земли, включающего в себя, помимо знаний индивидуумов, и содержание библиотек, архивов, банков знаний, и глобальную информационную сеть – радио, телевидение, Интернет… Неустанно трудятся творцы, преодолевая сопротивление инертной материи, подчиняющейся второму началу термодинамики, которое гласит: «Все меняется от порядка к беспорядку».

Что же будет дальше? Современная космология предполагает несколько вариантов развития: если средняя плотность вещества в настоящий момент не превосходит некоторого критического значения, расширение Вселенной будет идти бесконечно. Если же критическое значение превышено, то расширение сменится сжатием и все вернется в исходное состояние – в точку, к недифференцированному первовеществу. При плотности, равной критической, рост Вселенной постепенно замедлится и ее размер стабилизируется. Современные данные не позволяют ответить на вопрос о нашем далеком будущем, но если предположить существование невидимой, так называемой «скрытой массы» Вселенной, чему имеется множество косвенных свидетельств, то мифологический сценарий конца света становится научным фактом.

Процесс творчества Вселенной продолжается. Акты творения – «маленькие Большие взрывы» – зажигают звезды, производят на планетах революционные изменения, в результате которых рождаются живые существа, человек, разум…

Что нас ждет дальше?

Алексей Чуличков, д-р физ. – мат. наук, МГУ

Современные представления о ранней Вселенной

Геометрия пространства-времени и гравитация

98 лет тому назад, в начале XX века, в работах А. Эйнштейна по теории относительности пространство и время начинают собираться в некоторый универсальный комплекс. Этот комплекс, называемый интервалом, сохраняется при различных физических преобразованиях, при переходах от движущихся систем отсчета к неподвижным. Работы Эйнштейна привели нас к пониманию того, что пространство и время нельзя отделять одно от другого, в каком-то смысле это единая сущность. Но в то же время нельзя отождествлять время и пространство. Это все-таки разные физические понятия. И сейчас наши представления о пространстве и времени оказались уже существенно измененными в той эволюции знаний, которая прошла с конца XIX – начала XX века.

Если говорить о Вселенной, то даже во времена Эйнштейна казалось, что звезды и галактики на небе неподвижны. В 20-х годах XX века в библиотеке американского Конгресса прошла дискуссия о галактиках. Ее участники поделились на две группы: одни считали, что это газовые образования, а другие говорили, что галактики состоят из многих звезд, таких же, как и звезды, которые мы видим, но они отстоят от нас очень и очень далеко. И только благодаря развитию методов спектрального анализа, когда стали изучать свойства света от звезд и галактик, стало ясно, что все-таки по спектральным своим характеристикам галактики такие же, как звезды, а значит, они являются большим скоплением звезд.

В 1915 году А. Эйнштейн сформулировал теорию гравитации, самой неуловимой силы, которую, оказывается, труднее всего описать. В основу своей теории он положил очень элегантную идею: он ввел в физику геометрическое представление о гравитации, которое выдержало проверку временем. Прошло уже 85 лет, но мы считаем, что это одно из наиболее адекватных ее описаний. Хотя в уравнениях Эйнштейна пространство и было связано со временем, но при описании Вселенной это было некое статическое образование, которое никуда не исчезало, не сжималось, не расширялось. Единственное, что ввел Эйнштейн по сравнению с Ньютоном, это то, что пространство совсем не обязано быть евклидовым, то есть плоским, таким, к какому мы привыкли в повседневной жизни.

Возможность существования другой геометрии доказали математики XIX века. Например, в этой аудитории есть три измерения: координаты, связанные с длиной, с шириной и с высотой, это наше трехмерное пространство. Если мы начнем чертить здесь геометрические фигуры, например нарисуем треугольник на плоскости и измерим сумму его углов, то она окажется равной 180° – это хорошо известный факт из школьной геометрии. Однако тоже хорошо известно еще из школы, что нельзя из плоского листочка сделать сферу, и наоборот, из сферы невозможно сделать плоский листочек (говоря научным языком, топология сферы отлична от топологии плоскости). Геометрия пространства на сфере обладает той особенностью, что сумма углов треугольника всегда больше 180°. Действительно, если мы возьмем треугольник с двумя сторонами, идущими по меридианам, и подсчитаем сумму его углов, то можем получить любое число, но всегда больше, чем 180°. Это пример пространства положительной постоянной кривизны. А в XIX веке, еще до Лобачевского, Ф. Бойяи, очень талантливый венгерский математик, написал Гауссу письмо, в котором говорил, что существует пространство с постоянной отрицательной кривизной. Такое пространство вообразить достаточно сложно, его образом является поверхность седла. Хотя там кривизна не постоянная, но, тем не менее, этот пример дает правильное качественное представление. Если на поверхности седла нарисовать треугольник, то сумма его углов всегда меньше 180°. Других классификаций пространств в этом смысле не бывает. Пространство может обладать либо нулевой кривизной, как плоский листок, где сумма углов треугольника всегда 180° (причем как ни изгибай этот листок, как его ни крути, он всегда останется математически плоским), либо постоянно положительной кривизны, либо постоянной отрицательной кривизны.

Нестационарная Вселенная

Одна из колоссальных заслуг Эйнштейна состояла в том, что он создал теорию всемирного тяготения, в которой пространство, удовлетворяющее уравнениям этой теории, может иметь либо постоянную положительную кривизну, либо постоянную отрицательную, либо быть плоским. Но уже в 1915 году он заметил совершенно необыкновенную вещь. Он записал свои знаменитые уравнения и обнаружил, что независимо от того, какова геометрия пространства Вселенной, оно у него получалось нестационарным. Что это означает? Это означает, что между двумя точками в таком пространстве расстояние не могло оставаться постоянным, оно либо уменьшалось, либо увеличивалось. Это его озадачило, потому что не было ни одного факта, астрономического или какого-то еще, который бы утверждал, что Вселенная нестационарна. Даже следов этого не было, и для того, чтобы убрать нестационарность, которая получалась из его уравнений, он просто насильно, «руками» ввел некое дополнительное слагаемое, которое называется космологической постоянной и компенсирует действие гравитации. Потом он писал, что введение космологической постоянной было самой крупной ошибкой в его жизни. Почему? Да потому, что в 1929 году Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется, то есть все галактики не неподвижны, а разбегаются, происходит постоянное расширение пространства всей Вселенной.

Иногда задают вопрос: «А что, в этой аудитории пространство расширяется или не расширяется?» Раньше мы говорили: «Не бойтесь, не расширяется». Можете себе представить, как быстро все меняется! Еще пять лет назад я говорил студентам, что гравитационно связанные системы, такие, как Земля, Луна, Солнечная система или наша Галактика, находятся в стационарном состоянии и в космологическом расширении Вселенной не участвуют, а в последние годы в этом представлении произошла целая революция, связанная с открытием ускоренного расширения Вселенной, и поэтому вопрос о космологическом расширении даже в малых масштабах (включая атомные) приобрел определенный смысл.

Итак, Вселенная расширяется. Первым, как известно, это теоретически заметил Александр Александрович Фридман, было это в 1924 году. В Петербурге, тогда он назывался Петроградом, он преподавал в Артиллерийском училище, читал красноармейцам курс баллистики, а вечерами решал уравнения Эйнштейна. Он первым нашел решение этих уравнений в применении ко всей Вселенной и обнаружил, что стационарных решений нет. Фридман как математик всесторонне исследовал эту задачу и показал, что если описывать Вселенную в рамках общей теории относительности, то она обязательно должна или расширяться, или сжиматься и никогда не должна находиться в каком-то статическом состоянии. Он написал об этом Эйнштейну, Эйнштейн даже не ответил на его письмо, хотя было известно, что он его получил и читал. Он считал, что это полная чепуха, что нет оснований считать, что во Вселенной должна быть какая-то нестационарность.

Американский астроном Эдвин Хаббл открыл свой знаменитый закон в 1929 году, и пришлось признать, что Вселенная расширяется, хотя попытки сделать Вселенную стационарной продолжались и продолжаются до сих пор (сейчас не так активно), но тем не менее у нас нет ни одного серьезного указания, что это не так. Расширение Вселенной проявляется в разных экспериментах, по разным данным. Но раз это так, раз Вселенная расширяется, раз пространство нестационарно, возникло сразу несколько вопросов.

В начале времени

Если Вселенная расширяется сейчас, то в прошлом она должна была быть более компактной, все расстояния между объектами должны были быть меньше, и, соответственно, плотность должна быть выше. Если мы все это будем экстраполировать в далекое прошлое, то вообще должны придти к моменту, когда все физические величины, как говорится, уходят в бесконечность. Должны были существовать нулевой размер, бесконечная плотность. Мы не имеем права в физике работать с бесконечными величинами, и уж если говорить серьезно, то давайте будем работать до тех масштабов, до которых еще применимы известные законы физики. Эти малые масштабы получили название планковских. Их ввел в физику Макс Планк в начале XX века. Можно взять мировые постоянные: скорость света, постоянную Планка и постоянную гравитации, – и из них составить три величины с размерностями массы, длины и времени. Эти величины и носят название планковских единиц, и можно сказать (очень грубо, но правильно), что мы не можем идти в своем анализе на масштабы меньше планковских. Потому что тогда гравитация становится столь сильной, что нужно учитывать ее квантовые свойства. А все попытки проквантовать гравитацию до последнего времени не увенчались успехом. Сейчас есть некоторые идеи, но это уже отдельный разговор. Так вот эти масштабы очень маленькие, 10^-33 см. То есть, зная современную физику, подтвержденную огромной совокупностью лабораторных, астрономических и других экспериментов, мы имеем право идти на пространственные масштабы лишь до 10^-33 см.

Это, конечно, очень маленькая величина. Размер атома водорода – 10^-9 см, атомного ядра – 10^-13 см. А дальше мы ничего не знаем. Почему? Потому что если мы зондируем микромир с помощью ускорителей, с помощью экспериментов ядерной физики, то чем меньше масштаб, который мы хотим изучить, тем большую энергию мы должны придать частицам, и таким образом мы ограничены в своих возможностях просто мощностью современных ускорителей. С их помощью мы можем зондировать масштабы до 10^-16 см. От современных ускорителей – 10^-16 см, до планковских величин 10^-33 см, т. е. еще 17 порядков. Ясно, что таких ускорителей никто никогда не создаст, потому что просто не видно путей, как можно их сделать, тем более что каждый порядок по энергии дается колоссальным трудом, требует колоссальных денег, которые ни Конгресс США, ни наше правительство, просто никто не хочет выделять. А там может быть интересная физика.

Итак, астрономические наблюдения доказали, что пространство во Вселенной является нестационарным, а из физических соображений следует, что его можно анализировать вплоть до масштабов 10^-33 см. Если отвлечься от физики и говорить только о пространстве, долгое время, когда делали этот анализ, наталкивались на так называемый парадокс фридмановской космологии. Решения, которые получил Фридман, вошли в науку под названием «фридмановская космология». Если вы откроете какую-нибудь энциклопедию, изданную лет 10–15 назад, то там будет написано, что Вселенная может быть открытая или замкнутая. Открытая Вселенная бесконечно расширяется, замкнутая Вселенная расширяется до какого-то момента, а потом сжимается, плоская Вселенная тоже будет расширяться бесконечно, но по другому закону. Причем слова «открытая», «замкнутая» и «плоская» отождествлялись с геометрией Вселенной. У открытой Вселенной была геометрия пространства постоянной отрицательной кривизны, в ней сумма углов треугольника меньше 180°, у плоской – 180° и у замкнутой Вселенной сумма углов треугольника больше 180°.

Любопытно, что еще в конце 20-х годов XIX века Гаусс в Тюрингии пытался измерить кривизну пространства. На трех горах методом триангуляции он измерял углы треугольников и получал 180°. И хотя, согласно общей теории относительности, кривизна пространства у поверхности Земли все-таки есть, потому что Земля – это тяготеющее тело, но кривизна эта очень мала, а точность измерения была такая, что не позволяла ее заметить. Поэтому из его результатов автоматически не следовало, что пространство плоское.

«Раздувающаяся Вселенная»

Но вот к 80-м годам XX века появилось слишком много указаний на то, что ранняя Вселенная ведет себя совсем не так, как Вселенная, которую мы сейчас видим. Стало ясно: чтобы разрешить парадоксы, которые возникали при анализе очень ранней Вселенной, нужно так изменять пространство Вселенной, чтобы оно вело себя не так, как оно вело себя даже в соответствии с обычными классическими уравнениями Эйнштейна. В это время была предложена гипотеза, которая получила название «инфляционная Вселенная». Основная ее идея состоит в том, что для того, чтобы согласовать все наблюдения в нашей Вселенной, в очень ранние времена на планковских масштабах, при возрасте 10^-40–10^-43 секунды, надо вводить некую субстанцию, которую физики называют «скалярным полем». На самом деле эта субстанция не похожа на обычную материю, она не состоит из атомов – в те времена и атомов, конечно, никаких не было, ни молекул, ни электронов, ни фотонов, то есть ничего похожего на обычную материю, которая наблюдается сейчас во Вселенной и из которой состоит видимый мир. А было скалярное поле, которое обладало совершенно удивительными свойствами. Математически и физически правильная аналогия скалярного поля состоит в том, что рассматривается горка и шарик, который начинает медленно скатываться по горке, – и это скалярное поле тоже начало «скатываться» по этой «горке». Это наглядная аналогия уравнениям инфляционной модели. Причем оно скатывалось не просто так. В обычной жизни если вы станете на лыжи, то поедете с горки с ускорением. Здесь же введена еще некоторая сила трения, так что это скалярное поле начинает скатываться очень медленно, оно «ползет» по этой самой стеночке и в это время эффективно создает в той маленькой Вселенной колоссальную антигравитацию. Если гравитация действует как притяжение, то антигравитация действует как отталкивание. В результате Вселенная от этого маленького размера за очень короткое время, буквально за 10^-30 сек., увеличила свой размер в е⁷⁰ раз (е=2.71828… – это основание натурального логарифма). Маленький (планковский) размер первоначальной Вселенной на этой стадии превратился в колоссально большую область пространства. Причем нельзя думать, что эта Вселенная была погружена, как шарик, в некое объемлющее его еще большее пространство, и этот шарик увеличивал свои размеры относительно каких-то координат, – это неверная аналогия. Правильнее рассматривать равномерное увеличение всего пространства (хорошо известная двумерная аналогия – увеличивающаяся поверхность надуваемого воздушного шара; если бы мы были некими двумерными существами, живущими на этой – хочется сказать «в этой» – поверхности и не знающими о существовании «объемлющего» поверхность пространства, вопрос о том, куда расширяется эта поверхность, для нас не имел бы никакого смысла!).

Быстрое (говорят, инфляционное) расширение происходило, пока шарик падал «в самую низкую точку», в минимум потенциала. Здесь начинаются затухающие колебания (так как есть эффективное «трение»). Когда поле начинает колебаться вблизи минимума, оно теряет свою энергию. По современным представлениям, эти потери тратились на рождение элементарных частиц (кварков, лептонов, фотонов и др.), из которых впоследствии и образовалось современное вещество. В тот момент, через 10^-30 сек. после начала расширения Вселенной, стало рождаться обычное вещество. Это были не металлы какие-нибудь или атомы, это были кварки, электроны и фотоны, то есть самые элементарные частицы, и температура их была колоссальна. Здесь ничто не могло больше образоваться. Потом в расширяющейся Вселенной весь этот «первичный бульон» стал остывать, из него сначала появились протоны, нейтроны. Потом протоны и нейтроны через одну секунду после «начала» расширения (которое в англоязычной литературе называют Большим Взрывом) стали образовывать легчайшие ядра элементов (это называется эпохой первичного нуклеосинтеза) – в основном водорода, гелия и их изотопов. А Вселенная в это время продолжала расширяться и остывать (но уже, так сказать, по инерции – первичная субстанция, порождавшая антигравитацию, распалась). Температура в ту эпоху была примерно миллиард градусов.

Мы начали с возраста Вселенной в 10^-43 сек. и дошли до одной секунды, за это время распалось первичное скалярное поле и Вселенная обрела колоссальный размер. Насколько велик этот размер, сказать трудно. Размер современной причинно-связанной области Вселенной (как говорят, горизонта событий), определенный по недавним блестящим экспериментами по наблюдениям реликтового 3-градусного фона, порядка 10²⁸ см, а что за ней – мы не знаем. Границы этой области расширяются со скоростью света. Но сама Вселенная значительно больше, чем эти 10²⁸ см, во сколько раз – никто не знает. Может, она во столько же раз больше, может, еще в 10¹⁰⁰ раз больше V – все зависит от того, как происходило первичное расширение. При этом получается замечательный факт: какой бы топологически сложной ни была Вселенная на ранней стадии, невероятно сложную можно придумать топологию, но из-за того, что она в краткий миг расширилась в е⁷⁰ раз, все неоднородности, которые у нее были, выровнялись до такой степени, что внутри причинно-связанной области осталась практически плоская поверхность. Это основное предсказание этой теории – то, что мы должны жить в пространстве плоском, евклидовом. Ни геометрии Лобачевского, ни геометрии на сфере во Вселенной быть не должно (точнее говоря, поправки отличия свойств пространства от евклидовой геометрии могут сказываться на масштабах, заметно превосходящих размер современного горизонта событий, – так, для муравья на идеальной сфере с радиусом Земли в 6 тысяч километров его среда обитания с радиусом в несколько десятков метров кажется совершенно плоской!). И понадобилось 19 лет для того, чтобы в 1999 году с помощью наблюдений реликтового излучения удалось измерить эти самые знаменитые «углы треугольника» во Вселенной, причем сделано это было очень остроумным способом.

Пусть имеется некий стандартный метр. Если я буду удалять его от наблюдателя, его угловой размер будет уменьшаться и в конце концов превратится в очень маленькую точку, но если я знаю расстояние до этого объекта и знаю его угловые размеры, то я могу сказать, чему равны углы между лучами, которые исходят от краев этого метра, который мы наблюдаем. Итак, нужен был «стандартный метр», унесенный на далекое расстояние. Естественно, что во Вселенной с отрицательной кривизной наблюдался бы один угловой размер, с положительной – другой угловой размер, в плоской – третий. Причем, зная расстояние до «метра», эти углы можно было вычислить. Вот такой стандартный метр нашелся, он оказался скрыт в реликтовом микроволновом излучении. Оно образовалось примерно через 300 тысяч лет после начала расширения, когда протоны и электроны образовали атомы водорода, и фотоны стали свободно распространяться; до этого момента фотоны фактически были «заперты» среди большого количества рассеивающих их заряженных частиц. А после рекомбинации фотоны стали свободно распространяться и доходят до нас в настоящий момент времени. Естественно, из-за расширения Вселенной длины волн фотонов увеличиваются из-за эффекта Допплера, их энергия уменьшается и мы регистрируем «холодные» фотоны реликтового фона с температурой около 2,7 градуса Кельвина. По флуктуациям, то есть по неоднородностям температуры этого реликтового фона, который является наибольшим носителем информации о ранней Вселенной в настоящее время, удалось измерить геометрию Вселенной. Она оказалась с высокой степенью точности плоской. Если у нее и есть кривизна, то она совершенно ничтожная, необыкновенно маленькая, т. е. ее радиус гигантский. Если даже мы стоим на Земле и не замечаем ее кривизны, а ее радиус всего 6400 км, то представьте, что мы живем на шаре с радиусом 10²⁸ см! Свет будет идти до границы этой области 13 миллиардов лет, это невероятно далеко. И поэтому сумма углов треугольника в таком пространстве с колоссальной точностью составляет 180°. Любое пространственное сечение четырехмерной Вселенной в фиксированный момент времени обладает геометрией Евклида.