Возвращение в мир Аристотеля, или сильный удар по всей современной физике

Спор о том, конечна или бесконечна Вселенная, насчитывает не одну сотню лет. "Вселенная конечна, - говорит Аристотель. – И заключена она в несколько небесных сфер". "Только осел может считать Вселенную конечной. Она бесконечна, потому что ее создал бесконечный Тврец, обладающий бесконечной потенцией", - примерно так отвечает ему один из самых страстных критиков, Джордано Бруно.

Этот, казалось бы, абстрактный спор имеет чрезвычайно глубокое мировоззренческое значение. Если Вселенная бесконечна, то все ее точки равноценны, вопрос о положении центра лишен смысла, а Земля автоматически становится ничем не примечательным миром среди бесчисленного множества аналогов и, стало быть, надо распрощаться с гео-, гелио-, а потом и с антропоцентризмом. Цивилизованное человечество двигалось в этом направлении как минимум полтысячи лет, прошедшие с начала Возрождения. Если Вселенная конечна, значит, все ее точки разноценны и где-то находится центр. А где центр, там, видимо, и райский сад. Достигнув его, человек фактически вернется из изгнания и вполне может снова претендовать на антропо- и прочие центризмы. При наличии космических технологий поиск такого центра становится занятием ничуть не менее увлекательным, чем поиски Святого Грааля.

Строго говоря, предположения об ограниченности Вселенной должны были возникнуть сразу же после появления гипотезы Большого взрыва. Ведь в полном соответствии с принципами Джордано Бруно именно бесконечная Вселенная не может двигаться, содержа в себе все, а раз наша разлетется, то тезис о ее бесконечности становится сомнительным. Конечность следует и из того, что потенцию Большого взрыва довольно трудно представить себе бесконечной. Работа с бесконечностью – удел математиков. А если в физическом уравнении появляется бесконечность, то это значит, что, скорее всего, с уравнением что-то не так. Достаточно вспомнить ультрафиолетовую катастрофу – получившееся у классических теоретиков бесконечно большое испускание лучей абсолютно черным телом, в процессе избавления от которой был совершен переход к квантовой механике. Как бы то ни было, на философское обоснование конечности Вселенной, которую породил Большой взрыв, никто особого внимания не обращал, и многие космологи предлагают считать, что наш мир бесконечен и взрыв случился сразу во всем бесконечном пространстве. При этом то, что мы принимаем за края Вселенной, вовсе не край: переместившись куда-нибудь на Сириус, мы увидели бы какие-то другие звезды, не видные с Земли, а некоторые знакомые нам звезды скрылись бы из нашего поля зрения. Что же касается края Вселенной, то даже если бы он был, мы его увидеть не в состоянии в принципе: из-за того, что скорость света ограничена, проникая взглядом в глубь Вселенной, мы получаем ее развитие во времени, а не в пространстве. Строго говоря, для нас Земля – самый долгоживущий объект Вселенной, а все остальные мы наблюдаем такими, какими они были в тот момент, когда испустили свет. ТО есть объекты, расположенные на видимой границе Вселенной, мы видим вскоре после того, как она образовалась. Те, кто не довольны таким объяснением, утверждают, что, если у Вселенной есть возраст, а исходя из него и скорости расширения, можно посчитать диаметр, то без границы никак не обойтись, но их голоса особого внимания не привлекают.

В 2003 году в ведущих обсерваториях мира начался анализ карты реликтового фона, которую построила для всей небесной сферы насовская обсерватория WMAP (от англоязычного названия "Уилкинсоновский зонд для изучения анизотропии микроволнового фона"). Всем ученым ныне известно, что реликтовый фон не постоянен, у него имеются так называемые флуктуации – в каких-то точках небесной сферы он теплее, в каких-то холоднее. Возникли эти флуктуации в самые ранние моменты существования Вселенной из-за неоднородности в распределении гравитационных полей и вещества. Результаты анализа флуктуаций, предпринятого в Парижской обсерватории под руководством Жана Пьера Люмине, как это часто бывает в настоящей науке, оказались удивительными. "Наблюдаемые флуктуации температуры можно разложить в ряд сферических гармоник точно так же, как звук музыкального инструмента – в обычные гармонки, набор звуковых волн. Относительные амплитуды этих сферических гармоник дают спектр. Он содержит в себе информацию о геометрии пространства и физических условиях в момент возникновения реликтового фона, - рассказывает Жан Пьер Люмине в пресс-релизе, распространенном агентством "АльфаГалилео" 11 февраля 2008 года. – Космическая топология предсказывает, что пространство, чей размер меньше сферы, с которой был излучен реликтовый фон, не может содержать гармоники, больше, чем само пространство. Иначе говоря, спектр гармоник в случае такого конечного пространства должен быть ограничен. Это ограничение мы обнаружили при анализе данных WMAP, полученных в 2003-2006 годах".

Другим сюрпризом оказалось загадочное поведение двух низших, второй и третьей, гармоник, которые дают на небесной сфере соответственно по два и три гребня и впадины (рис. 1): высоты этих гребней и глубины впадин оказались гораздо меньше, чем дает расчет спектра. Вероятность того, что такое снижение этих двух гармоник получилось случайно, невелика – 1:2400. В чем же причина? Обычно в этом месте рассказчики про новый взгляд на Вселенную прибегают к аналогии. Представим себе, что Вселенная конечна и заключена между двух зеркал. Тогда волна из двух гребней отразится в противоположных стенках и наблюдатель увидит много гребней, из которых большинство будут фантомами. То есть из низшей гармоники получится высшая. Если наблюдатель, будучи между зеркалами, не подозревает, что видит фантом, он воспримет все за чистую монету. А если подозревает, то попытается разделить фантомы и реальность. Расчеты, проведенные французскими астрономами, как раз и показали, что лучше всего спектр гармоник реликтового фона удается воспроизвести, если предположить, что Вселенная представляет собой многократно связанный топологический додекаэдр Пуанкаре (рис. 2, 3). Прилагательные в этом словосочетании означают, что додекаэдр не совсем граница Вселенной; в этой форме она замкнута сама на себя и поэтому хоть и конечна, но границы в трехмерном пространстве не имеет. Опять-таки воспользуемся аналогией. Если взять поверхность тора (бублика), то окажется, что живущие на ней двумерные существа будут считать, что их мир безграничен: двигаясь в любом направлении, можно попасть в любую точку такой двумерной Вселенной. А об истинной ее форме они догадаются лишь после того, как какой-нибудь путешественник, отправившись на край света, через некоторое время с удивлением обнаружит, что вернулся в начальную точку. Для нас же трехмерных существ, которые видят тор целиком, ничего удивительного в этом не будет. Аналогичным образом наблюдатель из пространства с большим числом измерений видит трехмерную Вселенную-додекаэдр.

Как бы то ни было, в такой Вселенной мы должны видеть много фантомов. В частности, они должны проявляться и в деталях карты реликтового фона. Если верна гипотеза додекаэдра, на карте должно быть шесть пар пятен, которые отражаются от центров граней. Такие пятна долго не могли найти, ведь это действительно сложно: Земля не стоит на месте, а движется и сама по себе, и вместе с Солнечной системой и Галактикой. В результате искомые пятна вытягиваются в эллипсы, а эффект Доплера искажает температуру реликтового фона. Все это нужно учесть. В конце 2007 года такую работу наконец сумели сделать ученые из французско-польского коллектива во главе с Будевином Рукемой из Торуньского центра астрономии Университета им. Николая Коперника (подробности в статье, размещенной по адресу http://arxiv.org/abs/0801.0006). Они нашли 12 пятен, расположенных в идеальном соответствии с геометрией додекаэдра (рис. 4). Так, помимо надежды на подтверждение гипотезы о конечности Вселенной, они получили еще и ориентацию нашего пространства относительно нашего же додекаэдра.

"В модели додекаэдра должны возникнуть еще и множественные изображения далеких галактик и квазаров, однако их трудно заметить из-за большого расстояния", - говорит Жан Пьер Люмине.

Пока что космологи весьма осторожно воспринимают информацию о Вселенной-додекаэдре. В самом деле, эта идея так необычна и наносит такой сильный удар по всей современной физике – удар еще более сильный, чем открытие темных материи и энергии, - что требует тщательнейшей проверки и независимых экспериментов, тем более что многие астрономы считают найденные эффекты артефактами. До сих пор оба спутника, мерившие анизотропию реликтового излучения, были американскими. Советская программа "Реликт" была прекращена, нынешняя Россия спутников для изучения реликтового фона не запускала. А вот европейцы создали свою обсерваторию "Планк" для анализа реликтового фона, и в конце октября 2008 года она приступит к наблюдениям. Возможно, результаты этих наблюдений внесут ясность. Кроме того, астрономы, воспользовавшись данными Рукемы и его коллег, могут заняться поисками фантомных звезд на небосклоне. Если это удастся, то в наших представлениях об окружающем мире случится подлинный переворот. Более того, окажется, что диалектическая спираль совершила полный оборот и мы, спустя четыреста лет, покинули бесконечный мир Бруно и вновь оказались в мире Аристотеля, ограниченном небесной сферой, только на другом уровне. А жизнь в нем сложнее, чем в мире Бруно, поскольку неизбежно возникает проклятый вопрос, которым реформаторы всегда донимали последователей Аристотеля: а что там, за этой сферой? Неужели там в самом деле нет ничего? Пока что космологи-додекаэдристы аккуратно отвечают, что "там" говорить неверно, поскольку в трехмерном пространстве Вселенная границ все-таки не имеет. Может быть, какие-то наблюдения за макро- или микромиром позволят пролить свет на этот темный вопрос

С.М.КОМАРОВ, кандидат физико-математических наук

Источник: "Химия и жизнь"

www.xoc2012.narod.ru