все сливается воедино — вещество, энергия и само пространство. Это состояние высшей однородности и высшей симметрии еще не может быть рассмотрено на основе существующих теорий. Гипотеза состоит в том, что это состояние является неустойчивым. Тогда малейшее случайное отклонение от высшей симметрии становится причиной начала нового расширения. Началом Большого взрыва. Многие ученые интуитивно склоняются к подобному взгляду на будущее Вселенной и считают, что она развивается периодически. Мы живем в один из таких циклов и наблюдаем его в эпоху, отстоящую примерно на 10–20 миллиардов лет от рождения мира. Но гипотеза — это еще не теория. Ее трудно примирить со вторым началом термодинамики, которое заставляет предполагать, что при циклическом повторении расширения и сжатия интенсивность Больших взрывов будет раз за разом уменьшаться, и пока не ясно, что может предотвратить такое развитие событий. Однако временные масштабы циклов столь велики, что этот вопрос имеет лишь принципиальное значение.
Конечно, человеческий ум стремится решить и такие, далекие от современной жизни, проблемы. Впрочем, возможно, что этот вопрос отпадет сам собой, если изменения приведут к столь малой средней плотности, что расширение Вселенной не сможет затормозиться и будет продолжаться вечно. Но тогда вновь возникнет вопрос о начале и о том, что было «до начала». Современная наука считает такую постановку вопроса ненаучной, ибо, как показала теория относительности, течение времени замедляется вблизи больших масс. Если вся материя соберется в одну точку, то течение времени практически прекратится. Современная наука еще не умеет справиться с бесконечностью, скрывающейся в первых мгновениях развития Вселенной. Но уже теперь существуют теории, показывающие, почему начальный момент оказывается столь же недостижимым, как абсолютный нуль температурной шкалы Кельвина.
Трудно представить себе более увлекательное путешествие в глубь времени и пространства, чем то, которое мы совершили. Поражает сам факт возможности достоверного знания о событиях, отстоящих от нас на 20 миллиардов лет… Вайнберг, ученый, для которого занятия наукой должны были бы выглядеть как будничное дело, не может скрыть волнения, говоря о проделанной работе. «Откровенно говоря, — признается он, — мы не абсолютно уверены во всем этом, но волнует, что сейчас мы способны говорить о подобных вещах хоть с какой-то долей уверенности. Я не в силах избавиться от ощущения нереальности, когда пишу о первых трех минутах так, как будто мы действительно знаем, о чем говорим».
Вывести — чисто умозрительно — ход событий, которые по масштабам превосходят все, что соизмеримо с человеческой жизнью, обобщить всю информацию, наблюдения, размышления, скопленные человечеством более чем за двадцать веков, — помог человеческий Разум, который так же совершенствуется, развивается, эволюционирует, как и вся Природа в целом.
Приступая к повествованию, автор поставил перед собой цель показать читателю основные свойства того мира, в котором мы живем. Слово «показать» здесь означает — сделать очевидным, проиллюстрировать простыми, наглядными примерами. Среди основных свойств мира, которые имелись в виду, прежде всего стоит реальность, материальность, единство мира и непреложный факт его познаваемости. Поэтому в качестве проводника избрана физика.
Автор хотел провести читателя по крутой спирали, соединяющей примитивные познания древних с наиболее современными знаниями наших дней, не скрывая того, что временами подъем витков спирали уменьшался, отражая застой в развитии науки.
Единство мира приводит к тому, что одни и те же факты играют роль при построении различных теорий, порой весьма далеких одна от другой. Это единство зачастую находит отражение в единстве математических уравнений и формул, описывающих весьма различные процессы, например, распространение радиоволн и нервных импульсов, работу генератора радиоволн и человеческого сердца. Наконец, это единство выражается в форме чрезвычайно общих принципов и теорий, а кульминационным пунктом здесь является высшая цель — построение единой теории, объединяющей все. Конечно, для объяснения конкретных свойств мира и конкретных процессов из этой всеобщей теории, по необходимости, выделяются упрощенные или приближенные частные случаи.
Два обстоятельства (во-первых, то, что эта книга ни в коем случае не может играть роль учебника, а поэтому не требует от читателя запоминания всего прочитанного, и, во-вторых, сам факт единства мира) привели к тому, что в тексте иногда встречаются напоминания об изложенном в предыдущих главах. Напоминания, дополняющие уже известное новыми деталями или подчеркивающие нужное для дальнейшего.
Автор считает крайне важным помочь читателю прочувствовать не только единство природы, но и единство науки. Ибо наука есть отражение природы в голове человека, а если природа едина, то должна быть единой и наука. Конечно, наука распадается на различные конкретные дисциплины: единую природу можно и нужно рассматривать со многих сторон, с различных точек зрения. Но все эти конкретные науки неразрывно связаны единством объекта исследования, единством природы.
В этой книге речь шла о мысленных экспериментах, математических моделях и физических теориях. Мы познакомились с взаимоотношениями, сложившимися в простои и короткой цепочке: опыт — теория — опыт.
Здесь не написано ни одной математической формулы. Но это лишь видимость. По существу, речь шла именно о математических формулах, так как и математические модели, и физические теории могут быть описаны полностью только при помощи математических уравнений. Только их решение дает возможность испытывать сложные машины, например самолеты, до того, как они изготовлены, позволяет доказать непротиворечивость теории и извлекать из теории предсказания, подлежащие проверке новыми опытами.
Во многих случаях физические теории приводят к очень простым математическим моделям, выражаемым чрезвычайно короткими и простыми на вид математическими формулами. Такая ситуация возникает, например, при изучении течения жидкостей или циркуляции атмосферы.
Не зная способов точного решения, математика прибегает к приближенным решениям при помощи ЭВМ. Но это от слабости. Машинное решение хорошо для проверки гипотезы, для анализа частных случаев, для расчета конструкций, идеи которых возникли на основе интуиции. На большее не способны даже самые совершенные современные ЭВМ. Они не обладают интуицией, присущей людям. Поэтому математики разрабатывают и другие методы качественного анализа уравнений. Эти методы позволяют выявить физическое содержание явления, заложенного в уравнение, и делать предсказания без решения уравнений. Это увлекательный путь. Он пролегает по целине, где намечены лишь отдельные, идущие еще не очень далеко и почти не соприкасающиеся тропы. Многие видят в этом направлении математику будущего, а с ней новый расцвет и быстрый прогресс наук о природе и новую техническую революцию.
Одна из наиболее разведанных троп имеет в основе изучение свойств кривых линий или поверхностей, непосредственно связанных с самими уравнениями. Причем анализ свойств кривых и поверхностей позволяет судить о свойствах решений, несмотря на то, что они не получены.
Не следует думать, что здесь скрыта какая-то невообразимая мистика.
