К вопросу о средневековой мультивселенной

Статьи с расчётами того, как взаимодействие излучения и материи в первобытной Вселенной влияло на крупномасштабные космические образования, появляются сравнительно часто. Та работа, о которой мы расскажем вам сегодня, мало чем отличается от других на эту тему. Тем не менее она выделяется на общем фоне, и причиной здесь то, что источником вдохновения для авторов послужила рукопись XIII века, составленная английским учёным Робертом Гроссетестом.

Физико-математический трактат «О свете» (De Luce) был написан в 1225 году. За четыре столетия до теории всемирного тяготения Исаака Ньютона и за семь веков до теории Большого взрыва Гроссетест рассказывал о рождении Вселенной в результате взрыва и формировании звёзд и планет в процессе кристаллизации материи.

По-видимому, «О свете» — первая попытка описать небеса и Землю, исходя из единого набора физических законов. Кроме того, картина упорядоченных сфер, окружающих Землю посреди безбрежного хаоса, неявно напоминает нынешнюю концепцию мультивселенной. Вот вам и тёмные века...

К концу XII столетия Европа благодаря арабскому миру заново познакомилась с наукой Аристотеля, основанной не на схоластическом умозрении, а на наблюдениях. Гроссетест, Ибн Рушд, Герард Кремонский возродили интерес к вопросам, задававшимся в античности. Что такое цвет? Что такое свет? Откуда берётся радуга? Как возник космос? Самое главное — появилась уверенность в том, что на них можно ответить.

Гроссетест (ок. 1175–1253) не мог похвастаться благородным происхождением, но со временем превратился в известного богослова и епископа Линкольна. Он одним из первых в Северной Европе прочитал недавно переведённые научные труды Аристотеля и взялся за решение вопроса о том, что мы можем знать о природе (онтологию) и на каких основаниях (эпистемологию). Живший позднее философ XIII века Роджер Бэкон назвал его величайшим математиком своего времени. Работа Гроссетеста по оптической физике повлияла на математиков и естествоиспытателей нескольких поколений: в Оксфорде её высоко ценили даже в четырнадцатом столетии, а в Праге — в пятнадцатом.

В 2008 году физик Том Маклейш из Даремского университета (Великобритания) собрал интернациональную группу энтузиастов для тщательного изучения научного наследия Гроссетеста, причём не только с исторической точки зрения, но и ради понимания того, чему средневековый мыслитель мог бы научить современного специалиста. Мысль весьма непривычная, ведь считается, что мы сейчас знаем и умеем намного больше, чем Аристотель или Ньютон. И тем не менее... Что же могло заинтересовать сегодняшнего физика в работах Гроссетеста?

Трактат «О свете» начинается с обсуждения проблемы классического атомизма: если атомы сродни точкам, то почему предметы имеют объём? (Свет, в свою очередь, называется не веществом, а средой, наполняющей пространство.) Нынешних учёных поразил сам факт того, что, по Гроссетесту, существование объёма (массы) и его стабильность нуждаются в обосновании, словно он писал несколько десятилетий, а не веков назад. Ещё интереснее математический аппарат средневекового светоча.

Конечный объём, поясняет философ, возникает в результате «бесконечного умножения света», воздействующего на бесконечно малую материю. В качестве доказательства он отмечает, что отношение двух бесконечных сумм конечно: (1 + 2 + 4 + 8 + ...) / (0,5 + 1 + 2 + 4 + ...) = 2. Сейчас мы сказали бы так: одновременное увеличение делимого и делителя (числителя и знаменателя) на определённый коэффициент оставляет частное без изменений.

Третье любопытное рассуждение Гроссетеста касается того, что одна и та же физика света и вещества применима для объяснения как твёрдости привычных нам объектов, так и всего космоса. Вселенная была рождена взрывом своеобразного первобытного света (lux), она расширилась в огромную сферу, а материя истончилась. В наше время это называется Большим взрывом и инфляцией.

Далее Гроссетест делает смелое допущение: материя обладает минимальной плотностью, при которой она приобретает своего рода кристаллическую («совершенную») форму. Сегодня мы назвали бы это фазовым переходом. Оформление (perfection) происходит на краю космоса, где материя самая тонкая. Кристаллическая материя излучает иной тип света (lumen) — совершенный, который, распространяясь от края вселенской сферы к центру, толкает перед собой материю и тем самым заставляет её собираться в центре мироздания. Современные физики увидели в этом сходство с распространением вещества после взрыва сверхновой, а ещё с реликтовым излучением.

Словно соната, вернувшаяся к основной теме, трактат Гроссетеста вновь обращается к конечному отношению бесконечных сумм — на этот раз в виде «условия квантования», то есть правила, разрешающего только дискретные решения относительно, к примеру, энергетических уровней в атомах. Для средневекового учёного это означало, что космос (конечно, геоцентричный) разделён на конечное число сфер, каковых Гроссетест насчитывал ровно девять: небесная твердь, область неподвижных звёзд, Сатурн, Юпитер, Марс, Солнце, Венера, Меркурий, Луна. Плотность вещества в каждой из сфер увеличивалась: во второй она была выше, чем в первой, вдвое, в третьей — втрое, и т. д.

Соответственно, Земля, находящаяся в самом центре Вселенной, окружена наиболее плотным и несовершенным веществом, и lumen здесь у нас очень слаб. Более несовершенного состояния материи быть просто не может. Вспоминаются, конечно, теории Платона и Аристотеля о совершенных небесах и несовершенной Земле.

Напоминаем ещё раз: Ньютон провозгласит, что одна и та же сила тяготения действует на Земле и движет светила, только в 1687 году. Задолго до него Роберт Гроссетест, о котором вы, скорее всего, узнали из этой заметки, постулировал единство физических законов для всего мироздания.

Что же это за законы? У Гроссетеста они не сформулированы чётко, но современные физики насчитали целых шесть, касающихся взаимодействия света и вещества, критерия перехода материи в «совершенное» состояние, переизлучения и поглощения «люмена» и др. Учёные записали эти «законы» математическим образом и добавили кое-какие современные концепции (например, непрозрачность), о которых в тексте не говорится напрямую, но которые явно подразумеваются. Получившиеся уравнения положили в основу модели трёхмерной сферической симметрии.

В поисках решений этих уравнений (то есть, проще говоря, из чистого любопытства) космолог Ричард Бауэр из того же Даремского университета провёл некоторое время за компьютером, варьируя четыре переменные: градиент распределения материи в результате «Большого взрыва», силу взаимодействия света и вещества, показатели непрозрачности «несовершенной» материи и прозрачности «совершенных» сфер.

И действительно, в узком диапазоне параметров модель производила серию вложенных друг в друга сфер, причём в пределах орбиты Луны возникали четыре дополнительные сферы, вполне соответствовавшие средневековой картине мира, в которой выделялись сферы огня, воздуха, воды и земли. Но в большинстве случаев значения переменных не давали никаких сфер — или, наоборот, сотни концентрических сфер, соотношение диаметра и плотности которых не имело чёткого коэффициента. Иногда возникало бесконечное количество сфер с беспредельной плотностью.

Короче говоря, Гроссетест создал модель мультивселенной. На вопрос о том, мог ли Бог сотворить какой угодно мир, он, по сути, отвечал положительно. Но чтобы увидеть этот ответ, понадобились математика и компьютерная техника XXI века.

Вопрос о том, возможно ли существование другой вселенной, горячо обсуждался в средние века. В 1277 году он даже упоминался в папском эдикте, запрещавшим рассмотрение определённых научных проблем. Гроссетест, конечно, ничего не говорит в своём трактате по этому поводу, однако, как выяснили современные учёные, его космогония, по сути, предполагает существование самых разных вселенных.

И ещё одно интересное замечание делают сегодняшние физики по результатам размышлений над трудами средневекового мыслителя. Геоцентричная модель прекрасно согласовывалась с эмпирическими данными, которые имелись в XIII веке, то есть это была самая настоящая наука. Только появление в начале XVII века телескопов и новые наблюдения привели к пересмотру привычных представлений. Кто знает, насколько ошибочна нынешняя модель мироздания, для оправдания которой нам приходится пользоваться такими непостижимыми понятиями, как «тёмная материя» и «тёмная энергия»...

Результаты исследования опубликованы на сайте arXiv.org и приняты к публикации журналом Proceedings of the Royal Society A. С другими работами, посвящёнными наследию Гроссетеста, можно ознакомиться здесь и тут.

Подготовлено по материалам Nature News.