Наука в фантастике: эпизоды истории
Учёные XIX века всё ещё имели смутное представление о мироздании. Они обсуждали множество гипотез, которые сегодня кажутся нам причудливыми и очень далёкими от действительности. Неопределённость знания и несовершенство методов исследования породили спекулятивные обобщения, которые выглядели очень убедительными. В результате на стыке устаревшей мифологической космологии и гипотетических построений появилась идея о существовании миров вне пределов человеческого восприятия, за гранью чувственного опыта, которая оказалась очень плодотворной для жанра фантастики и культуры в целом.
Странники вне измерений
Вера в присутствие рядом с нами незримых иных вселенных имеет почтенную историю: любое старинное предание, в котором упоминаются рай, обитель богов или волшебная страна, так или иначе обращается к ней. Ирландский фольклорист Томас Кейтли в фундаментальном труде «Мифология фейри» (Fairy mythology, 1828), посвящённом легендам народов, населяющих Великобританию (фейри — это сказочные персонажи, живущие рядом с людьми), сообщал по этому поводу: «У всех народов сочетание радости и боли, изысканного наслаждения и сильного страдания привело воображение к представлению о местах чистого блаженства, предназначенных для отдыха праведников после тяжких трудов жизни, где царит счастье и обитают существа, превосходящие людей. Воображение индуса рисовало небеса как „преисполненные блаженства”, а все чувственные радости собраны в мусульманском раю. Перс расточал богатства своей фантазии, возводя города из драгоценных камней и янтаря, которые украшают царство джиннов; романисты строили замки и дворцы, населённые рыцарями и дамами, на острове Авалон и в стране фей; эллинские сказители, не привыкшие к пышности и блеску, наполняли Элизий и Остров блаженных теплом и яркими цветами...»
В качестве примера мифотворчества такого рода можно привести кельтские легенды, посвящённые обитателям холмов («сидов») — потомкам прекрасного народа Туата Де Дананн (племена богини Дану, или дети Дану), прибывшего в Ирландию на «магическом облаке». Стремясь захватить больше территорий, они сражались с местными племенами и потерпели поражение от гойделов, сыновей Миля, предков современных людей. Чтобы избежать полного истребления, племена богини Дану применили волшебство, набросив на свою страну покров невидимости. С тех пор существуют две Ирландии: обычная и невидимая, в которую человек не может попасть по своей воле. Мир сидов описывается в сагах как невыразимо прекрасное место, где нет печали и скорби, болезней и старости. Время там течёт намного медленнее, земля плодородна, на ней произрастают невиданные музыкальные цветы и деревья. Сами обитатели сидов отличаются высоким ростом и изяществом. Раз в году, под Хэллоуин (31 октября, праздник Самайн), они меняют место жительства, и в этот период граница между мирами становится зыбкой, возникает зона туманов, через которую волшебные существа проникают к нам, а иногда уводят за собой людей.
Конечно, к началу XIX века, когда Кейтли начал записывать народные сказки для своего исследования, образованные люди понимали, что истории о прекрасных местах вне нашего мира — продукт вымысла невежественных предков. Однако в то же самое время появилось немало научных гипотез о том, что Вселенная устроена гораздо сложнее, чем принято считать.
Многомерный мир
Аргентинский писатель Хорхе Луис Борхес, увлекавшийся метафизикой, полагал, что корни идеи многомерности пространства следует искать в трудах забытого теолога XVII века — кембриджского платоника Генри Мора, который был убеждён, что бессмертные души и сам Бог имеют «пространственную протяжённость», поэтому могут быть измерены. «Бог является протяжённым, а также и ангелы и всякое самосущее, поскольку протяжение заключено в тех же границах, что и абсолютная сущность вещей... Утверждать, что Бог по-своему протяжён, заставляет меня то, что он вездесущ и тесно заполняет всю мировую машину в её частях». Отличие души от тела, согласно Мору, в том, что душа неделима и способна проницать другое и быть проницаемой, тело же делимо и непроницаемо. Поэтому вопрос о связи души и тела разрешается просто: душа находится в том же месте, что и тело, проницает его, двигает и сообщает жизнь, но при этом пребывает в особом нетелесном пространственном измерении, которое Мор в сочинении «Бессмертие души» (The Immortality of the Soul, 1659) назвал «четвёртой формой» (fourth Mode). В более позднем трактате «Руководство по метафизике» (Enchiridion metaphysicum, 1671) теолог заявил ещё конкретнее: «Материальные вещи, рассматриваемые сами по себе, имеют только три измерения; тем не менее в природе должно наличествовать четвёртое, которое, я думаю, вполне уместно назвать Сущностной Плотностью и которое... относится к духам».
Конечно, воззрения Мора вызвали резкую критику со стороны других мыслителей и в его эпоху не стали основой для более смелых рассуждений. Концепция четвёртого измерения пространства, которое недоступно органам чувств, обрела наполнение только благодаря выдающимся достижениям... математиков.
До XIX века вся геометрия опиралась на принципы и постулаты, изложенные в сочинениях древнегреческого мыслителя Евклида. В 1824 году немецкий математик и астроном Карл Гаусс пришёл к выводу, что возможна и «неевклидова» геометрия, но не решился рассказать о своём умозаключении коллегам. Поэтому авторство её открытия принадлежит нашему соотечественнику — Николаю Ивановичу Лобачевскому, который в 1826 году разработал «воображаемую» геометрию. Пятый постулат Евклида в известной нам со школы формулировке гласит: «В плоскости через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести одну и только одну прямую, параллельную данной». Лобачевский предложил свой вариант: «На плоскости через точку, не лежащую на данной прямой, проходит более чем одна прямая, не пересекающая данную». Получалось, что в неевклидовой геометрии через точку может быть проведено бесконечное количество прямых, параллельных любой произвольной, а сумма углов треугольника в таком случае становится меньше 180°.
Несмотря на неприятие теории Лобачевского современниками, оказалось, что её вполне можно воплотить в реальных объектах: в 1868 году итальянский математик Эудженио Бельтрами построил модель «псевдосферы», на которой аксиома российского учёного строго соблюдается.
Веским доводом стало напоминание Бернхарда Римана, что при переходе от геометрических абстракций к реальным объектам постулаты Евклида нарушаются. Например, на сфере все линии пересекаются в её «полюсах», а сумма углов треугольника становится больше 180°. Взгляд Римана на геометрию предполагал возможность существования поверхностей или пространств, кривизна которых меняется. На такой неправильной поверхности фигуру невозможно перемещать без изменения её собственной формы и свойств. Хотя Евклид формально не постулировал недеформируемость фигур в движении, это предположение существенно для его системы. Если его отменить, получается геометрия, в которой фигуры будут изменяться в зависимости от свойств места, где они находятся.
Такого рода теории заложили основы для так называемой n-мерной геометрии, которая свободно оперировала пространствами, где фигурируют больше трёх привычных нам измерений (длины, ширины и высоты). Правда, вопрос, как визуализировать простые фигуры в «высших» измерениях, возникавший у математиков при обсуждениях, оставался открытым. Например, как будет выглядеть четырёхмерный куб? Известно, что куб можно представить в качестве бесконечного множества квадратов (срезов), расположенных параллельно друг другу. Следовательно, «срезами» четырёхмерного куба будут трёхмерные кубы? Проблему пытался решить американец Ирвинг Стрингхем, который в 1880 году защитил диссертацию «Правильные фигуры в n-мерном пространстве» (Regular Figures in n-dimensional Space). Его представление четырёхмерного куба стало классическим и в дальнейшем неоднократно использовалось сторонниками идеи существования «высших» измерений.
Популяризацией новых концепций, порождаемых n-мерной геометрией, с энтузиазмом занимался немецкий физик Герман фон Гельмгольц. В 1870 году он выступил с обширной лекцией «О происхождении и значении геометрических аксиом» (Über den Ursprung und die Bedeutung der geometrischen Axiome). Для иллюстрирования своих соображений по заявленной теме он использовал образ воображаемого мира двумерных разумных существ, живущих на поверхности сферы. Создавая систему геометрических постулатов, они не смогли бы ввести в неё параллельность, поскольку в их вселенной все линии раньше или позже пересекаются. Треугольники тоже имели бы сумму углов больше 180°, как у Римана. «И нет необходимости в дополнительных примерах, — говорил Гельмгольц, — чтобы показать, что геометрические аксиомы должны варьироваться в зависимости от типа пространства, населённого существами, чьи способности рассуждать сходны с нашими». При этом физик полагал, что человек априори не в состоянии вообразить мир «высших» измерений: «...они столь же мало скажут, какая дальнейшая пространственная конструкция будет порождена поверхностью, выходящей из самой себя, насколько мы могли бы представить, что породит твёрдое тело, выходящее из известного нам пространства... Поскольку сегодня не известно ни одного чувственного впечатления, относящегося к такому неслыханному событию, каким было бы для нас перемещение в четвёртое измерение... такое „представление” так же невозможно, как „представление” цветов для слепого с рождения».