Пусть, рис. 34, ABCD будет квадратом на его плоскости, и представим два измерения его пространства осями Ax, Ay.
Теперь движение, посредством которого квадрат переворачивается вокруг линии AC, включает третье измерение.
Он не может представить движение всего квадрата при его повороте, но он может представить движения его частей. Пусть третья ось, перпендикулярная плоскости бумаги, называется осью z. Из трех осей x, y, z плоское существо может представить любые две в своем пространстве. Пусть он тогда нарисует, на рис. 35, две оси, x и z. Здесь он имеет на своей плоскости представление того, что существует в плоскости, которая уходит перпендикулярно его пространству.
В этом представлении квадрат не был бы показан, ибо в плоскости xz содержится просто линия AB квадрата.
Тогда плоское существо имело бы перед собой, на рис. 35, представление одной линии AB своего квадрата и двух осей, x и z, под прямым углом. Теперь для него было бы очевидно, что посредством поворота, такого как он знает, посредством вращения вокруг точки, линия AB может повернуться вокруг A и, занимая все промежуточные положения, такие как AB1, после полуоборота лечь как Ax, продолженная через A.
Опять же, точно так же, как он может представить вертикальную плоскость через AB, он может представить вертикальную плоскость через A'B', рис. 34, и подобным образом может видеть, что линия A'B' может повернуться вокруг точки A' до тех пор, пока она не ляжет в противоположном направлении от того, в котором она шла сначала.
Теперь эти два поворота не являются противоречивыми. На его плоскости, если бы AB повернулась вокруг A, а A'B' вокруг A', целостность квадрата была бы разрушена, это было бы невозможное движение для твердого тела. Но при повороте, который он изучает часть за частью, нет ничего противоречивого. Каждая линия в квадрате может повернуться таким образом, следовательно, он осознал бы поворот всего квадрата как сумму ряда поворотов изолированных частей. Такие повороты, если бы они происходили на его плоскости, были бы противоречивыми, но в силу третьего измерения они согласованы, и результат их всех состоит в том, что квадрат поворачивается вокруг линии AC и ложится в положение, в котором он является зеркальным отражением того, чем он был в своем первом положении. Таким образом, он может осознать поворот вокруг линии, отказавшись от одной из своих осей и представляя свое тело часть за частью.
Давайте применим этот метод к повороту куба так, чтобы он стал зеркальным отражением самого себя. В нашем пространстве мы можем построить три независимые оси, x, y, z, показанные на рис. 36. Предположим, что существует четвертая ось, w, под прямым углом к каждой из них. Мы не можем, сохраняя все три оси, x, y, z, представить w в нашем пространстве; но если мы откажемся от одной из наших трех осей, мы можем позволить четвертой оси занять ее место, и мы можем представить то, что лежит в пространстве, определяемом двумя осями, которые мы сохраняем, и четвертой осью.
Fig. 37.
Предположим, что мы позволим оси y исчезнуть и что мы представим ось w как занимающую ее направление. У нас есть на рис. 37 чертеж того, что мы увидели бы тогда от куба. Квадрат ABCD остается неизменным, ибо он находится в плоскости xz, и у нас все еще есть эта плоскость. Но от этой плоскости куб простирается в направлении оси y. Теперь ось y исчезла, и поэтому у нас нет от куба ничего, кроме грани ABCD. Рассматривая теперь эту грань ABCD, мы видим, что она свободна вращаться вокруг линии AB. Она может вращаться в направлении от x к w вокруг этой линии. На рис. 38 она показана на своем пути, и она может, очевидно, продолжать это вращение до тех пор, пока не ляжет на другую сторону оси z в плоскости xz.
Fig. 38.
Мы можем также взять сечение, параллельное грани ABCD, и затем, отбросив все наше пространство, кроме плоскости этого сечения, ввести ось w, идущую в старом направлении y. Это сечение может быть представлено тем же чертежом, рис. 38, и мы видим, что оно может вращаться вокруг линии слева от него, пока не повернется наполовину и не пойдет в направлении, противоположном тому, в котором оно шло раньше. Эти повороты различных сечений не являются противоречивыми, и, взятые все вместе, они приведут куб из положения, показанного на рис. 36, к тому, что показано на рис. 41.
Поскольку в нашем распоряжении три оси в нашем пространстве, мы не обязаны представлять ось w какой-либо конкретной. Мы можем позволить любой оси, какой захотим, исчезнуть и позволить четвертой оси занять ее место.
Fig. 39.
Fig. 40.
Fig. 41.
На рис. 36 предположим, что ось z исчезла. У нас тогда просто плоскость xy, и квадратное основание куба ACEG, рис. 39, — это все, что можно было бы увидеть от него. Пусть теперь ось w займет место оси z, и у нас есть, снова на рис. 39, представление пространства xyw, в котором все, что существует от куба, — это его квадратное основание. Теперь, посредством поворота от x к w, это основание может вращаться вокруг линии AE, оно показано на своем пути на рис. 40, и, наконец, после полуоборота оно ляжет на другую сторону оси y. Подобным образом мы можем вращать сечения, параллельные основанию, при вращении xw, и каждое из них начинает идти в направлении, противоположном тому, которое они занимали сначала.
Таким образом, снова куб приходит из положения рис. 36 к положению рис. 41. В этом повороте от x к w мы видим, что он происходит посредством вращений сечений, параллельных передней грани, вокруг линий, параллельных AB, или же мы можем рассматривать его как состоящий из вращения сечений, параллельных основанию, вокруг линий, параллельных AE. Это вращение всего куба вокруг плоскости ABEF. Два отдельных сечения не могли бы вращаться вокруг двух отдельных линий в нашем пространстве, не конфликтуя, но их движение согласовано, когда мы рассматриваем другое измерение. Точно так же, как плоское существо может думать о вращении вокруг линии как о вращении вокруг ряда точек, причем эти вращения не мешают друг другу, как они мешали бы, если бы происходили в его двухмерном пространстве, так и мы можем думать о вращении вокруг плоскости как о вращении ряда сечений тела вокруг ряда линий в плоскости, причем эти вращения не являются противоречивыми в четырехмерном пространстве, как они противоречивы в трехмерном пространстве.
Мы не ограничены каким-либо конкретным направлением для линий в плоскости, вокруг которых мы предполагаем вращение конкретных сечений. Давайте нарисуем сечение куба, рис. 36, через A, F, C, H, образующее наклонную плоскость. Теперь, поскольку четвертое измерение находится под прямым углом к каждой линии в нашем пространстве, оно находится под прямым углом и к этому сечению. Мы можем представить наше пространство, нарисовав ось под прямым углом к плоскости ACEG, наше пространство тогда определяется плоскостью ACEG и перпендикулярной осью. Если мы позволим этой оси исчезнуть и предположим, что четвертая ось, w, займет ее место, мы получим представление пространства, которое уходит в четвертое измерение от плоскости ACEG. В этом пространстве мы увидим просто сечение ACEG куба и ничего больше, ибо один куб не простирается на какое-либо расстояние в четвертом измерении.
Fig. 42.
Если, сохраняя эту плоскость, мы введем четвертое измерение, у нас будет пространство, в котором существует просто это сечение куба и ничего больше. Сечение может поворачиваться вокруг линии AF, а параллельные сечения могут поворачиваться вокруг параллельных линий. Таким образом, при рассмотрении вращения вокруг плоскости мы можем нарисовать любые линии, какие захотим, и рассматривать вращение как происходящее в сечениях вокруг них.
Чтобы прояснить этот момент, давайте возьмем две параллельные линии, A и B, в пространстве xyz, и пусть CD и EF будут двумя стержнями, идущими выше и ниже плоскости xy от этих линий. Если мы повернем эти стержни в нашем пространстве вокруг линий A и B, то по мере того, как верхний конец одного, F, будет опускаться, нижний конец другого, C, будет подниматься. Они встретятся и столкнутся. Но вполне возможно, чтобы эти два стержня каждый из них поворачивался вокруг двух линий, не изменяя своих относительных расстояний.
Чтобы увидеть это, предположим, что ось y исчезла, и позволим оси w занять ее место. Мы больше не увидим линии A и B, ибо они идут в направлении y от точек G и H.
Fig. 43.
Рис. 43 — это изображение двух стержней, видимых в пространстве xzw. Если они вращаются в направлении, показанном стрелками — в направлении от z к w — они движутся параллельно друг другу, сохраняя свои относительные расстояния. Каждый будет вращаться вокруг своей собственной линии, но их вращение не будет противоречить тому, что они являются частью жесткого тела.
Теперь нам остается только предположить центральную плоскость со стержнями, пересекающими ее в каждой точке, подобно тому как CD и EF пересекают плоскость xy, чтобы получить образ массы материи, простирающейся на равные расстояния по обе стороны от диаметральной плоскости. Как два из этих стержней могут вращаться вокруг, так могут и все, и вся масса материи может вращаться вокруг своей диаметральной плоскости.
Это вращение вокруг плоскости соответствует в четырех измерениях вращению вокруг оси в трех измерениях. Вращение тела вокруг плоскости является аналогом вращения стержня вокруг оси.
В плоскости мы имеем вращение вокруг точки, в трехмерном пространстве — вращение вокруг осевой линии, в четырехмерном пространстве — вращение вокруг осевой плоскости.
Вал четырехмерного существа, посредством которого он передает энергию, — это диск, вращающийся вокруг своей центральной плоскости — весь контур соответствует концам оси вращения в нашем пространстве. Он может передать вращение в любой точке и снять его в любой другой точке на контуре, точно так же, как вращение вокруг линии может в трехмерном пространстве быть передано на одном конце стержня и снято на другом конце.
Четырехмерное колесо можно легко описать по аналогии с представлением, которое плоское существо сформировало бы для себя об одном из наших колес.
Предположим, что колесо движется поперек плоскости, так что весь диск, который я буду считать твердым и без спиц, одновременно вошел в контакт с плоскостью. Он предстал бы как круглая часть плоской материи, полностью заключающая в себе другую и меньшую часть — ось.
Это явление продолжалось бы, если предположить, что движение колеса продолжается до тех пор, пока оно не пересечет плоскость на величину своей толщины, когда в плоскости останется только маленький диск, который является сечением оси. Сначала в плоскости не было бы очевидных средств, с помощью которых можно было бы добраться до оси, кроме как пройдя сквозь субстанцию колеса. Но возможность добраться до нее, не разрушая субстанцию колеса, была бы показана продолжающимся существованием сечения оси после того, как сечение колеса исчезло.
Подобным образом четырехмерное колесо, движущееся поперек нашего пространства, предстало бы сначала как твердая сфера, полностью окружающая меньшую твердую сферу. Внешняя сфера представляла бы колесо и существовала бы до тех пор, пока колесо не пересечет наше пространство на расстояние, равное его толщине. Затем осталась бы только маленькая сфера, представляющая сечение оси. Большая сфера могла бы двигаться вокруг маленькой совершенно свободно. Любая линия в пространстве могла бы быть взята как ось, и вокруг этой линии внешняя сфера могла бы вращаться, в то время как внутренняя сфера оставалась бы неподвижной. Но во всех этих направлениях вращения в действительности была бы одна линия, которая оставалась бы неизменной, то есть линия, которая простирается в четвертом направлении, образуя ось оси. Четырехмерное колесо может вращаться в любом количестве плоскостей, но все эти плоскости таковы, что существует линия под прямым углом ко всем им, не затронутая вращением в них.
Иногда возникает возражение против этого способа рассуждения от плоского мира к высшей размерности. Как искусственна, утверждается, эта концепция плоского мира. Если бы можно было показать существование какого-либо реального бытия, ограниченного поверхностью, был бы аргумент для того, относительно которого наше трехмерное существование является поверхностным. Но как с одной, так и с другой стороны пространства, с которым мы знакомы, пространства с меньшим или большим количеством измерений являются лишь произвольными концепциями.
В ответ на это я бы заметил, что плоское существо, имеющее на одно измерение меньше, чем наши три, имело бы одну треть наших возможностей движения, в то время как у нас только на одну четверть меньше, чем у высшего пространства. Вполне может быть, что может существовать определенная степень свободы движения, которая требуется как условие организованного существования, и что никакое материальное существование невозможно с более ограниченной размерностью, чем наша. Это хорошо видно, если мы попытаемся построить механику двухмерного мира. Никакая трубка не могла бы существовать, ибо, если они не соединены полностью на одном конце, две параллельные линии были бы полностью разделены. Возможность органической структуры, подчиняющейся таким условиям, весьма проблематична; тем не менее, возможно, в извилинах мозга может существовать способ существования, который можно описать как двухмерный.
Нам остается только предположить, что увеличение поверхности и уменьшение массы доведены до определенной степени, чтобы найти область, которая, хотя и без подвижности составляющих, должна была бы быть описана как двухмерная.
Но, как бы искусственна ни была концепция плоского существа, она тем не менее должна использоваться при переходе к концепции большей размерности, чем наша, и поэтому обоснованность первой части этого возражения полностью исчезает, как только мы находим доказательства такого состояния бытия.
Вторая часть возражения имеет больший вес. Как возможно представить, что в четырехмерном пространстве какие-либо существа должны быть ограничены трехмерным существованием?
В ответ я бы сказал, что мы знаем как факт, что жизнь — это по существу явление поверхности. Амплитуда движений, которые мы можем совершать, гораздо больше вдоль поверхности земли, чем вверх или вниз.
Теперь нам остается только представить протяженность твердой поверхности увеличенной, в то время как движения, возможные поперек нее, уменьшены в той же пропорции, чтобы получить образ трехмерного мира в четырехмерном пространстве.
И поскольку наше место обитания — это встреча воздуха и земли на мире, так мы должны думать о месте встречи двух как о предоставлении условия для нашей вселенной. Встреча каких двух? Что может быть той обширностью в высшем пространстве, которая простирается на таком идеальном уровне, что наши астрономические наблюдения не могут обнаружить малейшей кривизны?
Совершенство уровня предполагает жидкость — озеро посреди какого обширного пейзажа! — на котором материя вселенной плавает, подобно пылинке.
Но этот аспект проблемы подобен тому, что в математике называется граничными условиями.
Мы можем проследить все последствия четырехмерных движений до мельчайших деталей. Затем, зная способ действия, который был бы характерен для мельчайших частиц, если бы они были свободны, мы можем сделать выводы из того, что они делают на самом деле, о том, каково ограничение на них. Из двух вещей, материальных условий и движения, одна известна, а другая может быть выведена. Если место этой вселенной — встреча двух, то была бы односторонность пространства. Если она лежит так, что то, что простирается в одном направлении в неизвестном, не похоже на то, что простирается в другом, тогда, насколько это касается движений, которые участвуют в этом измерении, была бы разница в том, в какую сторону происходило движение. Это проявилось бы в несходстве явлений, которые, насколько это касается всех движений трехмерного пространства, были совершенно симметричными. Чтобы привести пример, просто ради уточнения наших идей, а не из-за какой-либо присущей ему вероятности; если бы можно было показать, что электрический ток в положительном направлении был точно таким же, как электрический ток в отрицательном направлении, за исключением обращения компонентов движения в трехмерном пространстве, тогда несходство разряда от положительного и отрицательного полюсов было бы указанием на односторонность нашего пространства. Единственной причиной разницы в двух разрядах был бы компонент в четвертом измерении, который, будучи направленным в одном направлении поперек нашего пространства, встречал бы иное сопротивление, чем то, которое он встречал, будучи направленным в противоположном направлении.
ГЛАВА VII. СВИДЕТЕЛЬСТВА В ПОЛЬЗУ ЧЕТВЕРТОГО ИЗМЕРЕНИЯ
Метод, который необходимо использовать при поиске свидетельств в пользу четвертого измерения, заключается прежде всего в формировании представлений о четырехмерных формах и движениях. Когда мы овладеем ими, можно будет прибегнуть к помощи наблюдения; без них мы могли бы всю жизнь находиться в привычном присутствии четырехмерного явления, так и не осознав его природы.
Если взять одно из уже сформированных нами представлений, то превращение реального объекта в его зеркальное отражение было бы событием, которое трудно объяснить, не опираясь на допущение о существовании четвертого измерения.
Нам не известно о таком превращении. Однако существует множество форм, которые обнаруживают определенное отношение к плоскости — отношение симметрии, указывающее на нечто большее, чем случайное расположение частей. В органической жизни универсальным типом является право- и левосторонняя симметрия: существует плоскость, по обе стороны от которой части соответствуют друг другу. Мы видели, что в четырех измерениях плоскость занимает место линии в трех измерениях. В нашем пространстве вращение вокруг оси является типом вращения, и происхождение тел, симметричных относительно линии (как Земля симметрична относительно оси), легко объяснимо. Но там, где есть симметрия относительно плоскости, простого физического движения, к которому мы привыкли, недостаточно для ее объяснения. В нашем пространстве симметричный объект должен быть построен путем равных приращений по обе стороны от центральной плоскости. Такие приращения вокруг такой плоскости столь же маловероятны, как и любые другие. Вероятность существования симметричной формы в неорганической природе в нашем пространстве ничтожна, а в органических формах их создание было бы столь же затруднительно, как и любой другой разновидности конфигурации. Чтобы проиллюстрировать этот момент, можно взять детскую забаву: сделать из капель чернил на листе бумаги реалистичное изображение насекомого, просто сложив бумагу пополам. Капли распределяются вдоль симметричной линии и создают впечатление сегментированной формы с усиками и ножками.