Современная космология: философские горизонты - Коллектив авторов

Предположение о протяженном характере элементарных объектов физики, на первый взгляд, выглядит довольно странно и представляется произвольным. Многие исследователи считают, что оно пришло в физику ниоткуда, что дало основание известному физику-теоретику Карло Ровелли охарактеризовать эту гипотезу как «дикую».

Также странно и непривычно звучит предположение о дополнительных размерностях пространства: все измерения пространства, помимо тех четырех, которые присущи окружающему нас миру, объявляются свернутыми. Но разве не казалась нам странной онтология квантовой теории в период ее формирования? Разве не кажется она странной и сейчас? Корпускулярно-волновой дуализм, предполагающий, что объекты микромира обладают одновременно и волновыми, и корпускулярными свойствами (частица — это точечный объект, а волна — нечто бесконечно размазанное в пространстве); явление суперпозиции состояний (квантовый объект может находиться сразу во всех возможных состояниях); индетерминизм и вероятностное поведение микрообъектов — все это настолько не укладывалось в привычную классическую картину мира, что даже творцам новой теории при осознании сути открываемых ими законов нередко казалось, «будто почва уходит из-под ног»[85]. Тем не менее, квантовую теорию мы уже как-то «переварили». Мы привыкли и к ней, и к ее «странностям». Но так ли позитивно и толерантно относились к ней ее современники, свидетели ее становления и той «драмы идей», которые его сопровождали? То, что это чисто риторический вопрос, хорошо знают историки науки.

Кстати, опыт неклассического физического познания является большим психологическим подспорьем для ученых, разрабатывающих современные теории физики: ободренные успехом «странной» онтологии квантовой механики и не менее непривычной онтологии ОТО, они продолжают смело действовать в том же духе. Физик-теоретик Р. Пенроуз пишет так: «Достижения физики XX века — квантовой механики, теории относительности — показали, до какой степени могут вводить в заблуждение непосредственные интуитивные соображения, а также то, что «реальность» может коренным образом отличаться от тех картин, которые были созданы физикой предшествующих поколений»[86]. Так что «экзотичность» онтологии теории струн — проявление той тенденции, начало которой связано с появлением неклассической физики, и никакой особой новой экзотичности в характере онтологии теории струн нет.

Обратимся к современной космологии, которая, по Хоргану, также является «иронической» наукой. Я не специалист в области космологии. Но я читаю курс лекций по «Концепциям современного естествознания», в ходе которых мне неизбежно приходится излагать студентам сущность современных космологических воззрений. Так что разбираться в них мне приходится. В этой связи рискну заметить, что, как представляется мне, вопреки Хоргану, современная космология в гораздо меньшей степени, чем теория суперструн, может быть охарактеризована как «ироническая» наука. В этой области знания ситуация значительно более благоприятная: здесь почти каждая новая гипотеза оказывается основанной на результатах астрономических наблюдений. Исключение составляет только одна небольшая часть — квантовая космология, цель которой — теоретически реконструировать мир величин планковского масштаба, где проявляет себя несовместимость ОТО и КМ. Грин пишет об этом так: «Несовместимость общей теории относительности и квантовой механики проявляется только в очень глубоко запрятанном королевстве Вселенной». На теоретическую реконструкцию этого мира, как мы уже писали, претендует теория суперструн (и несколько других подходов). Что касается пост-планковского мира, он описывается неплохо обоснованными экспериментально стандартной моделью физики элементарных частиц и ее теоретическим основанием — КТП (квантовой теорией поля).

Теория струн позволяет усовершенствовать стандартную космологическую модель. Так, например, она помогает устранить понятие исходной сингулярности, которое существовало в стандартной космологической модели и было явно неудовлетворительным с методологической точки зрения. Суть проблемы была в том, что, согласно стандартной модели, в момент Большого взрыва (в нулевой момент времени) размер Вселенной становится равным нулю, а температура и плотность обращаются в бесконечность. Такой вывод бросает тень на всю теорию и сеет сомнение в ее способности объяснить Большой взрыв. Что касается теории струн, то из нее следует, что Вселенная должна иметь не нулевой, а минимально допустимый размер.

По отношению к остальной космологии (речь идет о стандартной, т. е. фридмановской космологической модели и об инфляционной модели) можно сказать, что ее методы, как плохие, так и хорошие, не отличаются от тех, которые использовались во всей предшествующей физике. И все «плохие» методы, которые могли бы дать основание считать космологию «иронической» наукой, можно обнаружить в истории физики и астрофизики.

Так, верно (и здесь Хорган прав), что в космологии оперируют гипотезами ad hoc. В отличие от «нормальных» гипотез эти последние не могут быть проверены независимо. Фактически весь новый этап в развитии космологии, а, именно, создание инфляционной модели был сформулирован для «данного случая», в частности, для того, чтобы разрешить некоторые парадоксы стандартной космологической модели.

Один из них — так называемый парадокс горизонта. Как известно, суть его в следующем. В настоящее время в нашей Вселенной любые две области, как бы далеко они не находились друг от друга, имеют одинаковую температуру реликтового излучения. В рамках стандартной космологической модели это явление объясняли тем, что в ранней истории Вселенной эти области были очень близки друг к другу, так что они могли обмениваться тепловой энергией и приобрести одинаковую температуру. Однако это, казалось бы естественное, объяснение сталкивается с большими трудностями и оказывается несостоятельным. Дело в том, что любое взаимодействие передается не мгновенно, а с конечной скоростью, не большей, чем скорость света. Для передачи взаимодействия требуется время. И этого времени должно быть достаточно, чтобы взаимодействие осуществилось. Расстояние между взаимодействующими областями должно быть меньше того расстояния, которое пройдет свет с момента Большого взрыва. Так, области, отстоящие друг от друга на расстоянии 300000 км, могли провзаимодействовать, только если с момента Большого взрыва прошло чуть больше одной секунды.

Стандартная модель «отпускала» на взаимодействия слишком мало времени: в ней Вселенная расширялась недостаточно быстро для того, чтобы некогда близкие области, которые сейчас находятся на колоссальных расстояниях, могли провзаимодействовать так, чтобы их температура выровнялась. Чтобы сделать объяснение возможным, пришлось ввести инфляционную стадию, когда в течение очень короткого промежутка времени (10-36 — 10-34 сек) Вселенная расширилась 1030, а не в сотню раз, как это следовало из стандартной модели.

Другим примером гипотезы ad hoc в современной космологии является предположение о существовании Мультиверса. Согласно этой гипотезе помимо нашей Вселенной существует множество других. Это предположение было выдвинуто, в частности, для того, чтобы сохранить возможность рационального объяснения так называемого антропного принципа. Суть антропного принципа — в необычайно тонкой «подогнанности» параметров фундаментальных частиц и взаимодействий к тем значениям, которые обеспечивают саму возможность возникновения и существования в ней человека. Если бы эти параметры были хотя бы чуть-чуть другими — в нашей Вселенной не смогла бы зародиться жизнь, возникнуть и существовать человек.

Например, достаточно было бы небольших изменений в соотношении сильного и электромагнитного взаимодействий, чтобы во Вселенной не смогли существовать стабильные ядра большого числа элементов периодической системы Менделеева. Электромагнитное взаимодействие заставляет находящиеся в ядре протоны взаимно отталкиваться. И если бы сильное взаимодействие было бы недостаточно «сильным», протоны не удержались бы вместе в ядре, и ядра распались. Это привело бы к тому, что в нашей Вселенной не могло бы возникнуть вещество, звезды, галактики, и таким образом не появилось бы условий для возникновения органической материи, жизни и, наконец, человека.

Точно также, если бы силы гравитации были бы меньшими, чем они есть на самом деле, вещество не смогло бы собраться в звезды, галактики, а, значит, опять-таки, не могла бы возникнуть жизнь. Для многих философов наиболее приемлемым объяснением антропного принципа является аргумент от теологии или от некоего «космического разума». Напрашивается вывод, что наша Вселенная была задумана и создана такой, чтобы в ней мог появиться человек. Но рационалистически мыслящих ученых такое объяснение не устраивает. Они ищут возможность объяснить антропный принцип, оставаясь на почве рациональности. Для многих из них единственный способ сделать это — предположить, что помимо нашей Вселенной существует множество других (идея Мультиверса). Согласно этой точке зрения упомянутая «подогнанность» параметров частиц и взаимодействий, о которых идет речь в антропном принципе, является случайностью; она характерна только для нашей Вселенной. В других вселенных параметры частиц и взаимодействий могут быть совершенно иными, никакой «подобранности» постоянных величин нет, и никакой антропный принцип там просто не может быть сформулирован[87].