Современная космология: философские горизонты - Коллектив авторов

Экпиротический сценарий. Другая популярная модель, подразумевающая существование Вселенной до Большого взрыва, — экпиротический сценарий (от греч. ekpyrotic — «пришедший из огня»), разработанный Д. Каури, П. Стейнхардтом, Б. Оврутом, Н. Зейбергом и Н. Тьюроком. Он основан на предположении, что наша Вселенная — одна из многих D-мембран, дрейфующих в многомерном пространстве. Мембраны притягиваются друг к другу, а когда они сталкиваются, в них может произойти то, что мы называем Большим взрывом.

Если наша Вселенная — многомерная мембрана, плавающая в еще более многомерном пространстве, то Большой взрыв, возможно, был результатом ее соударения с параллельной мембраной. Вот как этот процесс комментирует Г. Венециано: «Притягиваясь друг к другу, две почти пустые мембраны сжимаются в направлении, перпендикулярном направлению движения. Мембраны соударяются, и их кинетическая энергия преобразуется в материю и излучение. Это соударение и есть Большой взрыв. После удара мембраны расходятся и начинают расширяться с убывающей скоростью. Материя собирается в скопления галактик. В циклической модели силы притяжения замедляют движение расходящихся мембран. Материя разреживается. Мембраны останавливаются и снова начинают сближаться, расширяясь при этом с возрастающей скоростью»[258].

«Не исключено, что коллизии происходят циклически. Две мембраны могут сталкиваться, отскакивать друг от друга, расходиться, притягиваться одна к другой, снова соударяться и так далее. Расходясь после удара, они немного растягиваются, а при очередном сближении снова сжимаются. Когда направление движения мембраны сменяется на противоположное, она расширяется с ускорением, поэтому наблюдаемое ускоряющееся расширение Вселенной может указывать на предстоящее столкновение»[259].

«У предвзрывного и экпиротического сценариев есть общие особенности. Оба они начинаются с большой, холодной, почти пустой Вселенной, и обоим свойственна трудная (и пока нерешенная) проблема перехода от состояния перед Большим взрывом к стадии после него. Математически главное различие между двумя моделями заключается в поведении дилатона. В предвзрывном сценарии это поле и, соответственно, все силы природы изначально очень слабы и постепенно усиливаются, достигая максимума в момент Большого взрыва. Для экпиротической модели справедливо обратное: столкновение происходит тогда, когда значения сил минимальны.

Разработчики экпиротической схемы вначале надеялись, что слабость сил облегчит процедуру анализа столкновения, однако им приходится иметь дело с высокой кривизной пространства-времени, поэтому пока нельзя однозначно решить, удастся ли избежать сингулярности. Кроме того, этот сценарий должен протекать при весьма специфичных обстоятельствах. Например, перед самым столкновением мембраны должны быть почти идеально параллельны друг другу, иначе вызванный им Большой взрыв будет недостаточно однородным. В циклической версии эта проблема стоит не так остро: последовательные соударения позволили бы мембранам выровняться»[260].

Этот сценарий также ставит ряд концептуальных проблем. Прежде всего, сама модель столкновения вселенных. Даже если она верна, то это, на наш взгляд, — очень примитивное устройство реальности. По существу, этот сценарий остается в рамках корпускулярной парадигмы: «частицы» (частицеподобные объекты) движутся в пространстве и сталкиваются. Такой подход лишний раз доказывает, что в космологии не появилось новых фундаментальных представлений, новой парадигмы. Столкновение вселенных на бранах по существу сводится к онтологии (парадигме) столкновений макрообъектов или микрочастиц. Будем называть это корпускулярной парадигмой. Вселенная концептуально рассматривается здесь как отдельная частица, которая движется в пространстве и времени, потом «налетает», сталкивается с другой корпускулой-вселенной, происходит (гигантский) взрыв-отскок, и далее инфляционно-фридмановский сценарий эволюции каждой из столкнувшихся вселенных.

Но в этом сценарии каждая из вселенных на 3-бране должна сохраняться, поскольку в противном случае должна последовать вся дальнейшая идеология столкновения обычных объектов или микрообъектов: они либо должны развалиться на составляющие, либо должно будет произойти перемешивание разлетающихся осколков обеих вселенных и сформироваться смесь вселенных (термодинамически более предпочтительный вариант подобного рассмотрения должен вести к рассеиванию остатков сталкивающихся вселенных), либо должны родиться струи частиц-вселенных по аналогии с физикой высоких энергий, поскольку сталкивающиеся браны могут иметь планковский масштаб. Этот вариант предполагает также, что вселенные на бранах могут сталкиваться на любом этапе своей космологической эволюции: от квантового масштаба и даже планковского до мегаскопического.

Неясно, в каком смысле можно понимать предлагаемую трактовку столкновения бран как космологический Большой взрыв? И действительно, если сами браны остаются целостными и всего лишь деформируются (допускаем даже, что их целостность также может претерпеть небольшие изменения), то все, что внутри постоянно (по космологическим меркам), разрушается и вновь созидается. Но это только еще больше актуализирует проблему природы целостности браны-вселенной. С моей точки зрения, несомненно, что на уровне столкновения вселенных (если, конечно, же, он имеет место быть) необходимы принципиально новые космологические представления.

Возникает концептуальная дилемма: 1) распространить корпускулярные представления на всю наблюдаемую Вселенную и продолжать рассматривать ее в качестве, грубо говоря, бильярдного шара, который соударяется с другими шарами (хотя и с некоторыми частными различиями между шарами и вселенными); 2) искать принципиально новое понимание самой Вселенной1. Если принять первую точку зрения, то соударение движущихся в пространстве 3-бран, фактически, продолжает механистическую парадигму. И действительно, здесь не предложено никакой концептуально новой формы движения — только перемещение в пространстве. Не предложено также никакой принципиально новой формы материи такого же уровня фундаментальной новизны, как электромагнитное поле в XIX веке или искривленное пространство-время в начале XX в. В принципе браны также можно рассматривать в качестве принципиально нового фундаментального физического объекта. Однако, согласно теории, с концептуальной точки зрения браны — это движущийся деформируемый р-мерный геометрический объект, и в этом вся новизна. И в принципиальном плане ситуацию не спасает то, что браны родились в муках в результате второй революции в теории струн. В этом плане для нахождения новой квантово-гравитационной онтологии можно привлечь мысль Б. Грина о необходимости поиска нового физического принципа, по мощности не уступающего принципу эквивалентности в ОТО[261].

В дополнение к этой принципиальной трудности можно добавить весьма специфическое требование параллельности бран при столкновении. Это необходимо для того, чтобы выдержать условие однородности Вселенной. Поскольку для произвольного движения двух бран вероятность их параллельности в момент соударения очень мала, то можно сделать вывод о том, что наша Вселенная в наблюдаемом виде — чрезвычайно случайное явление. Хотя, безусловно, можно придумать уточнение этой модели, скажем, допустив, что эти браны взаимодействуют друг с другом таким образом, чтобы при сближении все больше и больше параллелиться. А можно и другую версию. Это все допустимо и представляет собой производство моделей в теоретической физике, но здесь не хватает фундаментальности подхода. В настоящее время модельный подход в космологии является доминирующим теоретическим средством, и по-другому пока нельзя. Именно поэтому различные описания Вселенной и называют космологическими моделями. И именно поэтому пока не появилось фундаментальной теории Вселенной (хотя это словосочетание и режет слух).

Или еще проблема замкнутой целостности Вселенной. Что именно, какие силы, какие условия делают Вселенную целостным квазикорпускулярным объектом? Что делает ее целостной 3-браной? Что определят границу 3-браны как Вселенной? Наконец, не ясно, в каком смысле можно понимать предлагаемую трактовку столкновения бран как космологический Большой взрыв?

В современной космологии все яснее намечается методологический сдвиг в отношении понимания квантованно-сти. Квантовая механика как лабораторная наука, в которой, скажем, появление корпускулярных и волновых свойств, а соответственно, и корпускулярно-волнового дуализма определялось наличием макроскопических приборов определенного типа, выходит, так сказать, на арену своего чистого космологического существования. Чистого — в смысле нелабораторного, бесприборного. Каковы свойства квантовых объектов и процессов в этом случае? Современная физика экстраполирует лабораторную квантовую механику на уровень квантовой Вселенной, однако, на этом уровне необходима новая (в том числе квантовая) онтология. Да и будет ли сохранена квантовость в прежнем понимании на этом уровне — тоже большой вопрос.