Современная космология: философские горизонты - Коллектив авторов

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.

Космологические модели с отскоком. В этих моделях Вселенная при сжатии не достигает сингулярности, а на уровне планковского масштаба испытывает своего рода большой отскок (Big Bounce) и вновь начинает расширяться. Вот как представляет себе процесс космологического отскока JI. Смолин. Исходным являются сильно изменяющиеся во времени геометрии внутри черных дыр, эволюцию которых позволяет описывать петлевая квантовая гравитация. Согласно расчетам, «время может продолжаться и за пределами точки, в которой классическая ОТО предсказывает, что оно должно закончиться»[262]. Где это происходит? По-видимому, внутри «вновь созданных областей пространства-времени», в которых сингулярность заменяется так называемым «пространственно-временным отскоком». «Прямо перед отскоком материя внутри черной дыры сжимается. Сразу после отскока она расширяется, но внутрь нового региона, который не существовал ранее»[263].

В отношении такой картины возникает множество вопросов. Не ясны слова о том, что «перед отскоком материя внутри черной дыры сжимается». Это довольно странно для черной дыры, в которой материя коллапсирует если уж не в сингулярность, то в планковское состояние. Если имеется в виду некоторая еще несколлапсированная «до планка» материя, то вряд ли этот процесс является определяющим. Если имеется в виду постоянно падающая на черную дыру материя, то в этом случае следует говорить о перманентном квантовом отскоке, что также вызывает сомнения.

Существует еще один перевод этого космологического процесса: космология Большого хлопка (Big Bounce). На мой взгляд, этот вариант не менее нагляден, если под руками, осуществляющими хлопок, понимать сначала кол-лапсирующую и затем расширяющуюся Вселенную. Поскольку схлопывается и расширяется одна и та же Вселенная, то вселенский хлопок можно ассоциировать с известным дзенским коаном, согласно которому нужно попытаться представить хлопок одной ладонью. Этот образ более адекватен этой космологической модели и даже более эзотеричен. К сожалению, поскольку дзенские коаны, по-видимому, невозможно постигнуть рационально, то дальнейшее осознание этого варианта может быть связано только с богатой интуицией теоретиков.

Отскок как повторяющееся событие маловероятен. Звезды и галактики не восстанавливаются. Можно предложить другую гипотезу. Коллапсируя, Вселенная сжимается до планковского масштаба, поэтому все размерности в этот момент одинаковы. Можно предположить, что все состояния Вселенной при этом равновероятны. Это можно рассматривать в качестве некоторого принципа квантовой космологии — принципа равновероятности состояний в планковском режиме. После Большого взрыва или отскока при расширении струны не обязательно должны будут намотаться на те же самые измерения. Поскольку все состояния равновероятны, то они могут намотаться на другие свернутые измерения, которые начнут распрямляться (расширяться). Вопрос состоит в следующем: если они намотаются на другие измерения, будет ли это та же самая, предыдущая Вселенная?

В модели космологического отскока М. Боджовальда присутствуют два «свободных» параметра, один из которых относится к предыдущей Вселенной, а другой — к нынешней. Однако у этих параметров есть интересная особенность — каждый из них не влияет на решения, относящиеся к другому периоду. Эти параметры являются комплементарными, отражающими квантовую неопределенность в объеме Вселенной до и после Большого хлопка. В рамках ПТКГ М. Боджовальд получил и другой важный вывод — по крайней мере один из параметров, описывающих Вселенную, не сохраняется при Большом хлопке, а это значит, что нам никогда не удастся получить точное описание предыдущей Вселенной, как и нельзя в точности ее воспроизвести в следующей «реинкарнации». Это свойство Вселенной М. Боджовальд назвал «космической забывчивостью».

Большинство современных космологических моделей рассматривают нашу Вселенную как гигантское по макроскопическим меркам образование, но все же локальное. При этом существует реальность за пределами Вселенной. На наш взгляд, это существенно снижает мировоззренческий статус Вселенной, но зато расширяет само мироздание. Наблюдаемая Вселенная становится физическим объектом и уже не может претендовать на всеобщность.

Примечания редактора (А.Д. Панов)

* В литературе нередко имеет место путаница, во-первых, по поводу того, что понимается под Большим взрывом, и, во-вторых, по поводу размеров Вселенной в момент Большого взрыва и после него.

Понятие Большого взрыва возникло в связи с космологическими моделями Фридмана-Робертсона-Уокера (ФРУ), которые имеют начальную сингулярность и расширение Вселенной из этой начальной сингулярности. Поэтому, на наш взгляд, корректным употреблением термина «Большой взрыв» следует считать его использование именно для обозначения Большого взрыва моделей ФРУ. В этом контексте Большой взрыв является «горячим Большим взрывом» — состоянием Вселенной с доминированием излучения и вещества (но не вакуума, квинтэссенции, скалярного поля в любой форме) при очень высокой начальной плотности и температуре и с быстрым последующим расширением. Именно таким способом понятие Большого взрыва трактуется в фундаментальной монографии Д.С. Горбунова и В.А. Рубакова «Введение в теорию ранней Вселенной. Теория горячего Большого взрыва» М.: Издательство ЛКИ, 2008. Однако далеко не все авторы так поступают. Несмотря на появление различных инфляционных и бранных космологических сценариев, понятие горячего Большого взрыва полностью сохраняет свое значение, так как горячий Большой взрыв почти заведомо остается одной из фаз в эволюции Вселенной. Чтобы не возникала путаница, все другие употребления понятия Большого взрыва надо бы явно оговаривать, что, однако, делается далеко не всегда (в частности, нельзя путать инфляционное расширение Вселенной с горячим Большим взрывом).

Если предположить, что в статье В.Д. Эрекаева под «Большим взрывом» понимается именно горячий Большой взрыв в смысле моделей ФРУ (а это подтверждается упоминанием высокой температуры и плотности вещества в момент Большого взрыва), то утверждение, что через какое-то время после Большого взрыва Вселенная имела размер порядка размера атома (10-8 см), неверно.

Действительно, даже размер области, отвечающий видимому сейчас горизонту событий (т. е., отвечающий пространству и веществу, которое заведомо существует), уже в планковское время (порядка 10-43сек), считая от момента формальной сингулярности космологической модели ФРУ, должен был составлять величину порядка 10-4 см — в 10000 раз больше размеров атома. Эта величина легко получается в плоской модели ФРУ, к которой очень близка наблюдаемая Вселенная. Но ведь Метагалактика внутри наблюдаемого горизонта — это, скорее всего, лишь ничтожная часть нашей Вселенной, так что размеры Вселенной в планковское время надо считать еще много большими. Это тем более должно было иметь место во все более поздние времена (после горячего Большого взрыва), а более ранние времена (в модели ФРУ) рассматривать нет смысла, т. к. это заведомо квантовогравитационный режим, в котором фридмановская космология не работает. Горячая Вселенная, т. е. Вселенная в любой момент времени после горячего Большого взрыва, никогда не имела размера атома, а всегда была много больше (фактически — в неисчислимое число раз больше).

Дадим небольшой комментарий по поводу понятия «размера Вселенной» в моделях ФРУ, так как по этому поводу в литературе часто допускаются «наглядные», но очень упрощенные и неточные утверждения (вроде: Вселенная возникла из точки).