Современная космология: философские горизонты - Коллектив авторов

Таким образом, если тезис вполне соответствует нашему человекомерному миру, в котором понятие времени приобретает смысл, то антитезис, согласно которому мир не имеет начала, а существует вечно и бесконечен, ибо понятия пространства и времени вне человекомерности действительно теряют свое операциональное значение, относится ко Вселенной в целом.

Какова роль этой целостности в возникновении впоследствии нашего мира? Сможет ли человек, являющийся продуктом космологической эволюции конкретной Метагалактики с конкретным видом физического вакуума и специфичной для него пространственно-временной сигнатурой, когда-либо получить ответ на этот вопрос? Или мы должны принять позицию Канта о различении мира явлений и мира «вещей в себе». Известно, что в спекулятивной философии Гегеля человеческому мышлению приписана способность достичь в своем развитии уровня одного порядка с Мировым разумом. Сама организация духа, по Гегелю, обуславливает собой миропознание, ибо организация духа есть также и организация реального мира. Дух порождает из самого себя Вселенную, познающего ее субъекта, и в силу этого приходит к самому себе. Самодвижение Абсолютного духа через самораздвоение на пути возвращения в самое себя имеет главную цель — познание своей сущности. И это самопознание духа осуществляется посредством мыслительной мощи Человека. Подобный подход не лишен привлекательности вследствие своего оптимистического гностицизма. Но вряд ли этот оптимизм сегодня имеет весомый естественнонаучный фундамент. Однако следует признать, что вечные философские вопросы в связи с новейшими достижениями в космологии и физике элементарных частиц обозначают себя все острее. Проблемы физического вакуума вновь вызывают к жизни «тени» великого философского прошлого, настойчиво осовременивают их и расчищают для них достойное место в естественнонаучной проблематике.

Я. В. Тарароев

ПОНЯТИЯ ИНФЛЯЦИИ, ТЕМНОЙ ЭНЕРГИИ, ТЕМНОГО ВЕЩЕСТВА В СОВРЕМЕННОЙ КОСМОЛОГИИ

Проблемы и парадоксы релятивистской космологии, как и необходимость для их решения выйти за её рамки были осознаны уже достаточно давно, ещё в середине 60-х годов XX столетия. Наибольший содержательный и мировоззренческий вызов релятивистской космологии бросала первая проблема, связанная с «исходным материалом», из которого произошла наша Вселенная. Физический вакуум в качестве такого кандидата был далеко не очевиден, были и другие предложения, например, особый вид плазмы[319], однако логика развития научного знания, искусственность и «натянутость» таких предположений подталкивала к тому, чтобы на роль «исходного материала» Вселенной был выдвинут именно физический вакуум.

Положение о возникновении Вселенной из вакуума было высказано достаточно давно Г.И. Нааном[320] (как выразился сам автор, «…всё из вакуума…»). Затем появилась выполненная П.И. Фоминым одна из первых работ, в которой уже предлагалась не только идея, но и описывалась «физи-ка процесса»[321]. В ней П.И. Фомин пишет о «вакуумной космологической модели», употребив характерные для этой теории в дальнейшем термины «почкование», «туннельный переход» и т. п. Вместе с тем к идее возникновения Вселенной из физического вакуума оказался возможен и подход, так сказать, «с другой стороны», через раскрытие «физической природы» космологического Λ-члена в уравнениях Эйнштейна. Через ряд предположений, выдвинутых другими авторами, Э.Б. Глинер[322] отождествил его с космологическим вакуумом. Сразу возникает вопрос о тождестве или различии физического и космологического вакуумов. Однозначного и окончательного его решения нет и по настоящее время, особенно в свете последних открытий, связанных с тёмной энергией[323], о чём будет идти речь ниже. Однако оба вакуума обладают очень важным, с точки зрения космологии, свойством: и тот и другой вакуум приводит к одному закону расширения. Для космологического вакуума такой закон расширения известен ещё со времён де Ситтера, а для физического вакуума такой закон расширения впервые был указан A.A. Старобинским[324] в 1979 г. Эта идея оказалась весьма плодотворной именно для решения проблем, возникающих в релятивистской космологии. Сам A.A. Старобинский использовал её для решения проблемы сингулярности, а «подхвативший» и развивший её позднее А. Гут «расширил» её использование, пытаясь разрешить при её помощи взаимосвязанные друг с другом проблемы плоскости, горизонта и реликтовых монополей. (Последняя заключается в отсутствии их наблюдений, тогда как согласно теории они должны появляться на ранних этапах эволюции Вселенной в больших количествах). В целом А.Д. Линде выделяет[325] три инфляционных «сценария» — «старая» модель А. Гута; «новая модель», связанная с именами А. Альбрехта и П. Стейнхарда, а так же самого А.Д. Линде; и третья «модель хаотической инфляции», автором которой был А.Д. Линде. Первые две имели внутренние содержательные противоречия и допускали ряд искусственных допущений, и только модель хаотической инфляции не имела серьёзных подобных изъянов. Именно она и стала концептуальной основой современного космологического знания[326]. Согласно этой концепции, в первичном высокоэнергетическом физическом вакууме происходят квантовые флуктуации (колебания) его характеристик, которые подчинены случайным процессам. Эти случайные процессы приводят в некоторых локальных областях (l ≈ 10-33 см) к перестройке физического вакуума (происходит фазовый переход), и эти области начинают стремительно расширяться. Это расширение и отождествляется с процессом возникновения нашей (и не только нашей) Вселенной. В данной концепции термин «расширение» закономерно заменён термином «раздувание», поскольку масштабный фактор за время от 10-43 с. до 10-35с. увели-чился от l ≈ 10-33 см до 10104см, а возможно даже и до гораздо больших масштабов. После прекращения инфляции метрическая эволюция Вселенной вышла на «классическую релятивистскую стадию», и в этом смысле инфляционная космология не опровергает релятивистскую космологию, а скорее дополняет её, рассматривая ещё более ранние этапы эволюции Вселенной, которые были вне пределов рассмотрения релятивистской космологии. Раздувание Вселенной на самых ранних этапах её эволюции происходило по экспоненциальному закону а(t) ~ еHt и поэтому данный процесс был назван «инфляцией». Название обусловлено аналогией с денежной инфляцией, при которой скорость роста денежной массы прямо пропорциональна самой денежной массе, в данном же случае «рост» масштабного фактора пропорционален ему самому (da(t)/dt ~ a(t)). Такой стремительный рост масштабного фактора до столь невероятно невообразимых масштабов автоматически решал ряд собственно физико-космологических парадоксов релятивистской космологии, связанных с эвклидовостью пространства, плотностью магнитных монополей, взаимодействием причинно несвязных пространственных областей Вселенной. «Идеология» этого решения лежит вполне в духе философии Николая Кузанского: на бесконечности (или невообразимо больших масштабах) всё кривое стремится к прямому (дугу бесконечного радиуса можно рассматривать как отрезок прямой), соответственно при таких масштабах плотность магнитных монополей уменьшается, а все впоследствии причинно несвязные области в момент 10-43 с. были причинно связными. Кроме того, инфляционная космология предлагает и концептуальное решение основной проблемы релятивистской космологии, связанной с «материалом» из которого произошла наша Вселенная и причинами, вызвавшими её возникновение и дальнейшее расширение. Однако пока это только общая концепция, которая ещё очень далека от законченной физической теории.

Инфляционный процесс в расширении Вселенной происходит на самых ранних её стадиях, и поэтому вполне очевидно, что, так же, как и в случае с релятивистской космологией, инфляционная космология «зависла» в стадии эмпирической невесомости. На первых порах были совершенно не ясны «механизмы» выхода этой теории на эмпирический материал, однако открытие анизотропии и поляризации реликтового излучения сделанное сначала советскими, а затем американскими учёными, предоставило возможность косвенной эмпирической проверки инфляционной теории, по крайней мере, в подтверждении самого факта инфляционного расширения Вселенной на самых ранних этапах. В 1983–1984 годах на орбите работал специализированный советский спутник «Реликт», исследовавший реликтовое излучение, а с 1989 — американский специализированный спутник СОВЕ (Cosmic Background Explorer). Результаты обработки данных советского спутника, показывающих анизотропию реликтового излучения, были получены в конце 1991 г, а опубликованы[327] в июле 1992 г. в журнале Monthly Notices of Royal Astronomical Society, тогда как пресс-конференция по результатам работы спутника СОВЕ состоялась в апреле 1992 г. За это открытие Нобелевскую премию по физике за 2006 год получили только участники американского проекта Джон Мазер и Джордж Смут, о советском (российском) проекте, показавшем те же результаты, «мировое сообщество» даже не вспомнило. Это открытие стало возможным только с развитием и усовершенствованием наблюдательной техники, радиотехники, повышением её чувствительности в сотни тысяч раз, поскольку сама анизотропия (отклонение от среднего температурного фона реликтового излучения) составляет порядка 10-5° Кельвина. По работам двух спутников были составлены карты анизотропии излучения, которые совпали. Физическая «связь» с процессом инфляции достаточна проста — температурные отклонения от общего фона реликтового излучения являются «следами» тех квантовых флуктуаций, происходивших в первичном высокоэнергетическом физическом вакууме, которые в процессе инфляции «растянулись» вместе с раздувающимся по экспоненциальному закону пространством. Принципиальным является тот факт, что численные параметры этих «следов» совпали с теми, которые предсказывала инфляционная теория. Таким образом, стадия «эмпирической невесомости» инфляционной космологии закончилась, и она обрела эмпирическую базу. Инфляционное расширение нашей Вселенной на самых ранних этапах её эволюции стало, как считают многие космологи, эмпирическим фактом.