Жанр: Эзотерика
Тайны пространства и времени
...объема нашей Метагалактики, а
также о существовании предельного горизонта видимости, о котором мы уже
упоминали. А что же находится за этим горизонтом? На этот вопрос
современные традиционные астрофизика и космология ответить не могут,
точно так же как не могут однозначно ответить и на вопрос о том, что
было до начала расширения? Существует, правда, теория (о ней мы уже
рассказывали), согласно которой наша Вселенная образовалась в результате
флюктуации физического вакуума, - теория "инфляционной" Вселенной.
Однако убедительные доказательства справедливости этой теории пока не
получены.
Нельзя не упомянуть и еще об одном несоответствии. В современной
физике элементарных частиц время жизни протона оценивается величиной
1032лет. Между тем считается, что время жизни нашей Вселенной составляет
максимум 2-1020лет. Казалось бы, это несоответствие должно по меньшей
мере настораживать. Современные космологи объясняют это тем, что возраст
системы каких-либо объектов может быть существенно меньше, чем возраст
составляющих ее элементов. И хотя в подобных рассуждениях есть
определенная логика, стоило бы задуматься и над иной возможностью: не
может ли наша Вселенная существовать минимум столько же лет, сколько
составляющие ее атомы водорода?
Нельзя не обратить внимания также на то обстоятельство, что с
развитием представлений об эволюции Земли и Вселенной, начиная от
библейских мифов и до современной научной картины мира, оценки возраста
и нашей планеты и Метагалактики неизменно возрастали. И уверенность
теоретиков в окончательности тех или иных выводов нередко сме нялась
новым, зачастую прямо противоположными представлениями. "Красивейшие
теории гибнут, истерзанные уродливыми фактами", - заметил однажды Д.
Фаулер, напомнив таким образом, что нельзя превращать те или иные
теоретические научные выводы в догматы веры.
А это означает, что науке принципиально противопоказан слепой
консерватизм и ее развитие тесно связано с появлением новых оригинальных
идей, которым, несмотря на всю их экзотичность, необходимо уделять самое
серьезное внимание!
Циклические модели Вселенной
Если фаза расширения нашей Вселенной со временем все-таки сменится
фазой сжатия, то не исключено, что после этого опять произойдет новое
расширение - и так без конца... И в соответствии с этой возможностью
разработан ряд теоретических моделей подобных "циклических" Вселенных.
Идея "Вечного возвращения", "Круга времен" - существовала и в
древнегреческой философии и в философских системах Индии, Китая и
Ближнего Востока...
В 1949 году известный математик Курт Г„дель выступил в Принстонском
университете, где в то время работал А. Эйнштейн, с докладом "Время в
общей теории относительности", в котором доказывал возможность замкнутых
"мировых линий" для некоторого класса моделей Вселенной. В переводе с
языка теории относительности на обычный это означает, что при некоторых
условиях Вселенная может возвращаться к своему исходному состоянию и в
дальнейшем в точности повторять раз за разом уже пройденные циклы.
Ситуация весьма заманчивая для авторов научнофантастических
произведений. Если бы модель Г„деля соответствовала действительности, то
это означало бы, что все события, происходящие в окружающем нас мире
сегодня, когда-то уже происходили и притом не один раз.
Альберт Эйнштейн присутствовал на докладе Г„деля, однако сейчас нам
трудно судить о его подлинном отношении к излагавшимся идеям. На этот
счет воспоминания очевидцев расходятся. Согласно одним из них, великий
физик в ходе развернувшейся дискуссии заметил, что
результаты,'изложенные в докладе, ему не нравятся, согласно другим - он,
наоборот, отнесся к идеям Г„деля с симпатией.
Много лет спустя известный индийский физик-теоретик С. Чандрасекар
подробно исследовал модель, предложенную Г„делем, и пришел к выводу, что
возникающие в ней замкнутые траектории лишены физического смысла. Однако
при этом Чандрасекар использовал метод так называемого физически
разумного выбора. А подобный метод всегда связан с какими-либо
произвольными интуитивными допущениями, и ему в полной мере доверять
нельзя.
Правда, настораживает и то, что Вселенная г„делевского типа должна
обладать парадоксальными свойствами. Например, в ней теряют смысл такие
понятия, как "раньше чем" и "позже чем", то есть, по существу,
утрачивают свое значение такие фундаментальные свойства времени, как
единая направленность и необратимость.
Но в конце концов дело даже не в том, верна или неверна модель,
предложенная Г„делем (судя по всему, она всетаки неверна). Ведь эта
модель - только специальный частный случай. Существуют и другие модели,
которые удовлетворяют уравнениям теории относительности и содержат
замкнутые линии времени.
"Тот факт, что ситуация с возвращением в прошлое, описанная Г„делем,
не проходит в предложенной им модели, - заметил по этому поводу
Чандрасекар, - не исключает вообще подобной возможности в рамках общей
теории относительности. Хорошо бы, конечно, доказать для общего случая
невозможность замкнутых временоподобных мировых линий, но сейчас можно
только сказать, что частный пример, предложенный Г„делем, оказался
неверным".
Во всяком случае, показать, что подобные модели противоречат
уравнениям общей теории относительности, никому не удалось.
Иными словами, из того, что циклические возвращения Вселенной к
прошедшему невозможны в специальной модели, предложенной Г„делем, еще не
следует, что вообще не может существовать мир с замкнутыми линиями
времени. Это еще необходимо доказать. Кстати, возможность циклической
Вселенной допускает и Дрейк. "Если наш пульсар действительно является
остатком старой Вселенной, - говорит он, - то кто может утверждать, что
до нее не было еще одной, а там еще и еще..."
Если повторяющая себя Вселенная в духе Г„деля пока что остается
весьма маловероятной возможностью, которая
хотя формально и не опровергнута, но ничем и не подтверждена, то
другие варианты циклических моделей разработаны более детально. В этих
моделях Вселенная пульсирует, то расширяясь, то сжимаясь и всякий раз
проходя при этом стадию сверхплотной горячей плазмы.
Одна из таких моделей "сконструирована" английским астрономом Т.
Голдом. Она основана на том, что современная физическая теория в
принципе допускает "обращение времени". Если в уравнениях этой теории
заменить направление течения времени на противоположное, то все события
потекут в обратном порядке.
Вдохновившись "конструкторской" деятельностью Голда, другой
английский астрофизик П. Девис решил построить свою "Вселенную", в
известной мере противоположную Голдовской. В этой Вселенной направление
течения времени в каждом новом цикле также меняется на противоположное,
но в промежутке между соседними циклами, в период наибольшего сжатия,
оно вообще не имеет направления! Что это значит с физической точки
зрения, сказать трудно, поскольку в современных физике и астрофизике
вопросы, связанные с поведением материи в экстремальных условиях, по
существу еще не разработаны.
Любопытно также, что модель Девиса допускает проникновение через
область наибольшего сжатия некоторых физических процессов из одного
цикла в другой, разумеется, с соответствующей "переработкой". Именно в
свете подобной возможности Девис пытается толковать так называемое
реликтовое излучение. Согласно существующей теории, это излучение должно
было возникнуть на одной из ранних стадий расширения Вселенной и
равномерно заполнить все мировое пространство. Однако в модели Девиса
реликтовое излучение приобретает совершенно иной, и, прямо скажем,
неожиданный смысл. Это уже не "посланец из прошлого", а, если можно так
выразиться, отголосок... будущего! Именно отголосок, а не предвестник!
Своеобразная "радиозаря" того цикла в эволюции Вселенной, который еще
только должен наступить в будущем. При этом во Вселенной Девиса
нарушается один из фундаментальнейших принципов современного
естествознания, так называемый принцип причинности - "следствия не могут
опережать свои причины". Но к этому принципу мы в свое время еще
вернемся, а сейчас отметим, что существует еще одна модель развития Все
ленной во времени, в известном смысле противоположная как модели Девиса,
так и ряду других циклических моделей. Она разработана одним из учеников
Эйнштейна Дж. Уилером. И в этой модели Вселенная тоже пульсирует, то
сжимаясь, то раздуваясь, но всякий раз она возрождается из сверхплотного
сгустка в ином виде, с новыми характерными параметрами и даже новым
набором элементарных частиц. Мало того, во Вселенной Уилера нет вообще
времени в обычном понимании этого слова - нет настоящего и нет будущего!
Никто, разумеется, не возьмет на себя смелость утверждать, что модели
Годда, Девиса, Уилера и им подобные - это и есть точное описание нашей
Вселенной. Да на это они, пожалуй, и не претендуют. Идет поиск.
Нащупываются новые направления. Оцениваются и переоцениваются различные
идеи. Осмысливаются новые факты...
И ценность перечисленных выше моделей на данном этапе развития науки
о Вселенной определяется не столько степенью соответствия реальному
положению вещей, сколько их эвристическим характером. Они побуждают к
поиску новых пространственно-временных представлений, новых неизвестных
фундаментальных физических закономерностей, новых форм причинных
связей...
Теория и реальный мир
(беседа с доктором физико-математических наук А.Л. Зельмановым)
Московский космолог доктор физико-математических наук А.Л. Зельманов
был одним из самых выдающихся советских астрофизиков-теоретиков второй
половины XX столетия, отличавшийся оригинальным подходом ко многим
проблемам современного естествознания.
Мы думаем, что предлагаемая беседа с АЛ. Зельмановым, составленная на
основе нескольких интервью с этим незаурядным ученым, поможет читателям
лучше разобраться в тех вопросах современной физики и астрофизики,
которым посвящена настоящая книга и которые так или иначе связаны с
проблемами пространства и времени...
Автор: С развитием науки нередко оказывается, что какая-то из
основных физических теорий может быть выведена из более общей. В чем
состоит специфика такого "перехода"?
Зельманов: Представим себе, что у нас есть две теории, одна из
которых частная, то есть менее общая, другая - более общая. Общая теория
применима к более широкому кругу явлений, чем частная. У этих теорий
разные уравнения. И дело не просто в том, что уравнения общей теории
позволяют производить более точные количественные расчеты. Между ними
есть существенные качественные отличия. Если взять совокупности всех
физических величин, которые входят в уравнения двух теорий, то окажется,
что они различны. Есть некоторые величины, общие для обеих теорий, но
есть и разные: в уравнениях общей теории одни, в уравнениях частной -
другие. При этом чрезвычайно существенно, что появление новых величин в
уравнениях более общей теории связано с применением новых понятий.
Когда совершается переход от частной теории к общей, оказывается, что
сами понятия частной теории (понятия, а не только уравнения) носят
приближенный характер. Новые понятия, применяемые в более общей теории,
являются более точными. Именно поэтому частная и общая теории
качественно отличаются друг от друга.
Исторически - переход от частной теории к более общей - это
революция, требующая непривычных, "безумных" идей, выработки совершенно
новых понятий.
Автор: Значит, вы считаете, что в процессе развития физики и
астрофизики "безумные" теории, то есть резко противоречащие принятым
взглядам, имеют право на существование?
Зельманов: Вообще говоря, нормальный путь развития науки состоит в
том, что каждое новое явление мы стремимся объяснить на основе уже
известных закономерностей. Но когда появляется уверенность в полной
невозможности подобных объяснений, наступает время "безумных" идей.
Автор: Что же может послужить критерием этой уверенности?
Зельманов: Такого рода критерий подсказывает нам история
естествознания. Иногда в науке создается положение, когда совокупность
всех известных фактов хорошо укладывается в определенную систему
физических принципов. Но обнаруживаются новые факты (явления), которые
не могут быть объяснены в рамках прежних теорий.
Может случиться и так, что основные физические теории, хорошо
объясняющие разные факты, логически исключают друг друга. Тогда
создается положение, при котором невозможно уложить в одну теоретическую
схему все факты - и старые и новые: одни факты как бы противоречат
другим. Так, по-видимому, можно сформулировать критерий революционной
ситуации в физике.
В таких случаях необходимы принципиально новые идеи, с точки зрения
которых факты перестают противоречить друг другу. Конечно, то, что одни
факты противоречат другим, далеко не всегда очевидно, поэтому и
необходимость новых "безумных" идей может быть осознана уже после того,
как они будут фактически высказаны и приведут к созданию новой теории,
которая впоследствии окажется основной.
Теоретическая астрофизика строится на основе физики. Поэтому
"безумные" идеи в астрофизике непосредственно относятся к области
физики; это прежде всего те же "безумные" идеи, в которых может
нуждаться физика. Вот почему применительно к астрофизике интересующий
нас вопрос сводится к следующему: можно ли без логических противоречий
объяснить совокупность всех известных в настоящее время астрофизических
фактов в рамках существующих основных физических теорий, или же для
этого нужны новые, еще неизвестные принципы ("безумные" идеи),
необходимость которых в самой физике достаточно очевидна?
Поскольку основным источником эмпирических сведений в астрофизике
служат наблюдения, а не эксперименты, ответить на этот вопрос гораздо
труднее, чем на вопрос о необходимости "безумных" идей в физике.
Поэтому, пытаясь объяснить всю совокупность открытых фактов на основе
известных физических закономерностей, нужно иметь в виду также
возможность и вероятность того, что некоторые из этих фактов могут
получить правильное объяснение лишь с точки зрения новых, еще
неизвестных физических принципов.
Автор: Как вы в таком случае относитесь к идее "все более странного
мира", открываемого в процессе развития естествознания?
Зельманов: Разумеется, всякий раз, когда очередные "безумные" идеи
органически входят в науку, они перестают казаться странными и
безумными. Но на последующих этапах
развития науки возникает необходимость в новых идеях, "безумных" с
точки зрения тех, которые уже стали привычными. В этом смысле ожидание
открытия "все более странного мира" и соответственно ожидание
своеобразного "нарастания безумия" основных идей (презумпция
нарастающего "безумия") парадоксальным образом оказываются наиболее
разумной психологической позицией.
И если вдуматься, это совершенно естественно: ведь "безумные" идеи в
науке в конечном счете всего лишь "непривычные" идеи, с которыми мы
раньше не встречались.
Автор: А есть ли возможность на основе уже существующих теорий
предсказывать еще неизвестные нам явления во Вселенной?
Зельманов: Есть. Ведь открытие фактов, лежащих вне круга применимости
существующих теорий, не означает, что последние исчерпали себя внутри
этого круга. В частности, еще далеко не исчерпаны возможности общей
теории относительности в астрофизике.
Автор: Мы постоянно употребляем термин "Вселенная" в разных смыслах и
в разных контекстах. Что же такое Вселенная?
Зельманов: Можно сказать, что Вселенная - это предмет изучения
астрономии; астрономия - наука о Вселенной. Но астрономия, как и любая
конкретная наука, изучает материальный мир со стороны некоторых
интересующих данную науку аспектов..Таким образом, Вселенная - это
материальный мир, рассматриваемый со стороны его астрономических
аспектов.
Автор: Что же представляют собой эти "астрономические аспекты"
материального мира?
Зельманов: Для ответа на этот вопрос нам необходимо обратиться к
одному из самых поразительных эмпирических фактов - к факту
существования последовательности материальных структурных образований
разных масштабов и различной степени сложности - от элементарных частиц
до Метагалактики. Эту последовательность иногда называют
структурно-масштабной лестницей. Ступенями этой лестницы служат
элементарные частицы и атомные ядра, атомы и молекулы, макроскопические
тела, космические тела, системы космических тел вплоть до Метагалактики.
Такова известная нам в настоящее время часть структурно-масштабной лест
ницы, которая охватывает гигантский интервал масштабов, составляющий
более 40 порядков- от 10"13 сантиметра до 1028 сантиметра.
С точки зрения масштабов человек принадлежит к классу
макроскопических тел, а Земля, на которой мы живем, - к классу
космических тел. Это обстоятельство - положение человека на
структурно-масштабной лестнице - определяет применяемые им методы
изучения объектов, составляющих различные ступени той же лестницы: от
макроскопических тел в сторону меньших масштабов - главным образом
эксперимент, прежде всего физический эксперимент, от космических тел в
сторону больших масштабов - астрономические наблюдения.
Это значит, что Вселенная - это материальный мир, изучаемый в больших
масштабах.
Автор: А что вы понимаете под материальным миром?
Зельманов: С моей точки зрения, понятие материального мира в принципе
равнозначно понятию материи. В словосочетании "материальный мир"
подчеркивается целостность материи, это - материя как целое. Целостность
же материального мира - это единство всех его аспектов. А когда речь
идет о Вселенной, мы рассматриваем только материю, взятую в больших
масштабах, и уже тем самым ограничиваем себя, в частности, рассмотрением
неживой материи и вообще отвлекаемся от существования всех других ее
аспектов, не связанных с этими большими масштабами.
Автор: Но Вселенную изучает не только астрономия, но и космология. В
чем различие между ними?
Зельманов: Космология - один из разделов астрономии. В отличие от
других ее разделов, изучающих конкретные космические объекты с различных
точек зрения; космология претендует на изучение Вселенной как целого.
Точнее, космология - есть физическое учение о Вселенной как целом,
включающее в себя теорию всего охваченного астрономическими наблюдениями
мира как части Вселенной.
Автор: Если я вас правильно понял, вы различаете теорию и учение.
Зельманов: Совершенно верно. Учение - более общее понятие, чем
теория. Теория - такое учение, которое может и должно быть проверено
эмпирическими данными. Учение же может быть такой проверке и не
доступно. Что же касается космологии, то поскольку она основывается не
только на
эмпирических данных, но и на основных законах физики, на основных
физических теориях, область применимости которых в принципе выходит
далеко за пределы охваченного наблюдениями мира, то она может
представлять собой именно учение о Вселенной как целом.
Автор: Но выводы этого учения, которые выходят за границы охваченного
наблюдениями мира, очевидно, не доступны непосредственной эмпирической
проверке. Что же в таком случае может явиться критерием справедливости
космологических построений?
Зельманов: Таким критерием может служить сохранение выводов
космологии при замене основных физических теорий, лежащих в ее основе,
новыми теориями, более общими и, следовательно, опирающимися на
несравненно более широкий круг фактов.
Разумеется, кроме эмпирических и физико-теоретических данных для
космологии весьма существенны и философские принципы, поскольку она
соприкасается с коренными вопросами философии и, кроме того, не может
обойтись без далеко идущих обобщений и экстраполяции.
Автор: В научной литературе встречаются термины: "Вселенная
Эйнштейна", "Вселенная Фридмана", "Вселенная Наана", в том числе и
"Вселенная Зельманова". Как это понимать?
Зельманов: Под этими терминами имеются в виду различные модели, то
есть теоретические схемы Вселенной, соответствующие разным
представлениям о ней как целом.
Автор: Однако существует мнение, согласно которому разные
теоретические "вселенные" - это действительно реальные космические
системы, существующие где-либо в пространстве мироздания.
Зельманов: Говорить о реальном существовании других вселенных имеет
смысл лишь в том случае, если самый факт их существования допускает
проверку или непосредственную, или хотя бы косвенную, теоретическую. В
частности, теория инфляционной Вселенной допускает теоретическую
возможность существования бесчисленного множества обособленных
космических миров. Нельзя исключить, что дальнейшее развитие этой теории
логически свяжет факт существования множества вселенных с какими-то
реальными свойствами каждой из них: в том числе и той, в которой мы
живем. Это
будет означать, что между различными вселенными все же существует
некая взаимная связь. Хотя эта связь и будет отличаться от обычной
причинно-следственной связи. А это означает, что косвенные подтверждения
существования других вселенных могут быть в принципе обнаружены и при
изучении нашей собственной Вселенной.
Автор: Как известно, наши взгляды на мир в значительной степени
связаны с существованием в природе законов сохранения. Можно ли
представить себе такие условия, при которых эти законы не действуют? Что
в таком случае произойдет? Могут ли существовать в природе законы еще
более общие?
Зельманов: Современная физика действительно знает ряд законов
сохранения, однако не все они универсальны! Некоторые из них, например,
при сильных взаимодействиях выполняются, а при слабых - нет. Но наиболее
общие законы сохранения остаются справедливыми всегда, по крайней мере
во всех известных нам случаях. К их числу относятся законы сохранения
массы, энергии, количества движения, момента количества движения.
Между прочим, законы сохранения весьма "устойчивы" по отношению к
смене физических теорий. Весьма вероятно, что и фундаментальные принципы
будущей единой физической теории также будут связаны с идеей сохранения.
Хотя какую именно форму примут тогда законы сохранения, сказать трудно.
Но даже если все известные сейчас законы сохранения окажутся следствием
каких-то других более общих законов, которые не являются законами
сохранения в привычном для нас смысле, то никакой катастрофы при этом не
произойдет.
Автор: Что вы думаете о тех трудностях, с которыми в обозримом
будущем могут встретиться физика и астрофизика в процессе дальнейшего
изучения Вселенной, в частности, проблем пространства и времени?
Зельманов: История науки показывает, что какие бы затруднения ни
встречались в ее развитии - а она и не развивается иначе, как через
затруднения, - они обязательно рано или поздно преодолеваются. При этом
обычно рождаются новые трудности, иногда в еще большем числе, но
преодолеваются и они. Таков диалектический ход развития науки...
Фрактальная Вселенная
До начала 80-х годов XX столетия в астрофизике господствовало
представление о расширяющейся однородной и изотропной Вселенной, то есть
о такой Вселенной, основные свойства которой приблизительно одинаковы
для достаточно больших областей пространства и для всех направлений.
Однако исследования последних десятилетий заставили всерьез задуматься
над тем, что привычная фридмановско-хаббловская модель расширяющейся
Вселенной, обладающей поперечником от 10 до 20 миллиардов лет, слишком
проста, чтобы быть достаточно точным отражением реальной Вселенной и,
тем более, нашей области мироздания.
В начале 1980-х годов в качестве дополнения к теории горячей
расширяющейся Вселенной, у истоков которой стояли выдающийся русский
физик Георгий Гамов и католический ученый Жорж Леметр, американским
теоретиком Гутом и советским астрофизиком Линде была разработана уже
упоминавшаяся нами теория "инфляционной" или "раздувающейся" Вселенной,
которая возникла в результате флюктуации физического вакуума и за
короткие мгновения увеличившая объем первоначального небольшого сгустка
вещества по меньшей мере в 1050раз. Уже одно это обстоятельство наводит
на мысль о том, что по отношению к материальному миру, частью которого
мы являемся, вполне применимо представление о "практической
бесконечности". Кроме того, из теории "раздувающейся Вселенной"
вытекает, что в ней должно было образоваться великое множество
обособленных областей - "доменов", каждый из которых может обладать
свойствами, не похожими на свойства нашей Вселенной. Это могут быть иные
фундаментальные законы физики, иная геометрия, иное, возможно даже,
дробное число измерений, а также иной характер течения времени
...Закладка в соц.сетях
