Жанр: Электронное издание
Павленко А.Н.
МЕСТО "ХАОСА" В НОВОМ МИРОВОМ "ПОРЯДКЕ"
(Методологический анализ оснований хаотической космологии)
Введение
Космология отмечает в 2003 г. своеобразный юбилей - двадцать лет с момента
появления первой работы Андрея Дмитриевича Линде1, предложившего "хаотический
сценарий" происхождения наблюдаемой нами Вселенной. Нетривиальность
предложенного им подхода в решении космологических проблем, может быть, только
сегодня начинает осознаваться в полной мере. Несмотря на очевидные преимущества
в сравнении со сценариями предшественниками, хаотический сценарий первоначально
даже среди самих космологов воспринимался скорее как "научная экзотика", чем как
реалистическое научное знание, содержание которого действительно соответствует
чему-то в физической реальности.
Между тем, его появление было обусловлено отнюдь не стремлением к
"оригинальности", а сугубо внутритеоретическими требованиями - хаотический
сценарий был "естественным решением" проблем, накопившихся уже в самой
инфляционной теории происхождения Вселенной.
Напомним, что в 1981 г. американскому физику Алана Гусу удается использовать
"инфляцию" (раздувание) для решения некоторых проблем фридмановской теории 2,
значительное количество которых было осознано к концу восьмидесятых и началу
девяностых годов прошлого столетия 3. Именно для их решения потребовалось
существенно менять собственные и эпистемологические основания теории.
Фактически, речь шла о "цене", которую было необходимо заплатить за
"приобретение" новых оснований. Мерой цены в данном случае выступали
господствующие представления локального наблюдателя о физико-геометрической
структуре устройства Вселенной. Космология восьмидесятых становилась квантовой
теорией, а фундаментом теоретических построений становится физический вакуум.
Итак, инфляционная теория (ИТ) по существу запустила механизм инноваций, которые
далее обретают собственную жизнь. Возникает множество вариантов ИТ: первый
сценарий Гуса А.Г.(1981г.), новый сценарий А. Альбрехта, П. Стейнхарда, Линде
А.Д. (1982г.), сценарий Старобинского А.А. (1979г.,1983г.) и, наконец,
хаотический сценарий А.Д. Линде (1983г.)4. Хаотический сценарий оказывается
наиболее радикальным, с точки зрения изменения устоявшихся научных представлений
об устройстве мира. Его инновационная нагрузка состояла уже не столько в том,
чтобы решить проблемы эволюционной теории, сколько в том, чтобы решить вопросы
первого и второго инфляционных сценариев.
Впоследствии именно хаотический сценарий становится доминирующим в описании
структуры Вселенной, а в научный обиход входит новый термин -"хаотическая
космология". Можно было бы сказать определеннее - "хаотическая космология"
(Chaotic cosmology) это свершившийся факт. Новое направление в космологии
становится предметом конференций и публикаций. Поэтому в настоящей работе мы
ставим перед собой две задачи: 1) выявить отличия собственных и
эпистемологических оснований хаотического сценария от собственных и
эпистемологических оснований нехаотических сценариев; 2) продемонстрировать
возможные следствия, связанные "реализацией" хаотического сценария, как в самой
науке, так и за ее пределами.
В предшествующих работах нами уже были предприняты попытки выявления специфики
теории Фридмана - Леметра - Гамова 5 (теории эволюционирующей Вселенной), вообще
специфики космологического знания. Было также показано, что некоторые
современные теории в физике и космологии находятся на стадии "эмпирической
невесомости", а в самих этих дисциплинах наблюдается "эпистемологический
поворот" от идеалов и норм понимания природы научного знания, сложившихся в
новоевропейском естествознании, к идеалам и нормам, характерным для науки в
античности. Поэтому настоящую работу можно рассматривать не только как попытку
выявить методологическую специфику новой области космологии, но и как
продолжение уже возникшей дискуссии по эпистемологическим основаниям космологии
как таковой 6.
Для решения сформулированных задач, прежде всего, необходимо рассмотреть
специфику инфляционной теории как таковой, то есть понять, что давала "инфляция"
не только для преодоления собственно научных, в данном случае космологических и
физических проблем, но и для изменения во многих своих существенных чертах всей
современной научной картины мира.
1. Основания инфляционной теории
Собственные основания ИТ. Не претендуя на полноту, можно выделить следующие
специфические основания теории:
1. Теория вводит в научный обиход понятие " инфляция" - раздувание, которое
описывает экспоненциально быстрое увеличение объема Вселенной, находящейся в
вакуумоподобном состоянии. Скорость увеличения размеров системы (на стадии
раздувания) на много порядков превышает скорость света в вакууме. Однако это не
противоречит СТО, поскольку скорость увеличения размеров системы, в отличие от
скорости передачи сигналов (взаимодействия), может быть сколь угодно большой.
Радиус Вселенной, на стадии раздувания в ИТ, примерно за период 10^-43 - 10^-35
сек. увеличивается от планковского размера 10^-33 см до фантастически огромного
размера 10^10^7 - 10^10^14 см.
2. Фундаментальность вакуума по отношению ко всем другим физическим формам
существования материи. Инфляционная теория предполагает рождение наблюдаемой
Метагалактики (мини-Вселенной) в результате вакуумной флуктуации.
3. Независимость пространства и времени от вещества и излучения на ранних
стадиях эволюции вселенной. Стадия раздувания в эволюции Вселенной
осуществляется без присутствия вещества и излучения. Другими словами,
раздувается "пустое" пространство и "пустое" время. Они наполнены лишь скалярным
полем. В данном случае под "пустым" пространством и временем следует понимать
отсутствие реальных микрочастиц и излучения. Вакуум мог содержать лишь
виртуальные частицы.
4. Инфляционная теория получает в 2001 г. свое первое эмпирическое
подтверждение7.
Эпистемологические основания ИТ. К ним можно отнести следующие положения:
1. Принципиально расширяется класс описываемых теорией объектов. Наблюдаемая
область Вселенной (10^28 см) становится локальной областью. Если раньше - в
период господства теории эволюционирующей Вселенной - существовала проблема
правомерности экстраполяции локальных свойств пространства-времени на
крупномасштабную структуру Вселенной, то теперь возникает проблема правомочности
экстраполяции свойств наблюдаемой области на принципиально ненаблюдаемые.
Причина такой экстраполяции имеет многофакторную природу: проблема причинного
горизонта, проблема светового горизонта и др.
2. Инфляционная теория решает большинство проблем эволюционной теории
(плоскостности, горизонта, трехмерности и т.д.) ценой такого расширения своей
теоретической базы, что эйнштейновское описание физического мира становится
"классическим". В качестве ее теоретической базы в разных сценариях выступают
ТВО, теория супергравитации, теория суперструн, дающих описание таких физических
объектов и свойств пространства-времени, некоторые из которых в подавляющем
большинстве не могут быть обнаружены земным наблюдателем в обозримом будущем или
даже в принципе.
3. Инфляционная теория поставила вопрос не только о правомочности и статусе
опосредованных наблюдений, но и вопрос о бессмысленности наблюдений некоторых
предсказанных ею фактах. В качестве подтверждения приведем несколько примеров.
Инфляционная теория предсказывает, что в результате флуктуации вакуума рождаются
"пузырьки"-домены, которые имеют плотные стены в виде крупномасштабных
неоднородностей. Размер этих стенок порядка 10^10^7 - 10^10^14 см, тогда как
наблюдаемая область Вселенной равна приблизительно 10^28 см. И хотя в
современной наблюдательной астрофизике предлагаются различные "экзотические"
способы проверки существования стенок домена8, реальное подтверждение этого
предсказания остается "за пределами" современных возможностей. Другим примером
может являться так называемая проблема "светового горизонта". Суть ее в том, что
Вселенная на стадии инфляции раздувалась как "чистое пространство", не
наполненное частицами света - фотонами. Они появляются только после того, как
Вселенная уже обретает размер порядка 10^10^7 см. В результате перехода вакуума
из состояния с отрицательной плотностью энергии в состояние с положительной
плотностью энергии происходит рождение легких частиц - лептонов, то есть
рождается предсказанный Г. Гамовым "ультрарелятивистский фотонный газ". Однако
скорость фотона не может превышать, согласно СТО, некоторой конечной величины.
Следовательно, для того чтобы "пробежать" путь от границы домены 10^10^7 см до
области наблюдаемой земным исследователем 10^28 см свету потребуются десятки
миллиардов лет. Но в таком случае, современный земной наблюдатель оказывается,
фактически, "навсегда отрезанным" от всего остального огромного мира в его же
собственной Вселенной. К наблюдателю просто не приходит информация из внешнего
мира. Следовательно, любые наблюдения "закрытых областей" в принципе невозможны
9.
4. Прозрачность границы между физикой и космологией, которая еще только
наметилась в ЭТ, становится практически полной. Это имеет для науки 20 в.
нетривиальный смысл и означает, прежде всего, что природа (космос 10) разъятая
некогда на части, каждой из которых занималась "отдельная наука", начинает
объективно - а не по собственной воле каких-то особенно проницательных
исследователей - востворяться из небытия, обретая целостный облик организма. В
двадцатом веке обнаружилось, что без космологии невозможно построить
непротиворечивую и полную теорию элементарных частиц, а без последней -
невозможно построить реалистический сценарий эволюции Вселенной.
Таковы в самых общих чертах собственные и эпистемологические основания
инфляционной теории в целом. Теперь, опираясь на них, перейдем к рассмотрению
оснований хаотического сценария.
2. Основания хаотического сценария
Прежде всего, необходимо кратко рассмотреть содержание хаотического сценария.
Собственные основания:
1. Хаотический сценарий, в отличие от предыдущих, исходит из того, что скалярное
поле, наполняющее пространство, распределено хаотически. Такая величина как
плотность энергии вакуума в нем определятся лишь с точностью до планковского
ограничения, в силу квантово-механического принципа неопределенности.11
Следовательно, значения скалярного поля могут принимать любые допустимые теорией
значения. Флуктуации (колебания) этого поля могут иметь как положительный знак,
в этом случае поле возрастает, так и отрицательный знак, в этом случае поле
уменьшается и приближается к своему минимуму. Вероятность возрастания поля (в
общем случае) равна 1/2, поэтому одна половина объема раздувающейся Вселенной
будет заполнена возрастающим (неубывающим) скалярным полем, а вторая половина
будет заполнена убывающим полем.
Итак, главная черта хаотического сценария, зафиксированная здесь, состоит в
том, что скалярное поле, существование которого предполагает хаотический
сценарий, распределено хаотически. Именно эта черта первоначальной Вселенной и
дала повод автору назвать сам сценарий "хаотическим", а всю Вселенную -
хаотической.
2. Скалярное поле в хаотическом сценарии способно хаотически порождать новые
области, заполненные этим же полем. Дело в том, что в тех областях, где
флуктуации вакуума становятся меньше некоторой критической величины, инфляция, в
конце концов, прекращается. Но в областях с неубывающим полем происходит
порождение все новых и новых раздувающихся областей. Этот процесс не будет иметь
конца и, по мнению, автора теории, возможно, не имел начала. Это приводит к трем
принципиальным следствиям:
а) Вселенная в целом, если справедлив хаотический сценарий, никогда не
сколлапсирует (не сожмется в "точку" как это имеет место в теории
эволюционирующей Вселенной Фридмана). Не будет смерти Вселенной в целом.
б) Вселенная в целом состоит из огромного числа (порядка 10^5) доменов,
подобных наблюдаемой нами Вселенной (В них могут в принципе существовать
наблюдатели подобные нам).
в) Вселенная в целом, возможно вообще не имела первоначальной космологической
сингулярности (не было общего происхождения Вселенной в целом).12
Согласно хаотическому сценарию Линде, мы живем в одной из таких раздувшихся, а
затем наполненных веществом и излучением областей. Из хаотического сценария с
логической необходимостью следует, что должны существовать другие области,
подобные и неподобные нашей. В них могут существовать наблюдатели подобные
земному наблюдателю, а могут не существовать или существовать, но неподобные.
Эпистемологические основания (следствия) хаотического сценария:
1.Хаотический сценарий Линде второй раз в европейской истории - после теории
Аристарха - Коперника - ставит в таком "культурном объеме" под сомнение тезис о
"привилегированности земного наблюдателя". Причем, если раньше эта
привилегированность связывалась с геоцентрической системой отсчета, то теперь
система связывается с наблюдаемой Вселенной. В этом случае Слабый Антропный
Принцип Дикке - Идлиса 13 приобретает "локальный смысл". В соответствии с
хаотическим сценарием мы теперь вынуждены говорить: "Наше положение в
наблюдаемой Вселенной с необходимостью является привилегированным..., однако во
Вселенной в целом таковым не является".
2. Хаотическая космология показала, что в современном естествознании идет не
только процесс объединения фундаментальных взаимодействий, но что более важно -
процесс объединения наук. Сегодня среди физиков и космологов все увереннее
звучат голоса о том, что решение собственных проблем внутри физики и космологии,
скорее всего, зависит от объяснения природы жизни. Таким образом, следующее
объединение, вероятно (!?), будет иметь вид "космология-физика-химия-биология".
Не будет лишним заглянуть чуть дальше, предположив, что перспективными
кандидатами на объединение станут "психология" и "антропология".
Следует иметь в виду, что в данном случае речь идет не о какой-то
"искусственной" классификации наук, а о реальной потребности самих дисциплин во
взаимопроникновении, вызванной "странностью" изучаемого объекта, когда,
например, физические его качества необъяснимы средствами одной только физики.
"Простейший" пример: почему жизнь нашего типа осуществима только в проявленном
трехмерном пространстве и одномерном времени?
3. Хаотический сценарий еще раз подтвердил принципиальное изменение роли
математики в современной космологии и физике. Из языка и метода объяснения и
изложения она превращается, по сути, в фундаментальную основу и физики, и
космологии. Хаотический сценарий, как и вообще инфляционная теория, никаким
образом не выводимы из локального опыта. Существование "иных Вселенных",
предсказанное Андреем Линде, как и предсказание эволюции наблюдаемой Вселенной,
сделанное когда-то Александром Фридманом, являются чисто математическими
открытиями.
Такое направление эволюции современного физико-космологического знания - и
прежде всего, появление хаотической космологии - вместе с тем сопряжено с рядом
затруднений, природа которых коренится в господстве старых представлений о
задачах и методах научного познания. Положение, когда теоретический раздел
значительно опережает эмпирический раздел научной программы, требует особого
объяснения.
3. Стадия эмпирической невесомости теории (СЭНТ)
Анализ динамики и тенденций эволюции космологического знания в прошлом столетии
привел нас к осознанию необходимости введения такого понятия как "стадия
эмпирической невесомости теории" (СЭНТ)14. Следует отметить, что его появление
нашло некоторый критический отклик среди исследователей, занимающихся
основаниями физического и космологического знания 15. Однако, с одной стороны,
замечания, высказанные в адрес понятия, остались без ответа, а с другой стороны,
прошедший период собственного развития космологии - особенно ее хаотического
сценария - требует внесения некоторых корректив в его содержание.
Итак, выделим, в самом общем виде, основные характеристики, которые позволяют
говорить об избранной системе взглядов, как сформировавшейся научной теории,
претендующей на господство:
1. Теория, претендующая на право стать новой господствующей теорией, успешно
решает все проблемы предшествующей господствующей теории или подавляющее
большинство этих проблем.
2. Теория - претендент не отрицает предшествующую теорию как заблуждение, но
включает ее как "предельный случай", "стадию" и т.д., в свое более универсальное
объяснение физических и космологических процессов.
3. Теория-претендент успешно поглощает факты, считавшиеся фактами,
подтверждающими предшествующую господствующую теорию и рассматривает их как
факты собственного "косвенного" подтверждения.
4. Теория-претендент отвечает внутритеоретическим критериям обоснованности
научного знания - ее утверждения соответствуют законам сохранения, принципам
симметрии и т.д.
5. Теория - претендент предсказывает существование новых фактов, то есть имеет
собственную эвристику.
6. Теории - претендента придерживается (подавляющее) большинство научного
сообщества. Однако
7. Теория-претендент не имеет пока эмпирического подтверждения вновь
предсказанных ею фактов.
Такое состояние в эволюции научной теории, когда она отвечает подавляющему
большинству критериев научности естественнонаучных теорий, но по разным
причинам, некоторые из которых будут рассмотрены ниже, не имеет эмпирического
обоснования - мы и определили как "стадия эмпирической невесомости теории"
(СЭНТ). С помощью понятия СЭНТ сегодня могут быть характеризованы не только
инфляционная теория, но и многие теории в физике вообще и физике элементарных
частиц. Более того, как таковая, она вообще является объективной стадий
современной физики и космологии, поскольку возникшие изменения в самой природе
физического знания в 20-в веке, связанные как с изменением его предмета, так и с
его математизацией, фактически привели к положению, когда теоретический раздел
знания во многих областях "навсегда" опередила эмпирический раздел. Например,
стадия эмпирической невесомости теории эволюционирующей Вселенной Фридмана
продолжалась с 1922 по 1928 г., когда Э. Хаббл открыл эффект "красного смещения"
в спектрах удаленных скоплений галактик, т.е. шесть лет; теории электрослабых
взаимодействий Глэшоу-Салама - Вайнберга с 1961 по 1983, когда в ЦЕРНе были
обнаружены промежуточные векторные бозоны, то есть более двадцати лет;
инфляционная теория с 1981 по 2001 г. то есть двадцать лет; теория хаотической
Вселенной с 1983 г. по настоящее время, то есть двадцать лет. В аналогичном
положении оказываются модели Великого Объединения (объединение электрослабого и
сильного взаимодействий) и супергравитации (объединение всех четырех известных
взаимодействий, т.е. включающее и гравитацию) по настоящее время и т.д.
Важно понять, что появление и существование СЭНТ обусловлено изменениями в
природе самого физико-космологического знания. Изменилась его структура
(теоретическая часть знания, фактически оказывается довлеющей), значительно
выросла роль математики в раскрытии и объяснении природных связей, законов и
отношений. Это, в свою очередь, не могло не привести к чисто теоретическому
предсказанию новых фактов, существование которых не может быть предсказано на
основе обобщения (анализа) фактов локального опыта. В этом вопросе не только
космология, но и новейшие объединительные теории физики сталкиваются с
принципиальными трудностями. Возникает реальная проблема: как проверить в
локальном опыте теории, предсказания которых обращены к опыту нелокальному. Под
"локальным опытом" в данном случае будем понимать всю совокупность
экспериментальных и наблюдательных операций, которые осуществимы силами и
техническими возможностями земного наблюдателя в современную нам эпоху.
4. Трудности в эпистемологическом обосновании хаотической космологии.
Новоевропейская наука базируется на ряде принципов, важнейшим из которых
является обязательная "проверяемость в принципе" (англ. - Testability in
Principle) данных теории в опыте. Безусловно, космологические теории также
стремятся быть проверяемыми теориями. С этой точки зрения, особого внимания
заслуживает анализ природы естественнонаучного знания предпринятый Карлом
Гемпелем. Гемпель, совершенно справедливо полагал, что "многие эмпирические
утверждения по чисто практическим причинам не могут реально быть проверенны в
данный момент"16. Следовательно, когда такие практические причины будут
преодолены, естественнонаучная теория наконец-то получит подтверждение, а объект
реальности, описываемый теорией - свое объяснение.
Такой подход в процедуре объяснения естественнонаучных явлений был справедлив,
с нашей точки зрения, для физико-космологического знания , которое опиралось на
классические представления об устройстве мира. Однако те радикальные изменения в
основаниях физики и космологии, которые имели место в 70-90-е годы прошлого
столетия, позволяют иначе взглянуть на саму проблему "научного объяснения". Для
обоснования этого достаточно продемонстрировать "непроверяемость в принципе"
некоторых предсказаний современной космологии.
Однако по мнению Гемпеля "...утверждение называется проверяемым в принципе,
если можно описать тип данных, которые бы подтвердили или опровергли это
утверждение". Из определения видно, что это слишком широкая трактовка
"проверяемости в принципе", даже с учетом того , что Гемпель не отождествляет
"проверяемость" и "верифицируемость" теории.
Дело в том, что инфляционная теория - равно как и хаотический сценарий - точно
описывает такие данные (крупномасштабные неоднородности, существование закрытых
световым горизонтом областей, существование других доменов - вселенных и др.).
Они могли бы быть, исходя из определения Гемпеля, проверены в принципе. Но
трудность в том и состоит, что такие процедуры в принципе неосуществимы. В таком
случае, объяснение Гемпелем "принципиально непроверяемых утверждений"
оказывается неудовлетворительным, ибо ни один физик или космолог не откажется от
своей теории только на основании того, что некоторые предсказанные его теорией
факты в принципе непроверяемы.
Возникает вопрос: что делать с такого типа теориями ? Причем, задавая его,
следует иметь ввиду, что "стадия эмпирической невесомости теории" имеет ярко
выраженную тенденцию к увеличению срока своего существования, как это мы
показали на примере господствовавших и господствующих физических и
космологических теорий в прошлом столетии.
В классификации Гемпеля эти теории попадают либо в область формальных дисциплин
(математика, логика), либо в область метафизики. Например, Ст. Тулмин считал,
что такого рода теории являются натуралистической религией (метафизикой)17.
С позицией Тулмина в какой-то мере перекликается и точка зрения Р.М. Нугаева:
"Придавать тенденции, которая действительно проявляется на определенном отрезке
развития из многочисленных научных дисциплин, черты общезначимости, всеобщности
- это значит принимать очень сильное допущение. Признавать теорию, подавляющее
число предсказаний которой, как отмечает автор, нельзя проверить в принципе, в
качестве будущего образца развития науки - это значит отказаться от одного из
основополагающих критериев научности. Верно, что и этот критерий, и многие
другие исторически обусловлены и изменяются от одной научной революции к другой,
но как ценности научной деятельности (или как регулятивные принципы) они все же
необходимы. Без этих норм физика может превратиться в натурфилософию, в
метафизику"18. Отдавая должное справедливости сказанных слов в отношении науки
как "института", я лишь хочу заметить, что появление "непроверяемых в принципе
фактов" во второй половине 20-го века вовсе не означает "скандала в науке".
Европейская наука уже неоднократно бывала в такой ситуации. Например, в
античности, когда она носила преимущественно "умозрительный характер".
Нугаев Р.М., безусловно, прав в том, что современное естествознание жестко
завязано на практические нужды цивилизации, но в своей рецензии он сам говорит
об экологическом кризисе, порожденным этой цивилизацией. Тот же тип науки
(научной рациональности вообще), на появление и формирование которого я уже
обращал внимание, как раз и может рассматриваться как задел "экологически чистой
науки", то есть появления "Теории" в собственном смысле греческого термина
(((((( ("рассмотрение", "наблюдение"). Ведь парадокс - программа умозрительной в
своей основе науки (и сформировавшейся на ее основе цивилизации),
рассматриваемая сегодня как синоним "ненаучности", в ее первоначальной форме
"античной созерцательности" - была экологически чистой. С другой стороны,
программа новоевропейской эмпирической науки (и сформировавшейся на ее основе
новоевропейской цивилизации), рассматриваемая сегодня как синоним "научности"
человеческого знания о природе, оказалась экологически грязной.19 Хотя, конечно,
никакого парадокса нет, все как раз взаимосвязано!
С другой стороны, уже не прагматический, а собственно научный ряд достоинств
этих теорий (адекватность принципу соответствия Бора, решение проблем
предшествующих теорий, предсказания новых фактов и т.д.) позволяет, на мой
взгляд, говорить о том, что сама процедура "объяснения" в естествознании
нуждается в корректировке. В условиях, когда отсутствует эмпирическое
подтверждение и (или) когда оно в принципе невозможно, особенное значение
приобретают формальные критерии обоснования научного знания. Современное физикокосмологическое
знание все больше обретает черты математики. То, по поводу чего
протестовал Аристотель две с половиной тысячи лет назад20, сегодня начинает
обретать черты не просто гениального, но все-таки только проекта Платона, но
совершенно зримого обнаружения симметрий (математической гармонии) устройства
мира. Хотя, конечно, гармония, присущая Космосу, имеет не только математическое
выражение.
5. Принцип генетического подобия человека и Вселенной.
...Закладка в соц.сетях
