Введение в космологию. Оч. 2

Философские, исторические и психологические аспекты современной космологии. Очерк второй

Аннотация. Первая часть очерка посвящена фантастическому взлету А.Эйнштейна над горизонтом современной космологии. Сложившийся, или точнее, «взрощенный» в силу исторических и психологических причин научный миф об открытии теории относительности молодым и никому неизвестным швейцарским патентоведом, скорее всего, в  XXI веке будет разрушен или сойдет на «нет» сам по себе, в силу появления новых физических и математических конструктов на фоне современной космологии. Но в настоящее время он почти безраздельно господствует в космологии, физике и научно-общественном сознании. Во второй части автор обращается к проблемам правоподобности моделей современной космологии и идеи множественности миров.

Как и было обещано в первом очерке [5], возвращаемся к фантастическому взлету А.Эйнштейна над горизонтом современной космологии.
«Статья Эйнштейна поступила в редакцию журнала 30 июня 1905 года, т.е. уже после того, как было опубликовано в «Comptes Rendus» краткое сообщение Пуанкаре, но опережала его более подробную статью, полученную редакцией итальянского журнала 23 июля того же года и вышедшую в свет в январе 1906 года. Изложение велось молодым автором в довольно необычной для научных публикаций манере, без указания идей и результатов, заимствованных из других исследований, без сопоставления полученных выводов с итогами более ранних попыток решений той же проблемы. … Эйнштейн дает обоснование принципа относительности без всякой ссылки на первоисточник. Всего несколько слов сказал он об экспериментальном обосновании этого принципа, не обсуждая конкретных опытов и даже не упоминая решающий эксперимент Майкельсона-Морли. Эта краткость вполне естественна, если признать, что он считал принцип относительности уже всесторонне обсужденным в научной литературе. И действительно, у этой фундаментальной идеи был конкретный автор – Анри Пуанкаре. Ему пришлось неоднократно высказывать и с энтузиазмом отстаивать её, поскольку она противоречила глубоко укоренившимся убеждениям о существовании светоносного эфира. Удивительная проницательность Эйнштейна как раз в том и состояла, что он один из немногих воспринял и осознал значение этой идеи [12].
 «В 1905 году Пуанкаре завершает наиболее полное и строгое в математическом отношении построение новой физической теории, получившей затем название теории относительности.
В серии статей, опубликованных в 1895 году, он приходит к важному заключению о том, что принцип относительности строго выполняется для оптических и электромагнитных явлений» [12].
Таким образом, становится ясным, что «первый решающий шаг в этом направлении был сделан Пуанкаре, который показал несостоятельность представлений об абсолютном времени и абсолютной одновременности для разноместных событий, опираясь на вполне конкретный экспериментальный факт – конечность скорости передачи самого быстрого материального сигнала, скорости света.  В 1898 году один из выпусков широко известного тогда французского научного журнала открылся статьей Пуанкаре «Измерение времени». На протяжении почти тринадцати страниц автор основательно анализирует такие простые, казалось бы, понятия, как равенство двух промежутков времени и соответствии между собой моментов времени в разных точках пространства. Его рассуждения показывают, что понятие времени казалось до сих пор очень простым только потому, что о нем серьезно не задумывались. Принимая абсолютное время, классическая физика, оказывается, делала ряд неявных допущений, с которыми следовало бы расстаться после того, как убедились в конечном значении скорости света» [12].
Советский исследователь Мостепаненко А.М. представляет этот процесс проникновения в теорию относительности следующим образом: «Как известно, Лоренц и Пуанкаре раньше Эйнштейна получили основные соотношения специальной теории относительности. Однако ограниченность их философских взглядов помешала им произвести правильную физическую интерпретацию созданного математического аппарата. Гендрик Лоренц был убежденным материалистом, но он был слишком привержен классической физике и не смог отказаться от традиционных представлений о времени и пространстве. Анри Пуанкаре был готов отказаться от классических представлений и не был подвержен догматизму, но не верил в объективную реальность пространства и времени. Он полагал, что мы выбираем наши пространственно-временные представления путем конвенции (соглашения), из соображений удобства и целесообразности» [10].
Существенно по иному трактуют те же события (продвижение теории относительности на передовые рубежи мировой науки) М.И. Панов и соавт.: «Дальнейшее существенное развития теория относительности получила в работах гёттингенского математика Германа Минковского. В 1907 году он выступил в Гёттингене с докладом «Принцип относительности», а в следующем году опубликовал на эту тему обширный трактат. Минковский существенно дополнил результаты Лоренца и Эйнштейна, внес в физику новое понимание необходимости синтеза пространственных и временных представлений. Но его работа в значительной мере перекрывалась ранее опубликованной статьей Пуанкаре. В исследовании инвариантов новой теории работа Пуанкаре превосходила даже более поздние выступления Минковского. Последний ни в одной из своих статей не отметил выдающийся результат Пуанкаре в развитии математического аппарата теории относительности и ни словом ни упомянул предложенную им идею четырехмерного представления этой теории. … Лоренц отмечал, что разработка теории, строго удовлетворяющей принципу относительности, была предпринята им под влиянием критики его прежних работ со стороны Пуанкаре. Хоть мы и не находим в работах Эйнштейна аналогичного признания, однако известный из его биографии факт изучения им с товарищами книги Пуанкаре «Наука и гипотеза» объясняет детальные совпадения развиваемых в его последующих статьях положений с оригинальными новаторскими установками, высказанным французским ученым. … Пуанкаре не мог не знать о попытках немецких авторов представить развитие Эйнштейном и Минковским пространственно-временного аспекта теории Лоренца как создание новой физической теории. Но, видимо, такие притязания немецкой науки представлялись ему настолько необоснованными, что он не считал нужным делать специальные заявления по этому поводу. Французский ученый полагал, что достаточно рассказать об истинной сути проишедшего в науке переворота, чтобы развеять всякие недоразумения» [12].
Сам А.Эйнштейн по этому поводу утверждал позднее: ««Если заглянуть в прошлое развития теории относительности, не будет сомнений в том, что в 1905 году она созрела для своего появления. Лоренц уже знал, что уравнениям Максвелла соответствуют преобразования, названные потом его именем, а Пуанкаре углубил эту идею.  Я был знаком с фундаментальной работой Лоренца, вышедшей в 1895 году, но позднейшей работы и связанного с ним исследования Пуанкаре не знал. В этом смысле моя работа была самостоятельной. Новое в ней состояло в следующем. Лоренцовы преобразования выводились здесь не из электродинамики, а из общих соображений…» [9].
Как мы отмечали в предыдущих статьях, российский математик В.И. Арнольд утверждал, что: «вероятно, самое знаменитое из позабытых открытий Пуанкаре – это его изобретение (за 10 лет до Эйнштейна) принципа относительности. В 1895 году Пуанкаре опубликовал (в философском журнале, без формул) статью «Об измерении времени». Он ясно объяснил в ней, что «абсолютное пространство» и «абсолютное время» Галилея и Ньютона не имеют никакого эмпирически-экспериментального определения (так как зависят от способа синхронизации часов в удаленных местах). Пуанкаре указал, что единственный научный способ избежать это неудобство – необходимо постулировать независимость всех истинных законов природы от произвола в выборе системы координат, используемых для описания экспериментов. … Математическая часть «специальной теории относительности» тоже была опубликована Пуанкаре до Эйнштейна (включая знаменитую формулу E=mc2» [1].
Таким образом, мы приходим к парадоксальному, на первый взгляд, но вполне прозрачному выводу: Минковский и Эйнштейн не могли не знать обо всех выше перечисленных работах Пуанкаре. А тот парадоксальный факт, что они забыли сослаться на работы Пуанкаре (как того требовала общепринятая научная этика) лежит в сфере идеологии и психологии конкретных ученых.
Сложившийся, или точнее, «взрощенный» в силу исторических и психологических причин научный миф об открытии теории относительности молодым и никому неизвестным швейцарским патентоведом, скорее всего, в  XXI веке будет разрушен или сойдет на «нет» сам по себе, в силу появления новых физических и математических конструктов на фоне современной космологии. Но в настоящее время он почти безраздельно господствует в космологии, физике и научно-общественном сознании.
Как давно отмечал известный индийский астрофизик Нарликар: «И все-таки остается открытым вопрос о том, действительно ли теория Эйнштейна адекватно описывает физические явления в сильных полях тяготения. … Лишь незначительное меньшинство теоретиков не поддаются этому благодушному настроению. Они полагают, что в астрономии, как в теории, так и в наблюдениях, уже возникли достаточно серьезные проблемы, которые дают все основания для переосмысления основ физики. Как мы уже увидели, ключевая роль во многих бурных процессах во Вселенной принадлежит тяготению. И вполне естественно» [11].
В предыдущем очерке [4] мы приводили мнение французского физика Л.Бриллюэна [2], выражавшего свои большие сомнения в надежных основаниях теории относительности. Можно сказать, что такие сомнения имеют место и у других ученых, но их меньшинство. Подавляющее большинство физиков, космологов и прикладных математиков убеждены, что теория относительности (ОТО и СТО) основаны на убедительных и научно неопровержимых основаниях.
В частности, марксистско-ленинская философия в СССР воспринимала теорию относительности Эйнштейна как научную догму. Великий Л.Ландау свято верил в правильность ОТО и посвятил немало трудов дальнейшему развитию приложений этой теории. Ведь если думать по-другому, не воспринимая парадигму Эйнштейна  как абсолютную истину и догму (на все века), мы закономерно приходим к выводу, что необходимо переосмысление основ физики, и весь фундамент современной космологии вдруг неожиданно начинает «плыть», потому как «построен на песке» (по образному выражению Бриллюэна). Тогда мы возвращаемся к давним высказываниям о том, что «Подлинная природа Метагалактики в большой степени определяется её «скрытой» массой. С этой массой связаны такие явления, как парадокс Ольберса, парадокс Цвикки, «черные дыры», космические лучи, экранизация и возбуждение светящихся звезд, «реликтовое» излучение. При этом чрезвычайно важно отметить, что все перечисленные явления до настоящего времени не находили удовлетворительного объяснения, потому что их общая причина – повышенная концентрация межзвездного вещества – оставалась невыявленной. Связанное со «скрытой» массой повышение плотности Метагалактики требует пересмотра существующих представлений о геометрии мира, физической структуре межзвездной среды, процессах, совершающихся в несветящихся космических телах» [7].
А ведь именно так и обстоит дело в современной космологии, где общеприняты примитивные, редуцированные модели Вселенной (Метагалактики), которые игнорируют актуальную неизученность и непознанность многих аспектов и проблем «вселенского физического процесса», и при этом отдают «карт-бланш»  умозрительным концепциям, основанным на – и поддерживаемым изощренным математическим аппаратом.
Простой пример. От четырех и пяти измерений мы перешли к десяти и одиннадцатимерному миру. И вполне логически рассуждаем, что могут быть 36-мерные и более-мерные варианты.
Отсюда, распространенное мнение о том, что «Природа, как правило, ускользает от простейшего варианта своего описания. А в теориях суперструн выход за пределы простейшего варианта ведет к необозримому простору возможностей выбора калибровочных симметрий и пространственно-временного базиса» [16].
Это мнение в определенной степени родственно давнему утверждению, что «Теория относительности существенно расширила понимание связи между пространством и временем. В теории относительности пространство и время как бы «пронизывают» друг друга: временные параметры входят в определение пространства, а пространственные – в определение времени» [17].
Это больше похоже на распространенную тавтологию типа «Экономика должна быть экономной» или «Физика должна быть математической, а математика – физичной». Добавим к вышесказанному еще одно особенное мнение известного японского физика-теоретика Рёю Утиями: «Положенные в основу общей теории относительности принципы сильно отличаются от принципов теории Ньютона, а примененный Эйнштейном математический аппарат гораздо сложнее аппарата старой физики. Поэтому широко распространилось мнение, что как с понятийной, так и с математической стороны теория Эйнштейна трудна для понимания. В то же время выводимые из нее физические следствия отличались от следствий ньютоновской механики весьма незначительно. В частности, применение новой теории к явлениям земного масштаба приводило к столь мизерному отличию от выводов ньютоновской механики, что измерить разницу при помощи доступных тогда технических средств оказалось совершенно невозможным. На ум невольно приходила пословица:«гора родила мышь» [15].
Возвращаясь к проблемам современной космологии и к правоподобности её моделей, имеет настоятельный смысл вспомнить высказывание советского астрофизика А.Л. Зельманова: «Разрабатывая космологию необходимо помнить, что наши модели могут в чем-то и не соответствовать действительности, что они могут оказаться верными, так сказать, «с точностью до наоборот» [8].
Советский философ-космолог А.Турсунов, еще 44 года назад отмечал: «Конкретно-астрономическое же содержание космологического условия однородности и изотропности в смысле Фридмана – Лемэтра можно выразить следующим гипотетическим суждением: в любой заданный момент космического времени (единого для всей Вселенной) плотность и гидродинамическое давление вещества (и излучения) имеют одни и те же средние значения в любой мыслимой пространственной области (т.е. не зависят от пространственных координат), причем обе эти физические характеристики могут изменяться во времени, но только в одинаковой мере во всех частях Вселенной. На геометрическом языке общей теории относительности это означает постоянство кривизны пространства модели в данное мгновение времени.
Приступая к теоретическому моделированию Вселенной как целого на основе рассматриваемого допущения, космолог, как уже отмечалось, прибегает к следующей процедуре: производит воображаемое расширение реальных границ и логическую реконструкцию материального объекта, данного на уровне наблюдения (астрономической Вселенной), в удобную для теоретического исследования форму, т.е. создает идеализированный объект – познавательный прообраз Вселенной как целого. Для этого производится мысленное равномерное «размазывание» всей космической материи по всему пространству [14].
На наш отвлеченный дилетантский взгляд (со стороны) – это одна из главных ошибок или устойчивых заблуждений при построении метагалактических космологических моделей. В связи с такой точкой зрения, любопытно привести высказывания британского астронома Риза: «Мы можем быть частью вечного и бесконечного мультиверсума, внутри которого вырастают все новые и новые Вселенные, никогда не пересекаясь своими горизонтами. Основные силы – гравитационные, ядерные, электромагнитные – замирают, как только каждая Вселенная остывает. Результата такого охлаждения произволен, как рисунок льда на пруду или как поведение охлажденного магнита. Каждая из этих столь различных Вселенных, должна, видимо, иметь свою собственную физику, а также эволюционировать совершенно особым образом. Следовательно, иные Вселенные совершенно отделены от нашей, и мы никогда не проникнем внутрь их границ, даже если эти Вселенные будут прямыми ответвлениями от нашей собственной. В этой перспективе наш Большой Взрыв представляется всего лишь небольшим событием, вписанным в огромную структуру, вся история нашей Вселенной оказывается лишь эпизодом в бесконечном мультиверсуме. Мультиверсум вполне может охватывать все возможные варианты физических констант, в разных Вселенных жизнь может протекать по разным циклам самой различной продолжительности: в некоторых, вроде нашей, жизнь растянется на 10 миллиардов лет; некоторые будут совершенно бесплодны или даже «схлопнутся» после мимолетного существования, поскольку управляющие ими физические законы не будут способны поддержать развитие сложных структур.
Я утверждаю здесь, что целостность, обычно именуемая универсумом, которую изучают астрономы и которая берет начало в Большом Взрыве, может быть просто элементом целого ансамбля, где каждый подобный элемент может вести свое происхождение от своего собственного Большого Взрыва.
Наша Вселенная может оказаться довольно скудной и серой в сравнении с некоторыми другими, которые могут оказаться вместилищем структур настолько сложных и богатых, что у нас даже не хватит воображения представить их во всей полноте.
Но то, что мы называем основными константами (числа, представляющие интерес для физиков), может оказаться второстепенным следствием из конечной теории, которая явит нам более глубокий уровень. Мультиверсум может управляться согласно некой единой теории, но каждая Вселенная может охлаждаться в совершенно особой манере, порождая разные законы и разные физические константы, и делаться непохожей на других членов ансамбля.
Каждая теория пока остается целью настолько далекой, что мы не можем пока даже оценить, насколько наша собственная Вселенная доступна человеческому пониманию» [13].
Отсюда, отталкиваясь от понимания, целесообразно вспомнить давнее высказывание философа науки Кармина А.С.: «Понятие Вселенной оказывается «многоликим»: на различных стадиях исследования, при различных постановках космологической проблемы и различных подходах к её решению под Вселенной фактически приходится понимать не совсем одно и то же» [6].
В связи с высказыванием А.С. Кармина, имеет смысл вспомнить, что «Известные советские астрономы члены-корреспонденты АН СССР И.С. Шкловский и Н.С. Кардашев в свое время высказали гипотезу о том, что расширение Вселенной происходило не непрерывно, а с «остановкой». Задержка произошла в тот момент, когда радиус расширяющейся Вселенной достиг как раз той области, где наблюдается концентрация квазаров. В течение примерно 50 миллиардов лет Вселенная почти не расширялась, и за этой время успело образоваться много квазаров. В этом случае возраст Вселенной может достигать 70 миллиардов лет, и в ней вполне могут существовать объекты и гораздо более старые, чем загадочный Джи-Пи-1953» [8].
Известный американский астроном Френк Дрейк сказал по этому поводу приблизительно следующее: «Очень возможно, что существует небольшая часть мирового пространства, преспокойно пережившая тот гигантский взрыв, который дал начало Вселенной. Вероятно, в этой зоне по каким-то причинам материя сохранилась в своем первоначальном виде…» [8].
Отталкиваясь от идеи рефугиумов первоначальной материи в переживших Большой взрыв частях мирового пространства, мы логично переходим к идее множественности миров, и даже, точнее, к идее множественности обитаемых миров. Как говорил Шкловский: «Идея множественности обитаемых миров так же стара, как и человеческая культура. Эта идея получила повсеместное распространение еще тогда, когда астрономии как науки фактически не было» [19].
Один из самых дерзких (опередивших время) философов-космологов, Джордано Бруно, в своем учении о множестве миров, рассматривал также и проблему смертности миров, которая обрела научный смысл только в XX веке.
Исследователь учения Бруно философ Визгин В.П. следующим образом комментирует глубину проникновения мысли итальянского философа в проблему эволюции и смертности миров: «Чтобы глубже разобраться в проблеме смертности миров, необходимо учитывать космологическое учение Бруно о времени. Время, как и другие характеристики, в частности движение, тяжесть и т.д., подлежит действию принципа относительности – каждому миру отвечает его собственное время. «Времена, - говорит Бруно, - равны по числу и количеству звезд» (Astronomus, art. XXXVIII). Иными словами, времен во Вселенной бесчисленное множество (в этом плане Вселенная Бруно ближе к Вселенной Эйнштейна, чем ко Вселенной Ньютона). У Бруно имеются две шкалы времен: шкала времен смертных в принципе миров (время планетарных вращений, ритмов и смены сезонов и т.п.) и шкала универсального, вселенского времени, эквивалентного вечности. Миры в принципе смертны: «При гибели и обновлении какого-либо мира животные… возникают благодаря могуществу сил самой природы». Миры, несомненно, не являются вечными по природе» [3].
Конечно, можно узреть с точки зрения современной космологии, некую наивность, как во взглядах Д.Бруно, так и его комментатора Визгина В.П. Последнее мы бы отнесли к высказыванию о близости космологии Бруно ко Вселенной Эйнштейна. Но можно также разглядеть и идею панспермии, которой в настоящее время в науке уделяется недостаточное внимание.
Шкловский задавался вопросом: «находится ли вид homo sapiens на генеральной линии развития материи во Вселенной? Ответить на этот вопрос мы пока тоже не можем. Не исключено, что развитие мыслящей материи пойдет в каком-то ином направлении, а может быть уже и идет в других частях Вселенной» [18].
Вполне возможно, что прав Д.Бруно, утверждавший о множестве обитаемых миров (и древние греки, имевшие подобную гипотезу) и также, возможно, прав Шкловский в том, что развитие мыслящей материи вовсе не ограничивается линией Homo Sapiens. Для земной человеческой цивилизации это всего лишь шанс – действительно стать разумной. Но судя по истории человечества, особенно последние 110 лет, разумность в человеческом мировом сообществе проявляется только время от времени, не позволяя надежно прогнозировать космическое будущее нашей маленькой планетарной цивилизации человеков…

ЛИТЕРАТУРА

1.Арнольд В.И. Недооцененный Пуанкаре // УМН. 2006. 61:1(367). С. 3–24
2.Бриллюэн Л. Н. Новый взгляд на теорию относительности. Пер. с англ. – М.: Мир, 1972. 144 с.
3.Визгин В.П. Идея множественности миров: Очерки истории. – М.: Наука, 1988. 296 с.
4.Винобер А.В. Введение в философские и психологические проблемы математики и системного анализа. Очерк второй / А.В. Винобер // Биосферное хозяйство: теория и практика. 2021 № 1 (31). С. 41-57.
5.Винобер А.В. Философские, исторические и психологические аспекты современной космологии. Очерк первый // Биосферное хозяйство: теория и практика. 2021. 6 (36).С. 5-24
6.Кармин А.С. Вселенная как объект космологии // Астрономия.  Методология. Мировоззрение. – М.: Наука, 1976. С. 199-213.
7.Кесарев В.В. Эволюция вещества Вселенной. – М.: Атомиздат, 1976. 184 с.
8.Комаров В.Н. Вселенная видимая и невидимая. – М.: Знание, 1979. 208 с.
9.Кузнецов Б.Г. Этюды об Эйнштейне. 2-е изд., перераб и доп. – М.: Наука, 1970. 495 с.
10.Мостепаненко А.М. Пространство и время в макро-, мега- и микромире. – М.: Политиздат, 1974. 240 с.
11.Нарликар Дж. Неистовая вселенная. Пер. с англ. – М.: Мир, 1985. 256 с.
12.Панов М.И., Тяпкин А.А., Шибанов А.С. Анри Пуанкаре и наука начала XX века // Анри Пуанкаре. О науке. – М.: Наука, 1983. С. 522-558.
13.Риз М.Дж. Жизнь в других вселенных и в нашей: космологическая перспектива // Много миров. Новая Вселенная, внеземная жизнь и богословский подтекст. Пер. с англ. – М.: АСТ, Астрель, 2007. С. 79-100.
14.Турсунов А. Философия и современная космология. – М.: Политиздат, 1977. 191 с.
15.Утияма Р. К чему пришла физика (от теории относительности к теории калибровочных полей). Пер. с япон. – М.: Знание, 1986. 224 с.
16.Хлопов М.Ю. Космомикрофизика. – М.: Знание, 1989. 64 с.
17.Чудинов Э.М. Теория относительности и философия. - М.: Политиздат, 1974. 304 с.
18.Шкловский И.С. Замечания о частоте встречаемости внеземных цивилизаций // Проблема поиска жизни во Вселенной. – М.:Наука,  1986. С. 21-25.
19.Шкловский И.С. О возможной уникальности разумной жизни во Вселенной // Астрономия.  Методология. Мировоззрение. – М.: Наука, 1976. С. 252-274.


Опубликовано: Философские, исторические и психологические аспекты современной космологии. Очерк второй // Биосферное хозяйство: теория и практика. 2021. № 7 (37). С. 55-68