МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ ГУМАНИТАРНЫЙ СЕМИНАР
«ФИЛОСОФСКИЕ И ДУХОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ И ОБЩЕСТВА»



Павленко А. Н.

ХАОТИЧЕСКАЯ КОСМОЛОГИЯ: РОМАН С МАТЕРИАЛИЗМОМ И РАЗВОД С ХРИСТИАНСТВОМ? [*]

МАТЕРИАЛЫ 6-Й АССАМБЛЕИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ с. 3

Эволюция космологического знания отметила в 2001 г. своеобразный юбилей — двадцать лет с момента появления первой работы Алана Гуса, предложившей использовать «инфляцию» для решения проблем фридмановской теории [1]. К концу восьмидесятых и началу девяностых годов прошлого столетия было осознано большое количество проблем внутри самой эволюционной космологии Фридмана-Леметра-Гамова [2]. 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, который далее обретает собственную жизнь. Возникает множество вариантов ИТ: первый сценарий Гуса  А. Г.(1981 г.), новый сценарий Альбрехта, Стейнхарда П., Линде А. Д. (1982 г.), сценарий Старобинского А. А. (1979 г.,1983 г.) и, наконец, хаотический сценарий А. Д. Линде (1983 г.) [3]. 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. В научный обиход входит новый термин — «хаотическая космология». Новое направление в космологии становится предметом конференций и публикаций. Поэтому представляет безусловный интерес выявление отличия собственных и эпистемологических оснований хаотического сценария от сценариев нехаотических. В предшествующих работах нами уже были предприняты попытки выявления специфики теории Фридмана–Леметра–Гамова [4] (теории эволюционирующей Вселенной), вообще специфики космологического знания.

Итак, постраемся установить специфику ИТ как таковой.

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. 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 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 полем Хиггса. В данном случае под «пустым» пространством и временем следует понимать отсутствие реальных микрочастиц и излучения. Вакуум мог содержать лишь виртуальные частицы.

Эпистемологические основания ИТ. К ним можно отнести следующие положения:

1. Принципиально расширяется класс описываемых теорией объектов. Наблюдаемая область Вселенной (1028 см) становится локальной областью. Если раньше — в период господства теории эволюционирующей Вселенной — существовала проблема правомерности экстраполяции макрофизических 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, которые 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 многих 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 1010(7)–1010(14) см, тогда как наблюдаемая область Вселенной равна приблизительно 1028 см. И хотя в современной наблюдательной астрофизике предлагаются различные «экзотические» способы проверки существования стенок домена [5], реальное подтверждение этого предсказания остается «за пределами» нынешних 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 10107 см. В результате перехода вакуума из состояния с отрицательной плотностью энергии в состояние с положительной плотностью энергии и происходит рождение легких частиц — лептонов,из которых большую часть составляют фотоны. Однако скорость фотона не может превышать, согласно СТО, некоторой конечной величины. Следовательно, для того чтобы «пробежать» путь от границы домены 1010(7) см до области наблюдаемой земным исследователем 1028 см потребуются десятки миллиардов лет. Но в таком случае, современный земной наблюдатель оказывается, фактически, «отрезанным» от всего остального огромного мира его же собственной Вселенной. К человеку просто не приходит информация из внешнего мира. Следовательно любые наблюдения «закрытых областей» в принципе невозможны [6].

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) 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.

Теперь рассмотрим основные положения хаотического сценария.

1. Хаотический сценарий предполагает, что скалярное поле, наполняющее пространство распределено хаотически, в котором плотность энергии вакуума определяeтся лишь с точностью до планковского ограничения, в силу квантовомеханического принципа неопределенности [7].

2. Скалярное поле в хаотическом сценарии способно порождать новые области, заполненные этим же полем. Это приводит к трем принципиальным следствиям:

а) Вселенная в целом, если справедлив хаотический сценарий, никогда не сколлапсирует (не будет смерти Вселенной в целом).

б) Вселенная в целом состоит из огромного числа (порядка 105) доменов, подобных наблюдаемой нами Вселенной (В них могут существовать наблюдатели подобные нам).

в) Вселенная в целом, возможно вообще не имела первоначальной космологической сингулярности (не было общего происхождения Вселенной в целом) [8].

Неудобная роль хаотической теории в «союзе науки и религии»

История взаимоотношения христианства и науки наполнена многими драматическими событиями. Так 5 марта 1616 г. католическая церковь с согласия Папы Павла V внесла работу Николая Коперника «Об обращениях небесных сфер» в Индекс запрещенных книг*1* [2]. По мнению церкви «математическая гипотеза» Коперника являлась гипотезой опровергающей принципиальное положение Священного Писания, говорящее о том, что «Бог сотворил небеса над Землей, а не Землю над небесами». Позднее в этот Индекс попадает и работа Галилея, написанная в защиту теории Коперника «Диалог о двух главнейших системах мира». Формально они оставались под запретом в течение двух последующих столетий, вплоть до 1822 г. [3] [9]

Оопыт противостояния с наукой не мог не оставить своего следа на церковном теле. Поэтому в 20 веке католическая церковь уже была вынуждена считаться с новыми достижениями, как бы они не противостояли буквальному прочтению писания. Свидетельством этому может служить признание церковью теории Большого Взрыва как теории уже подтверждающей описание творения мира Богом, данное в Библии. Папа Пий XII фактически признал, что теория Большого Взрыва подтверждает библейское описание творения мира [10] [4]. Теперь, в лице Папы Пия XII, католическая церковь совершает движение прямо противоположное тому, которое было совершено в 1616 г. Такой союз науки и религии обещал достижения научно-религиозного единства знания о естественном мире.

Вот здесь и возникает исторический казус. Однажды (в 1616 г.) вынеся отрицательный вердикт в области не являющейся собственной для христианства — «как устроены небеса?» — церковь попала в затруднительное положение. В 20-м веке церковь совершает действие, как ей кажется, прямо противоположное первому — выносит положительный вердикт. Однако, как мы видим, относительно все той же области, которая по-прежнему не является ее собственной — «как устроены небеса?». Между тем как собственной областью христианства является только один существенный вопрос: «как спасти падшую душу?» [11][7].

Итак, напомним, что теория эволюционирующей вселенной, в иной номинации — Теория Большого Взрыва (Big Bang), несла в себе взрывную силу не только с собственно космологической точки зрения, но и с точки зрения ее воздействия на все устои европейской культуры. Лишь кратко напомним основные ее положения [12] [9]

Особенность ЭТ заключалась в том, что описываемая в ее рамках Вселенная с необходимостью рождалась из так называемой начальной космологической сингулярности. В церковной интерпретации космологическая сингулярность была интерпретирована как «первая точка», «первый миг» рождающейся Вселенной.

Позднее ЭТ получает «физическое наполнение» в работе Георгия Гамова (1948 г.) [13], в которой он развивает модель «горячей Вселенной». Согласно модели Гамова возникшая Вселенная была заполнена в начальную эпоху горячим ультрарелятивистским газом, состоящим преимущественно из фотонов, электронов и других частиц. Последующее остывание Вселенной привело к аннигиляции частиц и античастиц, а позднее к падению плотности энергии фотонного газа, а вместе с ней и его температуры. В 1964–65 гг. американцы Пензиас и Вилсон впервые наблюдали именно этот «реликтовый», остывший до температуры 2,70 К, «фотонный газ». Модель Гамова после полученного подтверждения становится общепринятой. А у богословов появляется теперь уже «научный аргумент» в пользу того, что слова из первой главы книги Бытия:


3 И сказал Бог: да будет свет. И стал свет.
4 И увидел Бог свет, что он хорош; и отделил Бог свет от тьмы.


вполне доказаны. Действительно, соблазн был очень велик: как же иначе можно интерпретировать библейские строки, как не в терминах современной космологии? Библейский «свет» это и есть «фотонный газ». Ведь «фотон» был введен Эйнштейном в 1905 г. как именно квант света! Сотворенная Богом Вселенная была заполнена этим первичным газом (светом). Проходит четыре года и в 1952 г. Папа Пий XII выступает с официальным признанием — ЭТ подтверждает Священное Писание.

Однако на фоне триумфа ЭТ происходит постоянный рост числа затруднений [14]. Сложность была в том, что теория Большого Взрыва сама столкнулась с рядом неразрешимых для нее проблем, часть из которых неразрешима в ее рамках в принципе. Для их решения требовалось создание принципиально иной теоретической базы, обнекоторых ее существенных компонентах мы говорили выше. Такой базой как мы знаем и стала ИТ.

Основной идеей инфляционного сценария, в связи с обсуждаемой темой, было то, что при расширении Вселенной (увеличении ее радиуса) плотность энергии вакуума не меняется! Как пошутил Линде: «Пустота» остается «пустотой», даже если она «весит» [15]. Это соотношение плотности энергии вакуума и давления как раз и позволило появиться «инфляции». Как мы уже знаем, в этой пустоте не было ни частиц, ни излучения - классических форм существования вещества! То есть в вакуумоподобном состоянии Вселенная была лишена даже библейского «света» - фотонного газа! И может создаться впечатление, что квантовая космология сделала еще один шаг «вверх» на листе библейского описания миротворения. Шаг ко второму стиху, где говорится:


Земля же была безвидна и пуста, и тьма над бездною;


Раз в ней не было «света», то следовательно в ней ничего и нельзя было «видеть». Там были буквальная «тьма» и «бездна». Это как нельзя лучше согласовывалось с первым (1981 г.) и новым (1982 г.) инфляционными сценариями. Однако они сами столкнулись с проблемами, неразрешимыми в их рамках. Для их решения Линде и предлагает существование хаотически распределенного скалярного поля.

Напомним, что другой особенностью этого поля в хаотическом сценарии является его способность порождать новые области. Следовательно, в самовосстанавливающейся Вселенной никогда не будет конца и, возможно, никогда не было общего «начала».

Таковы были прогнозы автора хаотического сценария.

Здесь и справедливо задать вопрос: как же быть католической церкви в ситуации, когда «хаотическая космология» (Сhaotic Сosmology) уже прочно вошла в научный обиход?

Действительно, ИТ есть теория развивающая ЭТ Вселенной. Она решила большинство проблем эволюционной космологии за счет «раздувания». Однако до сих пор (с 1981 г) инфляционная теория не имеет ни одного эмпирического подтверждения вновь предсказанных фактов (стенки домена, магнитный монополь и др). В этих условиях некоторые космологи (например, А. А. Старобинский) предлагают рассматривать подтверждения эволюционной теории (открытие Хаббла и котротковолнового фона) как собственные подтверждения инфляционной теории. Они справедливо полагают, что эволюционная теория является «предельным случаем» инфляционной теории. Другими словами они допускают не только историческую, но и логическую преемственность эволюционной теории и инфляционной теории. Это позволяет выразить их преемственность в строгой форме (Мodus Рonens):

Если верна эволюционная теория, то верна и инфляционная теория
Эволюционная теория верна
Инфляционная теория — верна


При всей простоте этого вывода он содержит в себе нетривиальный смысл, который заключается в следующем. Признавая адекватность Эволюционной теории реальным процессам во Вселенной (это было сделано Папой Пием XII), мы не можем игнорировать и тех следствий, которые вытекают из этой адекватности. Другими словами, нам необходимо принимать всю эволюционную теорию со всеми ее проблемами и со всеми вариантами их решений. Следовательно, необходимо признать правомерность инфляционной теории на ее адекватность, действительной альтернативы которой пока нет!

В связи с этим возникает проблема: что делать с идеей множественности миров, в которых с необходимостью придется допустить существование множества историй…?

С нашей точки зрения основные утверждения хаотического сценария (существование множества независимых областей, наполненных деситтеровским полем, размеры домена и др.) вступают в прямое противоречие не только библейско-христианской доктриной, но и с основным направлением европейской мысли (учения Платона и Аристотеля) о единственности мира.

Не получается ли теперь так, что публичное признание Папой Пием XII теории Большого Взрыва как теории, подтверждающей описание творения мира, данное в книге Бытия, оказалось преждевременным? Имеет ли смысл не только католической, но и любой церкви выносить утвердительные (отрицательные) вердикты относительно областей, которые не являются собственными для них «Как устроены небеса?», то есть выходящими за рамки собственного вопроса «Как спасти душу?»? Наконец, не оказалась ли католическая церковь снова (после 1952 г.) «в затруднительном положении», как это уже было после 1616 г.?




Павленко Андрей Николаевич — д-р. филос. наук, ведущий научн. сотр. Института философии РАН (Москва)

ПРИМЕЧАНИЯ

[*] Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 01–06–80217  назад
[1] Guth A. H.// Phys.Rev. — 1981, V. D23, P. 347. назад
[2] См. подробнее об этом: Павленко А. Н. Идеалы рациональности в современной науке// Вестник РАН, — М., 1994, Т. 64, № 5, С. 409–416. назад
[3] Линде А. Д. Письма в ЖЭТФ, 1983, — Т. 38, С. 149; Linde A. D. //Phys.Lett.,1983, V. 129B, P. 177. назад
[4] См.: Павленко А. Н. Идеалы рациональности в современной науке // Вестник Российской Академии наук. М., 1994. C. 5.; Павленко А. Н. Современная космология: проблема обоснования // Астрономия и научная картина мира. М. ИФРАН, — 1996; Павленко А. Н. Современная космология: новые идеалы рациональности// Исторические типы рациональности, Т. 2, — М.: ИФРАН, 1996, Глава X.; Павленко А. Н. Европейская космология: основания эпистемологического поворота, — М. — ИФРАН, ИНТРАДА, 1997; Павленко А. Н. Эпистемологический поворот // Вестник Российской Академии наук. М., 1997. C. 4.; Павленко А. Н. «Стадия эмпирической невесомости теории» и ad hoc аргументация // Философия науки, Вып 4. — М.: ИФРАН, — 1998. назад
[5] См., например материалы Харьковской конференции «Гравитация,космология,астрофизика», Харьков, — 2000. назад
[6] Некоторые современные астрофизики склонны допускать существование тахионов  — частиц, способных двигаться со сверхсветовыми скоростями. Однако допущение существования таких переносчиков взаимодействий, естественным образом, потребует пересмотра теоретического фундамента современной физики, построенного в значительной мере на основе релятивистской и квантовой теорий. назад
[7] «Поэтому предположение о том, — говорит Линде, что поле * изначально находилось в точке ф = ф(0) , не является более правдоподобным, чем предположение, что оно находилось в любой другой точке», Линде А. Д. Физика элементарных частиц и ифляционная космология, — М.: Наука, — 1990. назад
[8] Линде А. Д., С. 58. назад
[9] Смотрите подробнее Фантоли Аннибале , Галилей : в защиту учения Коперника и достоинства Святой Церкви, — М.: МИК, — 1999, Стр. 166–167. Барбур Иен, религия и наука: история и современность, — М.: Библейско-богословский институт им св. Апостола Андрея, — 2000, — Стр. 17. назад
[10] См. Pope Pius XII, «Modern Science and the Existence of God», The Catholic Mind (1952, Mar.), P. 182–192. назад
[11] В современной православной церкви наиболее последовательно такой точки зрения придерживается профессор МДА Алексей Ильич Осипов, позиция которого по обсуждаемому вопросу во многом схожа с позицией Э. Мак Маллина. Вот, что пишет Осипов: «В то же время религиозное мировоззрение, в частности, православие, в принципе не может иметь противоречий с естественными науками, поскольку оно не включает в себя ни их законы и теории, ни конкретные "детали" знания материального мира. Оно остается неизменным независимо от того, что утверждает наука в различные моменты своего развития: Земля или Солнце являются центром нашей системы, что вокруг чего вращается, из каких "кирпичиков" построена Вселенная» Осипов А. И., Путь разума в поисках истины (Основное богословие), — М.: Издательство братства во имя св. блгв. князя Александра Невского, — 1999, — С. 137. назад
[12] Наиболее обстоятельное физическое изложение теории Большого Взрыва можно найти в работе Зельдовича Я. Б., Новикова И. Д. Строение и эволюция Вселенной, — М.: Наука, — 1975 г. Методологические основания этой теории были проанализированы нами в работе Павленко А.Н. Европейская космология: основания эпистемологического поворота, — М.: ИНТРАДА, — 1997. Гл. 3 и 4. назад
[13] 10 Gamov G.// Phys.Rev . — 1948, — V.74, P. 505. назад
[14] Более подробно перечень этих проблем можно найти в работе А. Д. Линде, «Физика элементарных частиц и инфляционная космология». — М.: Наука, — 1990 назад
[15] Линде А. Д. «Физика элементарных частиц и инфляционная космологи», — М. Наука, — 1990, — С. 35

© СМУ, 2001 г.