Естествознание, философия и науки о человеческом поведении в Советском Союзе
Шрифт:
Последние обсуждения общей относительности в Советском Союзе во многих отношениях сходны с западными дискуссиями, даже при сохранении терминологических различий. Соответственно пересмотры общей относительности такими западными учеными, как Дж. Уилер, Р. Дикке, Дж. Андерсон и Дж. Синг, привлекли большое внимание в Советском Союзе. Важность дебатов в Советском Союзе, включая философскую важность, дают полное основание для рассмотрения всех таких взглядов. Действительно, в лице таких естествоиспытателей, как Фок, советские исследователи внесли свой собственный вклад в обсуждение широкой значимости теории относительности и явления гравитации.
Глава XII. Космология и космогония
К сингулярному состоянию может быть с полным правом отнесено следующее высказывание Ф. Энгельса о первичной туманности Канта: «…материя до этой первоначальной туманности прошла через бесконечный ряд других форм».
Вопросы о конечности или бесконечности объема Вселенной, законах ее эволюции во времени и им подобные не являются философскими и должны решаться в свете данных астрономических наблюдений и
Ясно, что выводы космологии имеют большое мировоззренческое значение.
Различные ответы на основные вопросы, которые космология и космогония задают о происхождении и структуре Вселенной, всегда содержали следствия для философских и религиозных систем. Обычно связи между эмпирическими исследованиями Вселенной с одной стороны, и метафизическими системами — с другой, были значительно менее непосредственными, чем это предполагалось защитниками или оппонентами этих систем, но тем не менее имели место напряженные споры. Довольно трудно представить, например, какое либо научное доказательство, которое могло бы «подтвердить» или «опровергнуть» позицию человека, заявляющего о существовании Бога и имеющего в распоряжении аргументы хотя бы умеренной степени изощренности. Сходно с этим было бы трудно представить подтверждение или опровержение позиции просвещенного материалиста, утверждающего об исключительно естественном происхождении и эволюции космоса. Тем не менее отдельные виды доказательств со временем заметно повлияли на правдоподобность версий этих различающихся аргументов, и они, в свою очередь, развивались, отвечая на брошенные им вызовы. Здесь мне хотелось бы рассмотреть реакцию отдельных советских астрономов и философов — тех, которые активно защищали позиции диалектического материализма, — на астрономические факты последних десятилетий. Эта попытка потребует краткого обзора наиболее важных открытий астрономов, а также нескольких возникших в результате этого гипотез.
Хотя современные космологические теории часто обсуждаются в популярных статьях так как будто существуют только две соперничающие модели — «большой взрыв» и «стационарное состояние», — в последние 60 лет было предложено гораздо больше моделей, из которых более десятка получили признание среди космологов, достаточное для того, чтобы иметь общепризнанные названия. Авторы всех моделей были вынуждены принять во внимание несколько фундаментальных теоретических построений и астрономических открытий, которые являются совершенно новыми для нашего века. Наиболее важной теоретической новацией была общая теория относительности, выдвинутая Эйнштейном в 1916 г. В противоположность ньютоновской концепции бесконечной Вселенной, локализованной в Евклидовом пространстве, теория Эйнштейна предложила определение метрики пространственно-временного континуума посредством материи, существующей во Вселенной. Однако, вместо того чтобы постулировать уникальное пространство-время, уравнения Эйнштейна скорее открыли дорогу нескольким типам пространств с различными знаками кривизны: положительным (геометрия Римана), нулевым (геометрия Евклида) или отрицательным (геометрия Лобачевского). Выбор среди этих трех типов будет делаться на базе недостаточно определенных характеристик материи во Вселенной, особенно ее средней плотности. Определение средней плотности материи в целой Вселенной было явно невозможным, так как в любой момент времени человек может видеть Вселенную лишь на определенном протяжении. Более того, в этом столетии многие основные измерения, с которыми было связано вычисление плотности, такие, как расстояния до звезд и туманностей, были в высшей степени ненадежными; в нескольких случаях они были в действительности радикально пересмотрены. Таким образом, определение средней плотности материи было слишком трудной задачей.
Наиболее важным астрономическим открытием, волнующим космологию до сих пор в нашем веке, был сдвиг линий спектра внегалактических туманностей в сторону красной части спектра. Это явление было впервые отмечено В. М. Слайфером в 1912 г., но было тщательно исследовано Эдвином Хабблом в 20-х годах. Хаббл и М. Хьюмасон сформулировали в 1928 г. соотношение между красным смещением и расстоянием, что впоследствии было названо законом Хаббла. Это хорошо известное, но иногда неправильно понимаемое соотношение показывает, что красное смещение отдельной туманности прямо пропорционально расстоянию до туманности от наблюдателя. Интерпретированное в свете эффекта Допплера, красное смещение дает большую скорость удаления отдаленной туманности; в некоторых случаях эта скорость составляет достаточную часть скорости света. Хаббл был осторожен в применении интерпретаций, связанных с эффектом Допплера, но если такое применение осуществлено, то закон может пониматься как утверждение: скорость удаления туманности прямо пропорциональна ее расстоянию от нас. Эта интерпретация получила возрастающее признание среди астрономов и космологов во всем мире. Она является основой различных космологических моделей расширяющейся Вселенной. Когда такая модель сопровождается гипотезой об изначальном взрыве, а также о моменте, когда расширение началось, то модель принимает тип «большого взрыва».
Сразу после второй мировой войны была разработана Г. Бонди, Т. Голдом и Ф. Хойлом модель стационарного состояния. Она изначально была создана как попытка преодолеть конфликт между временной шкалой галактики и самой Вселенной, который получался согласно моделям большого взрыва. Однако вскоре теория стационарного состояния приобрела собственное логическое обоснование, которое стало для многих космологов убедительным, когда изначальная напряженность конфликта ослабла. В то время как все релятивистские модели были основаны на космологическом принципе (Вселенная одинакова по всем направлениям), модель стационарного состояния была основана на том, что ее приверженцы называли совершенным космологическим принципом (Вселенная одинакова не только по всем направлениям, но и в любой момент времени). Красное смещение входило в эту модель посредством предположения, что все галактики удаляются друг от друга в соответствии с соотношением Хаббла, но что стационарное состояние распределения материи сохраняется, несмотря на это «разбегание» в результате постоянного творения материи на месте старых галактик, которые это место покинули. Это нарушение
949
Bondi H.The Steady — State Theory of the Universe // Rival Theories of Cosmology. L., 1960. P. 17–18.
Модель стационарного состояния имеет то преимущество, что она бесконечна во времени; из этой модели следует, что не было «сингулярного состояния», когда вся материя Вселенной была спрессована в одну компактную массу, не было «рождения» Вселенной, как называют этот момент некоторые космологи. У нее есть и серьезный недостаток — нарушение одного из наиболее фундаментальных законов физики: закона сохранения материи и энергии (вследствие гипотезы о творении материи). Поэтому эта модель стала центром заметных споров во всех странах. Тем более, что проверяемость гипотезы благоприятствовала решению этих споров. Ее допущение, что Вселенная была всегда одинаковой во времени, могло быть проверено путем наблюдения очень удаленных галактик, которые «удалены во времени»; ее допущение, что все элементы могут быть синтезированы в настоящее время (тяжелые элементы создали здесь некоторые проблемы), также могло быть подвергнуто исследованию; и ее отрицание изначального взрыва могло быть проверено посредством поиска доказательств этого катаклизма. Эти усилия были предприняты в последние десятилетия; общим результатом их было поражение защитников теории стационарного состояния, которую стало все труднее поддерживать. Версия гипотезы «большого взрыва» сейчас принята подавляющим большинством космологов.
Для того чтобы не тратить больше времени на описание космологических моделей, я приведу схематическое их описание, к которому буду позже обращаться при обсуждении советских воззрений. Так как многие модели имеют общие положения, то довольно трудно было распределить все модели по отдельным категориям, но я попытался это сделать [950] . Можно проследить сложность этой проблемы, заметив, что нижеприведенная упрощенная категоризация включает четыре варианта теории большого взрыва (IIa, IIb, IIc, IIIc) и три варианта теории стационарного состояния (в разделе VI), не говоря уже о других [951] .
950
Peebles P. I. E.Physical Cosmology. Princeton, 1971; Sciama D.W.Modern Cosmology. Cambridge, 1971; Silk J.The Big Bang: Creation and Evolution of the Universe. San Francisco, 1980; Weinberg S.The First Three Minutes: A Modern View of the Origin of the Universe. N. Y., 1977; Weinberg S.Gravitation and Cosmology: Principles and Applications of the General Theory of Relativity. N. Y., 1972; Bonnor W.The Mystery of the Expanding Universe. N. Y., 1964; Hoyle F.The Nature of the Universe. N. Y., 1960; McVitte G. C.Fact and Theory in Cosmology. N. Y., 1961; Gamow G.The Creatior of the Universe. N. Y., 1955; Struve O.The Universe. Canbridge, 1962; de Vaucouleirs G.Discovery of the Universe. N. Y., 1957; Whitrov G.7. The Structure and Evilution of the Universe. L., 1959.
951
Категории I–IV являются «релятивистскими» в смысле принятия как специальной, так и общей относительности; в категории V принимается специальная, но отвергается общая относительность; VI категория являлась существенной адаптацией относительности, включавшей отказ от законов сохранения. Модели IIa, IIb; IIc и IIId могут быть названы моделями «большого взрыва», хотя IIb описывается лучше всего как модель «множественного большого взрыва». Модели IIIa, IIIb, IIIc и IIIe не являются моделями большого взрыва; IIIa и IIc начинаются с бесконечным периодом времени в статическом эйнштейновском состоянии; IIe содержит бесконечные фазы расширения и сжатия без сингулярного состояния между ними. IV, в противоположность другим моделям, основан на отрицании космологического принципа.
I. Статическая
а) эйнштейновские уравнения 1915 г.,
b) Эйнштейн (с космологическим членом //), 1917 г.
II. Расширяющиеся модели без космологического члена 2 [952]
a) Эйнштейн де Ситтер, 1932 г. (основаны на работе А.А. Фридмана, 1922 г.)
b) циклоидальная (основаны на работе А.А. Фридмана, 1922 г.)
c) гиперболическая (основаны на работе А.А. Фридмана, 1922 г.)
952
Космологический член был первоначально введен Эйнштейном для обозначения силы отталкивания, препятствующей гравитационному коллапсу в статической модели (Ib). Позже он отказался от этого члена, перейдя к расширяющимся моделям и поняв, в результате работ Фридмана, что расширяющиеся модели могут быть построены без этого члена. Этот космологический член был сохранен другими космологами (III); его действием, проявляющимся лишь на огромных расстояниях, является увеличение скорости расширения.
d) осциллирующая без сингулярного состояния. (основаны на работе А.А. Фридмана, 1922 г.)
III. Расширяющиеся модели с космологическим членом
а) Эйнштейн (как модификация Эддингтона, 1930 г.)
b) де Ситтер, 1917 г.,
с) Эддингтон (основываясь на 1b),
d) Леметр, после 1927 г.,
е) бесконечное сжатие — бесконечное расширение.
IV. Расширяющиеся и вращающиеся
а) О. Гекман и другие, основываясь частично на работе Гёделя, 1949 г.