Современная космология: философские горизонты

Коллектив авторов

Будем рассуждать, например, так. Неустойчивость структуры Метагалактики к вариациям численных значений фундаментальных констант имеет, как будто, лишь два объяснения: 1) фундаментальные константы изменяются с течением времени. Мы живем в эпоху, когда сочетание констант благоприятно для появления наблюдателя (П. Дирак); но эта гипотеза противоречит фактам; 2) тогда остается единственная возможность — допустить в соответствии с хаотическим сценарием инфляционной космологии множественность внеметагалактических объектов (других вселенных), у каждой из которых свои законы и сочетания констант. Принцип целесообразности оказывается с данной точки зрения аргументом в пользу существования этих объектов, приобретающим особый вес за неимением эмпирических свидетельств.

Таким образом, вырисовывается еще один подход к оценке космологических сценариев, в котором переплетены эмпирические и метаэмпирические знания. Для нашей Вселенной, Метагалактики характерно сочетание констант, которое обусловило появление в ней иерархии сложных структур. Это, с одной стороны, эмпирический факт: численные значения

фундаментальных констант определяются из экспериментов и наблюдений. С другой — каждая из констант приобретает смысл только в контексте определенной фундаментальной теории. Вывод о взрывной неустойчивости Метагалактики к малейшим вариациям констант «нагружен» контекстом всей по сути теоретической физики, но никакой объясняющей теории на этом уровне знания еще нет. Такой теорией не является инфляционная космология. Она позволяет предположить, что наблюдаемые сочетания фундаментальных констант представляют собой флуктуацию, т. е. возникли случайно, но не объясняет, почему значения констант те, а не иные. Это, по-видимому, задача Теории Всего, которая и станет подлинно объясняющей теорией для рассматриваемого факта, погрузив его в свой контекст. Но еще не получив объяснения, факт известного из наблюдения сочетания фундаментальных констант используется космологами в качестве косвенного критерия для обоснования современных представлений о Мультиверсе (Метавселенной). Например, этот факт можно использовать как аргумент в пользу реальности сценария хаотической инфляции, а поскольку он органически включает в себя модель Мультиверса, интерпретационный уровень расширяется еще более. Тот же факт — наблюдаемое сочетание констант погружают в еще более абстрактный теоретический контекст, рассматривая как аргумент в пользу реального существования до 10¹⁰⁰ других вселенных, метагалактик. Столь косвенные доказательства теоретических выводов применяют в современной космологии довольно часто. Особенно когда затрагивается существование объектов, принципиально не наблюдаемых современными средствами. Эмпирические критерии переплетены здесь с критерием когерентности знания и другими внеэмпирическими критериями. Для сторонников одной парадигмальной ориентации такие доводы являются убедительными, для сторонников других — нет.

Как оценить динамику стремительно меняющейся ситуации в современной космологии? По этому поводу высказаны диаметрально противоположные взгляды. Особенный резонанс вызывает тот факт, что известна природа лишь примерно 4 % вещества, образующего нашу Вселенную, а природа остальных 96 % (так называемого, «темного сектора») — загадочна. (Хотя, как я пытался показать, это лишь наиболее вероятная, но не единственно возможная интерпретация ускоренного расширения Вселенной). Эпистемологическая суть этой ситуации, на мой взгляд, вполне понятна: 1) растущее, но все еще недостаточное количество эмпирических знаний, не всегда надежно установленных и в ряде случаев не обладающих, к тому же, необходимой точностью; 2) «противоречие встречи» фундаментальных теорий, что позволяет строить лишь «гибридные» модели ранней Вселенной. Некоторые исследователи оценивают ее как новую научную революцию, но слышны рассуждения и о кризисе в космологии. Думаю, что оба типа оценок правомерны, поскольку подчеркивают разные стороны развития космологии наших дней.

Наличие такого рода ситуаций в космологии, находящейся на «переднем крае познания», не должно, однако, быть поводом для «глубокого удовлетворения» антисциентистов: наука-де опять зашла в тупик. Как раз напротив! Космология совершила колоссальный скачок, охватив научным исследованием недоступные области природы. Наши понятия, средства и традиционные методы исследования зачастую плохо адаптированы к новым познавательным ситуациям, создаваемым необычными типами реальности. Но познание не останавливается. Не могу не вспомнить слова A.A. Фридмана, написанные в 1923 г.: «Пока… математический анализ складывает свое оружие перед трудностями вопроса, и астрономические исследования не дают еще достаточно надежной экспериментальной даты для экспериментального изучения нашей Вселенной. Но в этих обстоятельствах нельзя не видеть лишь затруднений временных; наши потомки, без сомнения, узнают характер Вселенной, в которой мы обречены жить…».

ЕЛ. Мамчур

ЯВЛЯЕТСЯ ЛИ СОВРЕМЕННАЯ КОСМОЛОГИЯ «ИРОНИЧЕСКОЙ НАУКОЙ»?

Американский журналист, научный обозреватель журнала «Scientific American» Дж. Хорган десять лет тому назад опубликовал книгу с провоцирующим названием «Конец науки», в которой он развивал тезис, согласно которому фундаментальная наука подошла к своему концу [82] . Хорган утверждал, что ученые уже раскрыли большую часть загадок мироздания, разгадкам которых посвящает себя фундаментальная наука. На Западе книга Хоргана была встречена большей частью ученых с неодобрением. Это нашло свое отражение как в многочисленных рецензиях, так и в откровенных высказываниях на конференциях и симпозиумах. Книга была переведена в России, но особого внимания нашей научной общественности не привлекла. Совсем недавно редакция журнала “Discover” обратилась к Хоргану с просьбой прокомментировать те взгляды на науку, которые он высказал десять лет тому назад. Хорган откликнулся статьей, в которой подтвердил некоторые из высказанных им ранее аргументов, от других отказался, третьи смягчил [83] .

82

Morgan J. The End of Science. Facing the Limits of Knowledge in the Twilight of the Scientific Age. Adison-Wesley, 1996.

83

Horgan J. The Final Frontier. Discover. Oct. 2006.

Я не буду рассматривать здесь ни аргументы Хоргана, высказанные им в поддержку его тезиса о конце науки, ни саму проблему конца науки. Для меня его книга и статья лишь повод для того, чтобы высказать свое мнение по одному действительно важному вопросу. Я рассмотрю только один аргумент упомянутых работ, который с точки зрения их автора свидетельствует о том, что современная фундаментальная наука подходит к своим пределам. Хорган утверждает, что многие из областей фундаментального научного знания превратились в «ироническую» науку. Он не разъяснил, что он понимает под иронической наукой, но из контекста его рассуждений ясно, что речь идет о теориях, радикально отличающихся от теорий предшествующей физики своими методами и характером основополагающих принципов. В качестве типичных примеров он указывает на современную космологию и теорию суперструн.

Хотя коллективная монография, в которую пишется данная статья, посвящена современной космологии, я коснусь в ней не только космологии, но и теории суперструн. И основанием для этого служит то, что теория суперструн тесно связана с современной космологией, поскольку она претендует на то, чтобы быть теоретическим основанием ранней космологии. Основной тезис, который я буду обосновывать, состоит в том, что и теория суперструн, и современная космология в плане методологии являются обычными теориями. Их методы не отличаются от тех, которые применяются во всей предшествующей классической и неклассической физике и астрономии. Их действительное отличие состоит: 1) в формулируемой в этих теориях онтологии, которая многими воспринимается как экзотическая; и 2) в том, что эти теории пока явно недостаточно обоснованы экспериментально и наблюдательно. Тем не менее, оба этих отличия критиками рассматриваемых теорий сильно преувеличиваются: на самом деле они, во-первых, не являются чем-то новым в физическом познании, а выступают естественным продолжением тех тенденций, которые давно наметились здесь; и, во-вторых, они вовсе не недостаток самих теорий, у них есть объективные основания, лежащие в особенностях исследуемых этими теориями объектов.

Итак, суперструнная теория претендует на роль теоретического основания ранней космологии. (Еще одно ее приложение в современной космологии — это физика черных дыр). Стандартная модель физики элементарных частиц, так же как и ее теоретическая база — квантовая теория поля (КТП), справедливы только для пост-планковской эры; мир планковских масштабов величин (эпоха до 10^{– 43} сек. после Большого взрыва) они описать и объяснить не в состоянии. Дело в том, что два фундаментальных столпа, на которых базируется все здание современной физики — квантовая механика (КМ) и общая теория относительности (ОТО), мирно сосуществовующие и прекрасно работающие в режиме пост-планковских масштабов, в области планковских масштабов величин оказываются несовместимыми, поскольку в этом режиме они противоречат друг другу. Для разрешения конфликта необходимо построить квантовую теорию гравитации, которая разрешила бы этот конфликт и смогла бы выступить теоретической основой для реконструкции закономерностей планковского мира. На эту роль и предназначается теория суперструн (наряду с рядом других подходов — петлевым, теорией твисторов и т. д.)

Теория струн, с точки зрения ее авторов и приверженцев, обладает существенными методологическими преимуществами по сравнению со стандартной моделью физики элементарных частиц [84] . Она описывает и объясняет не только все то, что описывает и объясняет стандартная модель — три типа частиц и три негравитационных взаимодействия; она объясняет больше. Как считают ее приверженцы, она разрешает фундаментальное противоречие между КМ и ОТО, что не может сделать стандартная модель; теоретически обосновывает существование гравитации, что было невозможно ни в ньютоновской, ни в эйнштейновской теориях гравитации; дает объяснение и обоснование многим из тех явлений, которые в стандартной модели не могут быть объяснены: здесь они просто берутся из эксперимента.

84

Подробно см., Грин Брайан. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории. М., 2004.

Так, исходя из единого принципа, согласно которому все наблюдаемые свойства элементарных частиц — проявление различных типов колебаний струн, теория струн объясняет тот факт, что существуют именно три, а не больше и не меньше, семейства подлинно элементарных (далее неразложимых) частиц; в ней дается объяснение, почему эти частицы обладают именно теми параметрами, которыми они обладают и т. д. В отличие от стандартной модели с 19 свободными параметрами, которые могут подгоняться для обеспечения согласия теории с экспериментом, в теории струн свободных параметров нет. Важное преимущество, которое выгодно отличает эту теорию от стандартной модели, состоит также в том, что она свободна от ультрафиолетовых расходимостей.