Современная космология: философские горизонты
Шрифт:
Наше отношение к природе имеет двойственный характер. С одной стороны, природа рассматривается как окружающая среда, с другой — как наше начало. Наше начало, начальные условия происхождения живой природы и человека в лоне её воспринимаются в тех глобальных масштабах, с которыми ассоциируется вся Вселенная. Об этом свидетельствует множество высказываний самых авторитетных учёных, философов, теологов.
Приступая к анализу релятивистской теории гравитации (РТГ) A.A. Логунова, мы будем различать два подхода к осмыслению понятия Вселенной: теологический и научный. В рамках теологии Вселенная представляет собой целостный объект, созданный Творцом. Отсюда её теологическая ценность. В научной космологии дело обстоит иначе. Научная космология располагает неким предметом, который тоже принято называть Вселенной, но в ней нет фиксированного объекта изучения. Отсюда возникают всевозможные парадоксы и разногласия при попытках дать определение предмета. Был бы объект, было бы тогда ясно, как образовать предмет данной научной дисциплины. Для этого следовало бы выделить, как это делается в других отраслях знания, интересующий
В теоретическом плане предметом космологии выступает пространственно-временное многообразие, заполняемое наблюдаемой материей с учётом, конечно, электромагнитного излучения. Здесь надо сразу же пояснить, что термин «наблюдаемая материя» является условным, так как эмпирическое видение тесно переплетается с теоретическим видением. Для примера укажем на фигурирующие в современной астрофизике и космологии понятия тёмной материи и тёмной энергии, в обосновании существования которых играют большую роль теоретические соображения. Поскольку же предполагается, что все виды так или иначе наблюдаемой материи обладают универсальным свойством тяготения, а пространство и время считаются формами существования материи, то свойства пространственно-временного универсума ставятся в зависимость от плотности материи, точнее говоря, ставятся в зависимость от распределения материи и энергии, поскольку под материей часто понимается только вещество. Исходя из этих предпосылок и конструируется предмет космологии. Теория пространства-времени и тяготения строится в релятивистском варианте. Так, у Логунова она фигурирует под названием релятивистской теории гравитации (РТГ). Акад. В.А. Фок использовал название «теория пространства, времени и тяготения» [130] .
130
Hubble, Edvin. The Realm of the Nebulae, 1936. P. 290.
В ортодоксальной фридмановской космологии предмет космологии определяется исходя из наблюдаемой области Вселенной. Дадим слово по этому вопросу Эдвину Хабблу, с именем которого связано открытие закона красного смещения в спектрах далеких галактик. Он рассматривает красное смещение как признак разбегания скоплений галактик: «Вполне удовлетворительная интерпретация красного смещения является вопросом большой важности, ибо отношение «скорость-расстояние» есть свойство наблюдаемой области в качестве целого. Другое и единственное свойство, что нам известно, есть однородное распределение галактик. В таком случае наблюдаемая область (Метагалактики или Вселенной. — Л.А) является нашим образцом Вселенной. И если образец неплохой, наблюдаемые характеристики определяют физическую природу Вселенной как целого» [131] . Поскольку, добавляет он далее, наблюдаемая часть Вселенной выглядит однородной в отношении пространственного распределения галактик, мы можем применить принцип однородности и допустить, что любая другая равная часть Вселенной, выбранная наугад, будет во многом такой же, как наблюдаемая нами [132] .
131
Hubble Edvin P. The Realm of the Nebulae, 1936. P. 288.
132
Ibid. P. 288–289.
Принцип однородности получил название космологического принципа. Были сделаны попытки, сообщает далее Хаббл, найти, какие типы вселенных разрешаются для нашего понимания этим принципом вместе с принципом общей относительности и другими общими законами природы. И было найдено, что такие вселенные оказываются неустойчивыми; они должны расширяться или сжиматься. «Теория не предсказывает ни направления, ни скорости изменения, и в этом пункте теоретики обращаются к наблюдаемому закону красного смещения. Этот закон был интерпретирован как доказательство того, что Вселенная расширяется и расширяется быстро. Так возникли различные модели однородных расширяющихся вселенных общей относительности».
С тех пор, как были написаны эти слова, фридмановская модель Вселенной претерпела значительные изменения. Но общая концепция расширяющейся (из некоторого первоначала) Вселенной осталась неизменной.
В релятивистской теории гравитации Логунова эта концепция вообще отсутствует. А сама теория строится на основании критики общей теории относительности. Напомним о том, что основы ОТО были заложены Д. Гильбертом и А. Эйнштейном. Главной причиной того, почему у Логунова ОТО служит отправной точкой исследования, является общий математический язык, неизбежно используемый во всех такого рода теориях. Это — язык римановой (дифференциальной) геометрии и тензорного исчисления. Пространство-время описывается (определяется) метрическим тензором (и его производными), который ставится в зависимость от тензора (или псевдотензора) энергии — импульса вещества. Последний на практике, в свою очередь, определяется, грубо говоря, плотностью вещества и энергией движения вещественной среды.
Несмотря на терминологическую общность, РТГ и ОТО имеют принципиальные различия. Большинство из них перечисляется самим Логуновым. Однако стоит заранее указать на два существенных момента. Один из них касается понятия сил инерции, другой — состояния движения вообще и состояния инерциального движения в частности. В РТГ несводимость сил инерции к силам гравитации, учёт в формализме теории тех и других является принципиально важным моментом.
Сам факт существования в природе сил инерции, кажется, никем не подвергается сомнению. Ведь каждый может убедиться в нём на практике при поездке на любом виде транспорта (ускорение, торможение, движение по искривлённому маршруту). Но при анализе понятия инерциальной силы возникает следующее затруднение. Согласно третьему закону динамики Ньютона всякое действие одного физического тела на другое встречает противодействие так, что сила действия равна силе противодействия. И тут возникает вопрос: когда на тело действуют силы инерции, где находится то тело или система тел, которые приняли бы на себя противодействие? Размышляя над ответом на данный вопрос, акад. Л.И. Седов указывал, что своим физическим проявлением инерциальные силы эквивалентны силам тяжести. Однако в отношении сил инерции есть особенность, которая как раз заслуживает особого внимания.
Если, пишет Седов, руководствоваться третьим законом Ньютона о силах действия и противодействия, то силу противодействия внешним силам инерции нельзя будет прикладывать к массам и полям внутри Солнечной системы, в которой выделяется инерциальная гелиоцентрическая система координат. Совершенно понятно, добавим мы от себя, что таких масс и полей не найдётся не только внутри Солнечной системы, но и в нашей Галактике, и в Метагалактике. Причина такой безадресности объясняется тем, что инерциальному состоянию движения соответствует, образно говоря, «кристаллическая» структура пространства-времени. Всякая попытка нарушить инерциальное движение тела оказывается равносильной разрушить пространственно-временной «кристалл». Вообще, чтобы понять концепцию Седова о соотношении гравитационных и инерциальных сил, надо иметь в виду, что он был крупным специалистом по части теории размерностей и подобия. С точки зрения этой теории пространственная протяжённость как свойство пространства перестаёт быть пассивным фактором на фоне активного фактора, который представлен гравитационными силами. Пространство активно, но не в том смысле, что оно полностью поглощается гравитационным взаимодействием.
Сказанное легче будет понять, если учесть, что всякое отклонение от состояния инерциального движения сопровождается рассеянием, энтропизацией энергии. Здесь надо учитывать не только взаимопереходы кинетической и потенциальной энергии, но и фактор обесценивания энергии. Воздействие силы на инерциально движущееся тело приводит как раз к этропийному расходу энергии.
Так что если согласиться с гипотезой существования «кристаллической» структуры пространства-времени или просто с фактом соответствующей организации пространственно-временного многообразия, то это приведёт к неизбежному заключению, согласно которому всякая деформация такой структуры, или организации, должна сопровождаться реакцией противодействия. Но это обстоятельство было полностью проигнорировано в ОТО, что и вызвало критическое отношение не только Логунова, но и многих других физиков.
Перейдём теперь ко второму из двух вышеуказанных моментов. Что свойства пространства (будем для краткости употреблять иногда термин «пространство» вместо термина «пространство-время») определяются характеристиками состояния движения физических объектов, указывал ещё Н.И. Лобачевский. Он писал: «В природе мы познаём собственно только движение, без которого чувственные впечатления невозможны. Итак, все прочие понятия, например, Геометрические, произведены нашим умом искусственно, будучи взяты в свойствах движения; а потому пространство, само собой, отдельно, для нас не существует» [133] .
133
Лобачевский Н.И. Поли. собр. соч. в пяти томах. 1946–1951. Т. 2. М.-Л., С. 158–159.
Нельзя изучать свойства пространства вне характеристик состояний свободного движения. К этому надо ещё добавить, что нельзя обходить стороной особенности состояния движения, когда мы опускаемся на уровень квантовых объектов (при решении, скажем вопроса о квантовании гравитационного поля). И эти особенности приобретают принципиальное значение, как только начинают рассматриваться состояния движения фермионов (элементарных частиц с дробным значением спина). Квантовые состояния электронов описываются биспинором, т. е. парой спиноров. В отличие от тензоров спиноры требуют использования языка комплексных чисел. А это сразу наводит на мысль о том, что структура пространства-времени должна быть, вообще говоря, комплексной. Попытка построения такой структуры предпринята Р. Пенроузом. Речь идёт о теории твисторов [134] . Пока что рано судить о том, насколько успешной, в конце концов, окажется именно такой конкретный ход исследования. Но необходимость комплексного подхода к изучению структуры пространства-времени диктуется неизбежностью использования мнимой единицы при описании квантовых состояний движения. Как показал ещё в 1932 году П. Эренфест, в квантовой механике мнимая единица и понятие дальнодействия, т. е. не-силового мгновенного влияния одного квантового объекта на другой, неразрывно связаны между собой [135] . Эренфест имел в виду то, что теперь известно под названием эффекта сцепления («перепутанности») квантовых состояний. Без учёта данного эффекта релятивистская теория гравитации не может быть согласована с квантовой теорией физики. Это касается как РТГ, так и ОТО.
134
Пенроуз Р. Путь к реальности или законы, управляющие Вселенной. Москва-Ижевск, 2007. С. 795–836.
135
Эренфест П. Относительность, кванты, статистика. М., 1972. С. 171–172.