Книга: По следам бесконечности

Когда Вселенной не было?

Когда Вселенной не было?

Шестого июня 1964 года на четвертой странице газеты «Комсомольская правда» под рубрикой юбилейного сотого выпуска «Клуба любознательных» была напечатана статья под необычным названием: «Когда Вселенной не было…»

Статья была подписана весьма авторитетными учеными — известным советским физиком-теоретиком академиком Яковом Борисовичем Зельдовичем и его молодым сотрудником, тогда кандидатом, а ныне доктором физико-математических наук Игорем Дмитриевичем Новиковым. Речь шла о теории так называемой «расширяющейся Вселенной».

«…В некоторый момент в прошлом, — говорилось в статье, — плотность вещества Вселенной была бесконечной. Вся бесконечная Вселенная была точкой! Как ни трудно свыкнуться с таким представлением о прошлом мире, но большинство ученых считает, что расширение Вселенной началось с такого сверхплотного состояния. Больше того, можно назвать даже дату, когда наша Вселенная начала развиваться из точки…»

Через несколько дней сотрудница отдела писем выложила на стол заведующего отделом науки целую груду конвертов. Большинство авторов задавали вопросы по существу, интересовались подробностями, просили разъяснить непонятные места, справлялись о литературе.

Но были и такие, которые весьма озабоченно и даже с некоторой угрозой вопрошали: как же так? Что значит — когда Вселенной не было? Как понимать подобное утверждение? Уж не хотят ли уважаемые авторы статьи сказать, что в самом деле было такое время, когда Вселенной не существовало? Ведь это же чистой воды идеализм!.. Возрождение религиозных представлений о сотворении мира!..

Действительно, фраза «когда Вселенной не было…» звучит для нашего слуха несколько странно. Ведь слово «Вселенная» олицетворяет для нас мир, всю материю, все существующее.

Но если бы авторы негодующих писем заглянули в современную научную литературу по физике — их возмущение, вероятно, возросло бы многократно. Они встретили бы там и такие выражения, как «рождение» Вселенной, «возраст» Вселенной, «границы» Вселенной и т. п.

Однако на сей раз запал правоверных защитников атеизма, увы, пропал зря. Разумеется, и Зельдович, и Новиков, и другие советские ученые, работающие в области изучения Вселенной, отнюдь не меньшие материалисты, нежели авторы тревожных писем.

В чем же дело?

Действительно, на протяжении столетий астрономы фактически отождествляли понятие «Вселенная» с понятием «материя».

И в этом случае утверждение о начале Вселенной во времени действительно противоречило бы и фундаментальным законам физики, и одному из основных положений материализма о вечности материи.

Однако по мере развития естествознания и диалектико-материалистической философии, все отчетливее становится ясно, что наука не может изучать «всю материю», материю «саму по себе», во всем многообразии ее качеств и свойств, а объектом ее исследования являются лишь определенные аспекта, стороны, фрагменты материального мира. А это и означает, что Вселенная как объект научного исследования — не есть весь материальный мир, «Вселенная в целом». Впрочем, возможно, этот факт еще не скоро повлиял бы на изменение терминологии — терминология вещь довольно консервативная. Но тут сыграло роль одно обстоятельство.

В последние десятилетия астрономическая наука весьма тесно сблизилась с физикой — на передний план выдвинулось изучение физических процессов, протекающих в космосе. Не удивительно, что это новое многообещающее поле деятельности привлекло к себе внимание многих физиков, в особенности физиков-теоретиков. «Явившись» в астрономию, физики принесли с собой и свою привычную терминологию, и привычные способы описания явлений.

Вселенная для физика — это прежде всего тот объект, изучением которого он занимается в данный момент, теоретическую модель которого он может в настоящее время построить. И когда физик говорит «Вселенная», речь идет, так сказать, о «наблюдаемой Вселенной», чаще всего о нашей Метагалактике.

Но Метагалактика не обязательно весь мир, вся материя. Значит, она вполне могла иметь начало во времени и ни к каким идеалистическим или теологическим выводам это обстоятельство отнюдь не ведет. Так что тревога, поднятая авторами некоторых писем в «Комсомольскую правду», оказалась напрасной.

Но с другой стороны, вопрос о том, что же такое Вселенная с точки зрения современной космологии, представляет собой весьма сложную проблему. Проблему, которая имеет для космологии первостепенное значение.

Москва. Декабрь 1972 года. Конференц-зал Института философии Академии наук. Первый Всесоюзный симпозиум по философским проблемам астрономии. В центре внимания космология — наука о Вселенной в целом. На трибуне очередной докладчик — академик Г. И. Наан.

— Пятнадцать лет назад, — говорит он, — я знал в точности, что такое Вселенная и что такое космология, знал, что правильно и что неправильно. Теперь такой уверенности у меня нет и в помине.

Возможно, из полемических соображений академик несколько сгустил краски. Но в целом ситуация действительно такова. И в этом нет ничего плохого. Наоборот, как ни парадоксальна подобная ситуация, она свидетельствует о фундаментальном характере проблем, стоящих перед современной космологией. Например, академик Виталий Лазаревич Гинзбург считает, что принципиальными физическими проблемами являются именно те проблемы, которые обладают существенной неопределенностью.

— Космология, — подчеркнул Наан, — отличается существенной неопределенностью как объекта исследования, так и подходов к его изучению. А ее обобщения и экстраполяции нередко заходят весьма и весьма далеко. Возможно, это одна из причин распространенного недоверия к космологии.

Характерно, что такого мнения придерживаются многие другие крупные исследователи. Например, известный французский ученый Леон Бриллюэн в своей книге «Новый взгляд на теорию относительности» отнес космологию к области… научной фантастики.

Должно быть, подобные мнения возникают в какой-то мере как ответная реакция на некоторые действительно фантастические высказывания по космологическим вопросам. На симпозиуме произошел любопытный эпизод. Один из выступавших сообщил, что не так давно он прочитал в какой-то научной статье о том, что так называемое реликтовое излучение — это будто бы остаточное излучение, возникшее в будущем цикле развития звездной Вселенной, где течение времени должно быть обратным но сравнению с нынешним. На этом основании выступавший сделал вывод, что вообще к космологическим построениям следует относиться по меньшей мере с величайшей осторожностью.

После этого он посмотрел в сторону сидевшего за столом президиума академика Наана, известного своими работами по философским вопросам космологии, и с недвусмысленной улыбкой произнес:

— Надеюсь, я вас не задел?..

— Между прочим, недавно я тоже прочитал в одном журнале, — заметил в связи с этим академик Наан в своем докладе, — что спектры звезд, которые астрономы фиксируют на фотопластинках, в действительности таковыми не являются, так как спектральные наблюдения ведутся в ночное время, а в этот период, как известно, выпадает роса, которая и является подлинной создательницей «астрономических» спектров. Но было бы нелепо на основании подобного «утверждения» отказывать в доверии всей астрофизике.

Вообще отдельные неудовлетворительные или даже вовсе нелепые работы сами по себе не могут дискредитировать ту или иную область науки. Вероятно, таких работ намного больше, чем заслуживающих внимания. Невольно вспоминается одно из высказываний академика Л. Д. Ландау, отличавшегося сокрушительным остроумием:

— Плохие работы не портят науку. Если бы портили, то от науки давно ничего бы не осталось.

Но вернемся к космологии и к результатам космологических исследований. В какой же степени они заслуживают доверия?

Густав Иоганович Наан однажды остроумно заметил:

— Нередко говорят: «Космология доказывает, что Вселенная бесконечна (или конечна)». Но если отнестись к этому утверждению совершенно строго, то единственным вполне ясным словом во всей фразе является служебное слово «что». Что же понимается под «космологией», «бесконечностью», «доказательством» и «Вселенной», остается весьма неясным.

Все же попытаемся определить, что же такое космология и решением каких задач она занимается. Об этом на декабрьском симпозиуме говорил известный московский космолог А. Л. Зельманов.

Может быть, космология — это теория всей охваченной наблюдениями части Вселенной? Однако никакая часть Вселенной не может быть физически изолированной системой, а значит, и теорию любой части Вселенной нельзя строить без теоретического выхода за ее пределы.

Тогда, быть может, космология — это теория Вселенной как целого, то есть такой Вселенной, которая рассматривается во взаимоотношениях с любыми ее частями? Однако выводы подобной теории было бы абсолютно невозможно проверить наблюдениями. Наблюдениями можно проверить только выводы, относящиеся к той части Вселенной, которая доступна современным средствам астрономического исследования.

Так что же такое космология?

Для успешного ответа на этот вопрос, по мнению Зельманова, необходимо ввести различие между понятиями физического учения и физической теории. Учение — более общее понятие, чем теория. Теория — это такое учение, которое можно непосредственно проверить наблюдениями или экспериментами. Учение же может быть такой проверке и недоступно. В его основе могут лежать не конкретные факты или наблюдения, а основные физические теории и фундаментальные философские принципы.

Используя эту терминологию, Зельманов предложил следующее определение космологии:

«Космология есть физическое учение о Вселенной как целом, включающее в себя теорию всего охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной».

Непосвященному человеку может показаться, что идет никому не нужный спор о словах — и только: в конце концов ведь неважно, что и как называть, важны результаты. Но в том-то все и дело: чтобы получать успешные научные результаты, необходимо отчетливо представлять себе цели и задачи исследования, характер объекта или явления, которые подвергаются изучению. Иначе научный поиск неизбежно превратится в хаотическую азартную погоню за случайными открытиями.

Но если космология — это учение и, следовательно, ее выводы нельзя проверить наблюдениями, то где гарантия, что они отражают реальное положение дел? Может быть, все-таки прав Бриллюэн, и космология действительно не что иное, как научная фантастика?

Однако Зельманов считает, что проверочный критерий есть и для космологии. Этот критерий — практика. Практика в самом широком значении этого слова — как вся человеческая деятельность, включая создание и разработку научных теорий. А работает этот критерий так. Поскольку в основе космологии лежат основные физические теории, то при смене этих теорий теориями более общими, опирающимися на гораздо большее количество фактов, меняется и космология. Что-то в ней отбрасывается, что-то сохраняется и уточняется. Именно эти сохраняющиеся выводы и следует с достаточно большой степенью вероятности признать правильными.

Таково определение космологии, предложенное Зельмановым. Но и эта формулировка, к сожалению, не исключает той неопределенности объекта, о которой говорит академик Наан. Космология — учение о Вселенной. И мы снова приходим к тому же вопросу: а что такое Вселенная? Какой объект мы имеем в виду, произнося это слово? Какую именно материальную систему мы изучаем, решая вопрос о пространственной бесконечности или конечности Вселенной?

Казалось бы, самое простое решение вопроса — договориться о том, что «Вселенная — это все существующее». Такой точки зрения придерживался в свое время и сам академик Наан:

— Вселенная, с одной стороны, охватывает все в наиболее буквальном значении этого слова, с другой же стороны, Вселенная — это нечто сугубо единичное, она, как говорил Пуанкаре, «издана лишь в одном экземпляре»… Наиболее общие черты Вселенной в то же время являются и ее индивидуальными чертами — других Вселенных ведь нет.

Итак, «все существующее»?.. Но, как совершенно справедливо подчеркивает московский философ Вадим Васильевич Казютинский, термин «существование» в достаточной степени многозначен. И следует уточнить, о каком же «существовании» идет речь в астрономии?

Скажем, можно было бы считать существующим то, что удается непосредственно наблюдать с помощью современных средств научного исследования.

В сравнительно недалеком прошлом это была бы «звездная» Вселенная, то есть фактически наша Галактика, а в настоящее время, когда нам известны и другие галактики, — часть «Большой Вселенной», Метагалактика.

Но современная физика уже убедила нас в том, что наблюдаемость — ненадежный критерий существования. Например, одним из основных представлений квантовой электродинамики является представление о так называемых виртуальных частицах, которые окружают любую реальную частицу, возникая и тут же исчезая, — о частицах, которые одновременно и существуют и не существуют. Никто и никогда непосредственно виртуальные частицы не наблюдал. Однако в природе все происходит так, как если бы они реально существовали.

А в астрономии? Достаточно хотя бы того, что из-за конечной скорости распространения электромагнитных волн мы все космические объекты наблюдаем с запаздыванием — тем более значительным, чем дальше они находятся. Скажем, всем известная Полярная звезда расположена на расстоянии 460 световых лет, значит, мы видим ее такой, какой она была около пяти веков назад. Можно ли при таких условиях безоговорочно утверждать, что она существует, на основании того, что мы ее наблюдаем сегодня?

Вероятно, все же существует, поскольку за 460 лет со звездой такого типа вряд ли может произойти что-либо кардинальное. И все же это только вероятность. А ведь нам известны и нестационарные космические объекты, где глубокие качественные изменения происходят в сравнительно короткие промежутки времени, буквально в течение нескольких лет. Как быть с ними?

— Встречаются порой люди, — саркастически заметил американский физик-теоретик лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман, — утверждающие, что они могут узнавать будущее. На самом же деле ни один провидец будущего не способен узнать даже настоящее! Нам никто не скажет, что сию минуту происходит достаточно далеко от нас, потому что это ненаблюдаемо.

Возможны и еще более сложные ситуации. Одним словом, наблюдаемость как критерий существования для астрономии мало пригодна.

— Правильнее исходить из другой идеи, — утверждает А. Л. Зельманов, — согласно которой во Вселенной осуществляется все многообразие физических условий и явлений, допускаемых основными физическими теориями.

Но ведь это значит, что различным физическим теориям могут соответствовать разные картины Вселенной, так сказать, разные «теоретические Вселенные».

Таким образом, мы приходим к выводу, что Вселенная, которую изучают физики и астрономы, — это не весь материальный мир, а та его часть, которая выделяется определенными наблюдательными и теоретическими средствами, то есть определенный аспект «всего существующего», соответствующий достигнутому уровню развития науки. Но так как и средства астрономических наблюдений, и научные теории постоянно развиваются, то вместе с тем может изменяться и то, что мы называем Вселенной.

Примерно к такому выводу и приходит В. Казютинский.

Аналогичной точки зрения придерживается и московский философ профессор Э. М. Чудинов.

— Релятивистские вселенные, — говорит он, — правильнее было бы считать идеализированными конструкциями, которые схематично и с определенной для данного этапа развития науки степенью точности и полноты отражают материальный мир.

— Конечно, какое-то разделение понятий, — заметил по этому поводу А. Зельманов, — которое отражало бы тот факт, что мы изучаем и наблюдаем лишь некоторую часть «всего существующего», можно провести. Но если уж проводить терминологические разграничения, то, на мой взгляд, следовало бы поступать как раз наоборот. То есть все существующее называть «вселенной», а изучаемую область «миром». Если уж приводить термины в соответствие с их фактическим употреблением, то нельзя не учитывать, что под «миром» люди в большинстве случаев понимали нечто меньшее, чем вселенную. Миром человек называл ту часть Вселенной, где он живет, — не только Солнечную систему или Землю, но даже село. Вспомните поговорку «на миру и смерть красна».

Впрочем, Зельманов считает, что и такое решение вопроса имеет свои отрицательные стороны. Дело в том, что было время, когда некоторые философы и астрономы считали, что космология как наука о Вселенной в целом вообще не имеет права на существование. Они утверждали, что какое бы то ни было распространение известных нам данных, полученных на основе изучения ограниченной области мира, на всю Вселенную — принципиально недопустимо. Но в конце концов космология все же утвердила свое право на существование и в последние годы добилась немалых успехов.

— У меня возникают опасения, — с тревогой говорит Зельманов, — как бы все эти терминологические уточнения не исказили существо дела.

Действительно, согласно определению Зельманова, космология — это наука, объектом исследования которой является Вселенная как целое, то есть именно весь мир.

Другой вопрос, что различные модели отражают разные стороны и аспекты реального мира, выделяя из него ту или иную совокупность процессов и явлений. И эти модели могут служить объектами самостоятельного исследования. Но исходный объект — реальный мир — все же один-единственный. Наши представления о нем могут меняться, но сам он существует и обладает определенными свойствами независимо от наших исследований.

По Существу, речь идет о праве науки изучать Вселенную как целое.

Однако и то, и другое понимание Вселенной не свободны от некоторых трудностей и противоречий.

В частности, если рассматривать Вселенную как целое, то не исключено, что, поскольку речь идет о столь всеохватывающем объекте, для него вообще нельзя сформулировать достаточно точное, полное и непротиворечивое определение.

Как мы уже знаем на опыте теории множеств, всеобъемлющие совокупности каких-либо объектов принципиально отличаются от конечных множеств тех же объектов. И попытки распространить на них уже известные закономерности, применить к ним обычные логические средства неизменно приводят к глубоким противоречиям.

Не так ли обстоит дело и с попытками определить, что же такое Вселенная?

Таким образом, относительно понятия «Вселенная» среди философов, физиков и астрономов полное согласие пока не достигнуто.

Вопрос остается открытым — он требует дальнейшего осмысления и уточнения.

И все же большинство современных исследователей, применяя этот термин с теми или иными нюансами, фактически ведут речь о некоторой области процессов и явлений, выделенной определенными научными средствами.

Именно относительно такой Вселенной и ставится вопрос о конечности или бесконечности. И уже другой вопрос, совпадает ли такая Вселенная, например, Метагалактика, со всем существующим или за ее пределами находятся и другие метагалактики.

И в такой постановке вопроса нет, разумеется, никакого посягательства на право космологии строить теоретические концепции мира в целом, выходящие сколь угодно далеко за рамки «наблюдаемой Вселенной». Не следует только упускать из вида, что любая такая «теоретическая Вселенная» никогда не станет полностью завершенным «изображением» реального мира. Дальнейшие исследования с неизбежностью будут его дополнять и углублять.