Книга: По следам бесконечности

Еще раз о космологии

Еще раз о космологии

Итак, мы имели возможность убедиться в том, что космология — это своеобразная коллекция неопределенностей. С некоторыми из них мы уже познакомились. Но есть и другие.

И вот, пожалуй, самая главная из них.

По существу, космология должна ответить на вопрос: почему Вселенная именно такова, какая она есть?

Вопрос далеко не праздный, если учесть, что именно тот вариант Вселенной, который мы наблюдаем, далеко не самый вероятный среди всех мыслимых вариантов.

Касаясь этого вопроса, А. Зельманов высказал мысль, что Вселенная существует в том виде, в каком она есть, в силу внутренней необходимости.

Но, как заметил по этому поводу Г. И. Наан, подобное утверждение отнюдь не очевидно. В него хочется верить, но оно должно быть чем-то подкреплено. Может быть, действительно существовала внутренняя необходимость, а может быть, есть набор различных Вселенных?

Для того чтобы подойти к решению этой проблемы, предстоит выяснить многое. То, что пока остается неясным и неопределенным. Скажем, вопрос о том, почему Вселенная состоит из вещества, а не из антивещества?

Но если космология — это целый комплекс неопределенностей уже в самых своих, можно сказать, исходных позициях, то, казалось бы, чего можно при такой ситуации ожидать от выводов этой науки? Разумеется, еще большей расплывчатости, неопределенности и недостоверности, подтверждающих точку зрения Бриллюэна.

Но — парадоксальная вещь — на деле все обстоит совсем иначе.

Как образно выразился академик Наан, космология строится из «деталей» и «узлов», которые частично «вырабатываются» ею самой, а частично «импортируются» из наблюдательной астрономии.

Распространено мнение, что «импортные» детали доброкачественны, а детали «собственного производства» крайне ненадежны.

— Но я считаю, — говорит академик Наан, — что положение как раз диаметрально противоположное. Наибольшее число «бракованных» деталей поступает именно из наблюдательной астрономии.

Если задуматься, то в этом, пожалуй, и нет ничего удивительного. Наблюдения космических явлений, представляющих космологический интерес, как правило, чрезвычайно сложны, а их результаты отягощены введением всевозможных поправок. Отсюда и ошибки в фактических данных, неизбежно влекущие за собой ошибочность и теоретических построений.

Когда Эйнштейн разрабатывал свою теорию «стационарной Вселенной», он, как мы уже знаем, исходил из астрономических данных того времени, которые утверждали, что скорости движения любых космических объектов существенно меньше скорости света. Все в этой теории было хорошо за исключением той ее части, которая опиралась на результаты наблюдений. А наблюдения подвези: они оказались ошибочными, а вместе с ними и вся «стационарная теория».

Наоборот, создавая теорию нестационарной, расширяющейся Вселенной, А. Фридман по тем или иным причинам, казалось бы, совершенно игнорировал наблюдательные данные. И тем не менее пришел к верному выводу о расширении Метагалактики, получившему убедительные подтверждения в астрономических наблюдениях. И хотя теория Фридмана раскрывает лишь кинематическую[14] сторону космологической проблемы и не решает вопроса о том, как произошли галактики и другие космические объекты, — она смогла правильно предсказать такой фундаментальный факт, как разбегание звездных систем.

Еще пример. Очень важной космологической характеристикой является «возраст» Метагалактики, точнее, верхняя граница продолжительности эпохи расширения. Величина, о которой идет речь, обратна «постоянной Хаббла», показывающей, как уже было упомянуто выше, насколько возрастает скорость разбегания галактик по мере увеличения расстояния.

В 1929 году постоянная Хаббла на основе астрономических наблюдений принималась равной 530 километрам в секунду на один мегапарсек[15]. В 50-х годах ее пришлось сократить вдвое. Через несколько лет значение постоянной вновь было уточнено и уменьшилось примерно до 200 км!сек на мегапарсек. Наконец в 1971 году еще более точные измерения привели астрономов к выводу, что постоянная Хаббла равна 53 км/сек на мегапарсек, причем возможная ошибка на этот раз оценивалась в плюс-минус 5 км/сек.

Соответственно менялись и оценки возраста Вселенной, точнее, его верхней границы: от 1 миллиарда 800 миллионов лет в. 1929 году до 18 миллиардов лет в 1971 году.

Так чему же все-таки верить: выводам «космологической гимнастики ума» или результатам, полученным с помощью наиболее мощных наблюдательных средств?

По мнению академика Наана, в космологии в гораздо большей степени оправдывались логические умозаключения, нежели данные астрономических наблюдений. Такова история…

Над этим стоит задуматься. Почему, в самом деле, космология, несмотря на все свои неопределенности и даже ошибочные «подсказки» наблюдательной астрономии, все-таки выдает результаты, верно описывающие реальное строение мира? Не «пахнет» ли это, так сказать, идеализмом? Может быть, правы некоторые буржуазные ученые, которые утверждают, что космология не изучает реальность, а сама ее конструирует?

Об опасности подобных ошибочных выводов предупреждал еще Ф. Энгельс: «…законы, абстрагированные из реального мира, на известной ступени развития отрываются от реального мира, противопоставляются ему как нечто самостоятельное, как явившиеся извне законы, с которыми мир должен сообразоваться»[16].

Стоит вспомнить, что ситуация, очень сходная о той, которая сложилась в космологии, характерна и для математики. Можно привести немало примеров, когда, казалось бы, самые отвлеченные, абстрактные математические конструкции, полученные путем чисто логических построений, совершенно неожиданно находят важнейшие области практических приложений. Так случилось с тензорным исчислением, которое стало математическим аппаратом общей теории относительности, с теорией групп, получившей самые широкие применения в теоретической физике, с математической логикой, ставшей теоретической основой кибернетики.

Не случайно известный физик Фримен Дайсон отмечает: «Математика для физика это не только инструмент, с помощью которого он может количественно описать любое явление, но и главный источник представлений и принципов, на основе которых зарождаются новью теории».

Но ведь возможность практического применения той или иной абстрактной математической теории как раз и означает, что эта теория верно отражает те или иные отношения реального мира, что из наблюдения реального мира она в конечном счете и родилась.

Ф. Энгельс убедительно показал сущность этого явления.

«Чистая математика, — писал он, — имеет своим объектом пространственные формы и количественные отношения действительного мира, стало быть — весьма реальный материал. Тот факт, что этот материал принимает чрезвычайно абстрактную форму, может лишь слабо затушевать его происхождение из внешнего мира. Но чтобы быть в состоянии исследовать эти формы и отношения в чистом виде, необходимо совершенно отделить их от содержания, оставить это последнее в стороне как нечто безразличное…»[17]

Эти соображения вполне применимы и к космологии. Очевидно, впечатляющие успехи космологической науки в предвидении реальных явлений объясняются тем, что уже современная космология и ее физическая основа — современная гравитационная теория (то есть общая теория относительности — ОТО) отражают какие-то чрезвычайно общие и фундаментальные объективные закономерности мироздания. А это, в свою очередь, означает, что независимость космологии от наблюдательных данных, от фактов, лишь чисто кажущаяся. И то, что отдельные результаты астрономических наблюдений, представлявшие космологический интерес, оказывались неверными, еще ни о чем не говорит. Ибо в конечном счете космология, как и общая теория относительности, ведет свое начало от реальных фактов, добытых у природы. Этим скорее всего и объясняется поразительная эвристическая сила космологических конструкций.

С другой стороны, было бы ошибкой представлять себе современную космологию в качестве некой всеобъемлющей и непогрешимой теории — «истины в последней инстанции». Дело не только в том, что подобный идеал в принципе недостижим. Вспомните замечание Зельманова: принципиальный недостаток современной релятивистской (то есть основанной на ОТО) космологии, как, впрочем, и дорелятивистской, состоит в том, что она дает для Вселенной в целом множество моделей, в то время как Вселенная в целом существует в единственном экземпляре.

Если так… А если Вселенная не одна? Если существует, как это предположил академик Наан, целый набор вселенных с разными свойствами?

Невольно вспоминается уже упомянутая нами любопытная идея того же Зельманова, согласно которой в бесконечно разнообразном мире может реализоваться вся совокупность явлений и условий, допускаемых основными физическими законами и теориями. Не отражает ли в таком случае разнообразие космологических, моделей разнообразие вполне реальных вселенных?

Правда, здесь есть одна тонкость, отмеченная Зельмановым: поскольку все космологические модели описывают неограниченные вселенные, не значит ли это, что речь в действительности идет не о различных объектах, а лишь о различных описаниях одного и того же объекта?

Действительно, на первый взгляд кажется, что иначе и быть не может: если какая-то система неограниченна, то она должна заполнить собой весь материальный мир. Во всяком случае так подсказывает здравый смысл.

Но мы уже не раз могли убедиться в том, что в подобных вопросах здравый смысл плохой судья.

Для начала приглядимся повнимательнее к тому случаю, когда наша система хотя и неограниченна в пространстве, но конечна. Обязаны ли совпадать между собой все пространственно-конечные неограниченные системы? Ведь можно же представить себе, например, две совершенно отличные друг от друга замкнутые сферические поверхности, которые как раз неограниченны, но конечны. Правда, такая возможность непосредственно связана с тем, что двумерная сферическая поверхность искривлена в трехмерном пространстве, то есть в пространстве с большим числом измерений. Что же касается пространства Вселенной, то оно трехмерно и искривлено в самом себе. Но ведь о геометрии мира мы знаем еще далеко не все.

Ну, а если наша система не только неограниченна, но к тому же еще и бесконечна? Значит ли это, что она обязательно заполняет собой весь мир?

Утверждать такое заранее было бы по меньшей мере неосторожно. Ведь нам хорошо известно, что бесконечности бывают разного ранга, разной мощности, что бесконечное множество может содержать в себе другую бесконечность и само быть частью бесконечности еще более высокого порядка.

Число точек на отрезке бесконечно. Но это лишь часть того бесконечного множества точек, которое содержится на всей прямой.

Неограниченная бесконечная плоскость — лишь часть неограниченного трехмерного континуума.

Одним словом, рассуждения чисто логического толка вряд ли помогут нам найти ответ на все те вопросы, которые волнуют современную космологию. Ведь космология порождена изучением закономерностей реального мира. И только его дальнейшие исследование способно снять вопросительные знаки, волнующие современных исследователей (как, впрочем, поставить и новые).

Не сложилось ли, однако, у читателя впечатление, что углубившись в космологические проблемы, мы как бы забыли о бесконечности и отклонились от главной темы книги?

Если такое впечатление действительно сложилось, оно и обманчиво, и ошибочно.

Дело в том, что наука — и естествознание, и философия— не занимается изучением «бесконечности вообще». «Бесконечность вообще» — это понятие совершенно неопределенное, и оно не может служить предметом научного исследования. Изучаются, как об этом уже говорилось в начале книги, определенные типы бесконечности: математическая, теоретико-множественная, бесконечность как бесконечная делимость, бесконечность как неограниченность пространства, бесконечность как бесконечность объема или длительности, бесконечность как бесконечность тех или иных физических характеристик — плотности, энергии и т. п. Наконец, бесконечность как неисчерпаемость. Возможно, со временем будут открыты и другие типы бесконечности.

Наибольшее принципиальное философское значение имеет вопрос о неограниченности пространства и неисчерпаемости окружающего нас мира.

Первый из этих вопросов, по существу, равнозначен вопросу о материальном единстве мира. Согласиться с тем, что материя ограниченна в пространстве, — все равно, что признать существование сверхъестественного. Ведь богословы как раз и утверждают, что, помимо мира материального, за его границами, будто бы существует мир высший, божественный, занимающий главенствующее положение. Таким образом, вопрос о неограниченности материального мира — это принципиальный философский вопрос, и его отрицательное решение равносильно отказу от материализма.

Не менее принципиальное значение имеет вопрос о неисчерпаемости мира. Его решение также относится к компетенции философии.

Утверждение о бесконечном разнообразии реальных явлений и неограниченном характере процесса их познания человеком — одно из основных фундаментальных положений диалектического материализма. К этому вопросу мы еще вернемся.

Что же касается других упомянутых выше типов бесконечности, то выяснение их свойств не может быть достигнуто на основе одних лишь общефилософских соображений, для этого необходимы соответствующие естественнонаучные исследования. Разумеется, и в этом случае роль материалистической философии велика, так как без ее помощи невозможно осмыслить конкретные научные данные.

Основные результаты, связанные с изучением математической и теоретико-множественной бесконечностей, были достигнуты еще в прошлом столетии.

XX век, в особенности его вторая половина с ее устремлением в космос, выдвинул на первый план проблему пространственной бесконечности Вселенной. Но как мы уже знаем, эта проблема тесно связана с изучением геометрических свойств окружающего нас мира. А эти свойства, в свою очередь, непосредственно зависят от распределения и эволюции различных форм материи, то есть от таких процессов, которые изучаются космологией. Стало быть, вне современной космологии вопрос о пространственной бесконечности Вселенной мы вообще ставить не можем.

Получается неизбежная цепочка: проблема пространственной бесконечности Вселенной — геометрия Вселенной — космология, то есть цепочка, которая с необходимостью приводит нас к космологии.

Другими словами, приблизиться к решению вопроса о конечности иди бесконечности Вселенной можно только путем космологических исследований.

Надо также заметить, что современная космология вобрала в себя и все те результаты исследования бесконечного, которые были получены в других областях естествознания. Именно здесь возвышается, пожалуй, главная вершина современного учения о бесконечности.