4.0. Соотношение…

космогонии и физики, космологии и биологии, математики и реальности, логики, искусственного интеллекта и искусственной жизни и действительности, красоты и истины, искусства и науки, мозга Homo sapiens и внешней среды, тела человека и его психики.

В данном разделе рассматривается круг проблем современной науки, которые связаны с соотношением различных областей познания, выражающих фактически целостный характер нашего мира. Именно проблемы взаимосвязи космогонии и физики, космологии и биологии, математики и реальности, красоты и истины, искусства и науки, мозга человека и внешней среды, человеческого тела и его психики можно решать только на основе холистского подхода к миру и человеку. Поэтому кратко обрисуем положение дел, сложившееся в ходе изучения перечисленных здесь актуальных проблем современного научного познания.

4.1. Соотношение космогонии и физики.

Американские ученые Дж. Уилер и К.М. Паттон ставят проблему соотношения рождающейся в огненной вспышке Большого взрыва нашей Вселенной и законов квантовой механики, т.е. ставят фундаментальную для научной картины мира проблему связи космогонии и физики²⁸¹. В основе этого лежит, согласно современной научной концепцию, креативный характер вакуума, порождающего из самого себя бесконечное число вселенных. К такому пониманию роли вакуума пришли в последнее время физика и космология. Вполне понятно, что проблема вакуума является одной из наиболее актуальных проблем новейшей науки. Советский астрофизик Г. Наан сформулировал ее сущность следующим образом: «Все есть вакуум, все из вакуума»²⁸². Первая часть этого выражения «все есть вакуум» означает, что все во Вселенной (или Метагалактике) погружено в вакуум и движется в нем. Вторая часть выражения — «все из вакуума» — касается уже внутренней структуры элементарных частиц, о которых известно, что они рождаются из вакуума в сильных электромагнитных полях парами «частица — античастица», в столкновении же этих пар происходит их аннигиляция.

Что же мы знаем об этом метагалактическом вакууме? Согласно классической стохастической электродинамике, «вакуум — это экспериментально достижимая «пустота»²⁸³ (Т. Бойер). Несмотря на то, что вакуум можно охладить до абсолютного нуля, в нем останутся флуктуирующие электромагнитные волны, т. е. последние присущи вакууму и устранить их невозможно. Так, эффект Казимира свидетельствует о том, что между двумя металлическими пластинами в вакууме существует некая остаточная сила притяжения даже при абсолютном нуле. В вакууме имеется нулевое электромагнитное излучение со своим спектром. Свойства этого нулевого излучения в вакууме требуют, чтобы «в вакууме не было выделенных точек или направлений — «ориентиров» в пространстве и времени; вакуум должен быть одинаков во всех точках и во всех направлениях»²⁸⁴. Вакуум удовлетворяет требованию инвариантности относительно преобразований Лоренца, а это означает отсутствие в нем всяких ориентиров и невозможность экспериментального определения скорости движения наблюдателя относительно нулевого излучения. В физике установлена связь между классической и квантовой теориями вакуума, причем следует, что в квантовой теории вакуум является низшим энергетическим уровнем квантового поля, которое характеризуется отсутствием каких-либо реальных частиц. Все квантовые числа вакуума (импульс, электрический заряд и др.) при этом равны нулю.

Понятие вакуума является фундаментальным в том смысле, что его свойства определяют свойства всех остальных уровней Вселенной, причем каждый из них можно получить из вакуумного уровня действием операторов рождения частиц. Так как вакуум не имеет массы, электрического заряда и других регистрируемых свойств, то на его существование указывают некоторые мировые константы, которые в первом приближении можно рассматривать как свойства вакуума: масса вещества m = 0, температура Т = 0°К (реальная температура реликтового фонового излучения — 2,7 К), скорость распространения электромагнитных и гравитационных волн С = 3х10^-10 см/с, электрический заряд Е = 0, гравитационная константа С = 6,68х10^-8 см³/с², постоянная Планка, коэффициент преломления света n = 1 и пр. Реальный физический вакуум не является гомогенным; типичными случаями негомогенности метагалактического вакуума являются электромагнитные и гравитационные волны, генерируемые гравитирующими массами, начиная с нейтрино и кончая нейтронными звездами и галактиками, «черные дыры», крупномасштабная негомогенность большой структуры Метагалактики²⁸⁵.

Согласно современным представлениям физический вакуум как основа мира является по отношению к нему генетически первичным, субстанционально негомогенным, потенциально многообразным и порождающим вселенные. В этом плане представляет интерес гипотеза Г. Наана, выдвинутая свыше тридцати лет назад²⁸⁶. Он предлагает следующую интерпретацию диаграммы Крускала.

Пространственная R и временная Т координаты связаны со шварцшильдовыми координатами r, t соотношениями

Изотропные линии , и , разделяют «обычные» и катастрофические области пространства и времени. I и III — «обычные» области (I — мир, III — антимир); II и IV — катастрофические области (II — сжимающаяся, IV — расширяющаяся). Обмен информацией между I и III невозможен, их непосредственное взаимодействие исключается. Гиперболы Г = 0 соответствуют истинной шварцшильдовой особенности. Области V и VI не охватываются даже глобальным (R, Т) = пространством-временем и соответствуют «абсолютному вакууму». Условными мировыми линиями обозначены: 1 — коллапс в мире; 2 — коллапс в антимире; 3 — антиколлапс в антимире; 4 — антиколлапс в мире. Вся бесконечная () область шварцшильдового пространства-времени («обычный мир») составляет лишь квадрант I диаграммы Крускала.

С формальной точки зрения, источником энергии являются сингулярные области выше и ниже гипербол R = 0 на диаграмме Крускала, которые не охватываются глобальным (R, T) = пространством-временем. Неизвестно, насколько здесь применимы существующие пространственно-временные представления. Во всяком случае это области квантовых, если не ультраквантовых эффектов, причем вполне возможно, что здесь протекают процессы с участием нульмерного дискретного пространства.

На первый взгляд, рассматривать природу «абсолютного вакуума», представленного в диаграмме Крускала за гиперболярными областями, не имеет смысла: они находятся внутри точки r = 0 (!) в «ничего». Однако следует помнить, что Г = 0 является точкой в определенной (шварцшильдовой) системе координат. Существует представление, согласно которому точечная частица может иметь вполне определенный конечный инвариантный радиус, хотя ее координатные размеры (в некоторых системах отсчета) равны нулю. Вполне возможно, что в рассматриваемом случае существует именно эта ситуация. Тогда не исключено расширение из точки «ничто» и возникновение суперчастицы — протоквазара именно в виде точечного объекта (для внешнего наблюдения, каким является всякий реальный астроном). Весьма интересно, что на диаграмме Крускала вообще вся обычная Вселенная, вполне бесконечная в своем времени (), представляет собой в каком-то смысле лишь эпизодическое явление между двумя внутриточечными вакуумными состояниями. Исходя из этого, Г. Наан указал, что «именно эта область «внутри точки» явится основанием изучения в физике недалекого будущего»²⁸⁷. Примечательно, что этот прогноз в развитии современной физики и космологии оправдался, ибо сейчас ведутся интенсивные исследования на стыке космологии и теории элементарных частиц высоких энергий, включая вопросы квантового рождения Вселенной, инфляционной стадии, теорий великого объединения и их связи с космологией и пр.

Следует отметить, что разработанная в рамках релятивистской космогонии концепция возникновения мира из «ничего» не противоречит законам физики. Академик Я.Б. Зельдович пишет в связи с этим следующее: «Сейчас, однако, наиболее привлекательной выглядит идея квантового рождения мира, или рождения из «ничего». Под этим подразумевается, что наш мир в целом может возникнуть без нарушения основных физических законов, акт его рождения будет описываться законами квантовой гравитации, а для его рождения не потребуется никакой энергии»²⁸⁸. Существенно в данном случае то, что здесь выполняется закон сохранения энергии, ведь общая энергия замкнутого мира равна нулю, к тому же в исходном состоянии не существует классического пространства-времени, оно появляется в результате некоторого подбарьерного, туннельного перехода, и только после имеет смысл говорить о времени и пространстве и возникновении мира в нашем понимании. Разумеется, нужно не забывать, что квантовое рождение нашей Вселенной еще не доказано, что теория рождения мира из «ничего» недостаточно хорошо разработана.

В свете изложенного выше не удивительно, что особую значимость в методологическом и мировоззренческом контексте современной космологии приобретает идея о рождении Вселенной (Метагалактики) «из ничего», т.е. проблема сингулярности, квалифицируемой как начальный момент временной эволюции Космоса. Здесь перед нами весьма сложная проблема, которая имеет ряд подходов. Во всяком случае большинство исследователей стоит на той точке зрения, что термином «сингулярность», или «ничто», обозначается принципиально новая, пока неизвестная науке форма материи, которая представляет собой ничто в концептуальных рамках современной физики, но, очевидно, будет наделена конкретными физическими характеристиками в ходе дальнейшего развития.

В новейшей науке на основе фундаментальной концепции вечного цикла природы сформулированы две гипотезы: о многолистной модели Вселенной и о множественном рождении Вселенной, причем в обоих случаях речь идет о вечно воспроизводящей себя Вселенной. Первая гипотеза выдвинута А.Д. Сахаровым, ее основной смысл заключается в следующем²⁸⁹. Рассматривается бесконечная последовательность 4-х мерных континуумов с чередующимся общекосмологическим сжатием и расширением. Сжимающееся и расширяющееся пространства «сшиваются» в точке гравитационного коллапса; предполагается, что мировая линия черных дыр, возникающих на стадии расширения, сингулярна, в результате чего они на стадии сжатия становятся белыми дырами. В пространственно-плоском 4-х мерном мире в пределе бесконечного времени вся материя Вселенной подвержена коллапсу. Рассматривается бесконечная последовательность осцилляций (листов), принятая для каждого листа плоская усредненная пространственная метрика обеспечивает полноту и однозначность сшивания листов.

Не менее интересна и имеющаяся сейчас в космологии вторая гипотеза: неограниченный в пространстве и времени мир есть подобие кипящей жидкости, в которой, как «пузырьки пара», рождаются новые вселенные. В ее основе лежат две идеи: идея фазовых переходов в вакууме и идея отклонения численных значений фундаментальных констант в нашей Вселенной: «...мир — неограниченный в пространстве-времени физический вакуум, в котором спонтанно возникают возмущения (фазовые переходы), способные дать жизнь новым вселенным. Замыкание, слияние этих вселенных с вакуумом порождает новые вселенные и т.д. Мир — подобие кипящей жидкости, роль которой играет вакуум, а «пузырьки пара» — это аналоги вселенных»²⁹⁰. Перед нами идея космического плюрализма в широком смысле, в которой речь идет о бесчисленном множестве вселенных, которые спонтанно рождаются в вакууме, эволюционируют и вновь сливаются с вакуумом.

Сейчас многие исследователи приходят к мысли, что физический вакуум является «началом всех начал» и что наша Вселенная в момент своего рождения из ничего имела ультрамикроскопические размеры (порядка 10^-33 см), однако в результате экспоненциального расширения достигла нынешних размеров (10^-28 см). В последнее время в релятивистской космологии идет интенсивная разработка сценариев раздувающейся инфляционной Вселенной. Основная идея сценария состоит в том, что Вселенная на самых ранних стадиях своих эволюций могла находиться в неустойчивом вакуумоподобном состоянии, которое обладало большой плотностью энергии²⁹¹. Затем в результате развития неустойчивости вакуумоподобное состояние распадается, вся его энергия превращается в тепловую и вся Вселенная приобретает весьма большую температуру. С этого момента эволюция Вселенной описывается стандартной теорией горячей Вселенной. Изменение температуры сверхплотного вещества вызывает целый ряд фазовых переходов, в результате которых резко меняются свойства элементарных частиц, и вещества. Эти фазовые переходы должны возникать при охлаждении расширяющейся Вселенной вскоре после большого взрыва.

Анализ процесса раздувающейся как пузырек Вселенной показывает, что в конечном итоге «вся наблюдаемая часть Вселенной в рамках этого сценария должна находиться внутри одного пузырька. Поэтому мы не видим никаких неоднородностей, возникающих за счет соударений стенок пузырьков»²⁹². В этом случае на смену представлению об однородности и изотропности Вселенной в крупномасштабном плане приходит представление о «Вселенной островного типа», которая состоит из многих локально однородных и изотропных «мини-вселенных», каждая из которых характеризуется своим набором свойств элементарных частиц, величиной энергии вакуума и даже размерностью пространства. Сценарий раздувающейся Вселенной имеет весьма элегантную, изящную математическую форму — модель неабелевой калибровочной теории, охватывающей четыре типа взаимодействия — сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное. Эти взаимодействия исчерпывают все известные в природе силы и, если бы все их удалось понять на основе теорий одного типа, это привело бы к колоссальному прорыву в познании объективного мира.

Образ раздувающейся Вселенной представляет собой символическое описание нашего мира в диапазоне от ультрамалых масштабов микромира до масштабов наблюдаемой Вселенной. Главный вывод из сценария раздувающейся, инфляционной Вселенной состоит в том, что Вселенная сама себя порождает и воспроизводит из «вакуумной пены» и поэтому является вечной, т.е. связь космогонии и физики является фундаментальной. Основная часть ее объема всегда находится в состоянии сверхплотного «кипящего» вакуума, от которого иногда отпочковываются «пузырьки», в итоге развития превращающиеся в системы, аналогичные «нашей» Вселенной. Сценарий раздувающейся Вселенной представляет собой один из вариантов тенденции современной науки к объединению различных физических полей в единое фундаментальное поле, порождающее все физические, химические и биологические явления в конечном счете.

И наконец, теоретическое соотношение космогонии и физики элементарных частиц может осуществиться на практике, иллюстрируя тесную связь микромира и мегамира. Более тридцати лет назад известные советские физики В.С. Барашенков и Д.И. Блохинцев высказали идею о том, что при столкновении нуклонов, обладающих энергией порядка 10¹⁸ эВ «могли бы, образно говоря» рождаться звезды – не как это понимают в физических лабораториях, а как это понимают астрономы»²⁹³. Не исключено, что эта идея сможет выдержать проверку на ускорителе-сталкивателе (коллайдере) путем экспериментов пучками ядер золота. В 1999 году одном из двух колец релятивистского коллайдера тяжелых ионов (Брукхевен, США) начались эксперименты с пучками ядер золота. После испытания систем ускорения пучка установка была подготовлена к экспериментам по получению кварк-глюонной плазмы – состояния вещества, в котором оно находилось в первые мгновения после рождения Вселенной. В печати и Интернете развернулась оживленная дискуссия, в ходе которой была высказана озабоченность, связанная с потенциальной опасностью уничтожения нашей планеты искусственным «Большим взрывом» при помощи брукхевенского коллайдера²⁹⁴. И так как риск полностью не исключен, то созданный директором Брукхевенской лаборатории комитет физиков принял решение приостановить эти эксперименты. Это связано с тем, что до сих пор остается нерешенной проблема появления черных дыр и взрывов Сверхновых звезд.