Часть III Философские проблемы космологии и биологии Основные космологические модели происхождения Вселенной

Человек современной цивилизации воспитан во мнении о том, что ок­ружающий его мир материален, объективен, имеет свои законы и историю. Однако только естествознание пытается предоставить в распоряжение людей возможно более убедительные доказательства этого мнения. Космология, ас­трономия, астрофизика и физика микромира объединяют свои усилия для от­ветов на фундаментальные и изначальные вопросы: Из чего состоит мир? Когда и каким образом он возник? Каково место человека во вселенной? Ка­ково наше будущее? Нет необходимости убеждать кого-то в философично­сти этих вопросов – здесь смыкается физика и метафизика, философия и ес­тествознание. Совсем не случайно эти фундаментальные вопросы называ­ются "метафизическими", т. е. выходящими за рамки любого возможного фи­зического опыта, а также "космологическими".

Космология – область гипо­тез о происхождении вселенной, физика микромира – область гипотез о глу­бинном строении вещества и излучения (поля). И они удивительным образом смыкаются в объяснении необозримо-гигантского и непредставимо-исче­зающего – как единого и глубинно взаимосвязанного Универсума. В нем судьба звезд и Галактик, их размеры и время жизни оказываются в прямой связи с количественными параметрами мельчайших частиц. Размеры же все­ленной грандиозны.

Несколько лет назад в Германии была создана первая объемная карта известной вселенной, где 15,5 тысяч известных галактик (в каждой из которых миллиарды звезд) помещены в некоторый куб (как плавающие внутри "картофелины"), размер каждой грани которого условно 500 млн. све­товых лет. Представьте себе внутренний пространственный объем этого куба, или видимой нам вселенной – 125 тысяч секстиллионов световых лет. Причем сам световой год, "единица" этой невообразимой суммы, сама по себе невообразима – 9460. 8 млрд. км, – расстояние, которое проходит свет за год (его скорость, абсолютный предел движения равна 300 тыс. км в секунду). Умножение километров светового года на их количество в объеме видимой вселенной даст вообще цифру, которую отказывается принимать наш мозг. И вместе с тем было время в жизни вселенной, когда она была столь ж по­трясающе мала, как грандиозна сейчас – почти на десятки порядков меньше размера кварка. Итак, каковы же основные вариации современных представ­лений о вселенной, которые объединяют эти уровни: и в ее космологической "биографии" и в понимании теперешнего состояния?

Основные структурные ингредиенты вселенной. Традиционной ме­тафорой устройства вселенной можно считать "строительную" – уподобле­ние ее некоему сооружению, составленному из некоторых простейших, далее неделимых элементов-частиц, скрепленных в одно целое некой уплотняю­щей, связующей, "склеивающей" субстанцией. Вещество и характерное взаимодействие (поле). Впрочем, и это разделение не жестко, т. к. современ­ная физика микромира утверждает о двойственно-единой природе и веще­ства, и поля. Частицы превращаются в излучение, а излучение передается по­средством особых частиц. И не будем забывать, что вселенная вовсе не обязана следовать образам нашей строительной практики. Как бы там ни было, нам наиболее понятны и соразмерны именно строительные метафоры. Воспользуемся ими.

Итак, есть два основных класса структурных составляющих вселенной: собственно элементарные частицы и "единицы", переносящие фундамен­тальные взаимодействия, кванты полей.

Сегодня элементарнейшими частицами, основным строительным мате­риалом действенного, активного вещества считают барионы. Из них обра­зуются протоны и нейтроны, главные "кирпичики" химических элементов, составляющих знакомую и видимую всем нам материальную среду. Барио­нами называют комбинации (как правило, трех) кварков. Кварки пока пола­гают мельчайшими структурными составляющими вещества, хотя некоторые физики поговаривают о еще более дробных составляющих уже самих квар­ков – "прекварках". Кварки отдельно, сами по себе, не существуют, а только в комбинациях со своими "собратьями" по паре – слишком велики внутри­ядерные силы (самые могучие во вселенной). Все сущее состоит в основном именно из множественных комбинаций двух базовых типов кварков: u-кварка и d-кварка. Но природа, кроме того, почему-то продублировала "золо­тую пару" еще, по крайней мере, дважды – физики открыли еще две пары "не­основных", а потому "странных" кварков: s, c, t, b-типы. Может, это "запас­ные игроки" либо неудавшиеся первоначальные эскизы нынешнего вселен­ского сценария?

Но, как известно многим, кто наблюдал или сам строил, в практике возведения дома из стандартных блоков постоянно возникает потребность в частях несколько меньших размеров, которые как бы дополняют основные. Так, возникает возможность варьировать в возведении дома – по ходу строи­тельства, создавая более удобное и экономичное строение для наших нужд. Также нужны более мелкие "посредники" и во вселенском строительстве. Посредством их частицы-"тяжеловесы" способны к более вариативному бы­тию. Одни из этих частиц-посредников уравновешивают заряды, другие по­средничают в массе. Это лептоны – электроны и нейтрино. Первые состав­ляют периферию атомов, последние по совокупной массе дают существен­ную часть массы вселенной. Однако почти полная "неконтактность" ней­трино превращает их, скорее, в невидимых статистов (хотя и весьма необхо­димых) во вселенском спектакле.

Именно из барионов и лептонов состоит вещество (и антивещество, с полярно-зеркальными свойствами) вселенной. Вещество, безусловно, преоб­ладает, по крайней мере, в нашей Галактике. Похоже, что вещество и анти­вещество распространены во вселенной асимметрично. Это объясняют изна­чальными условиями происхождения вселенной: аннигиляцией – переходом вещества и антивещества при взаимодействии в излучение гигантской силы (она в 140 раз эффективнее термоядерных реакций), которое энергетически обеспечивало, вместе с другими источниками, рождение существующего по­рядка. В итоге все "выгорело", но поскольку вещества изначально образова­лось почему-то несколько больше, чем антивещества, то оставшегося все равно с лихвой хватило на сегодняшнюю известную нам вселенную. Не ис­ключено, хотя и маловероятно, что существует небольшое количество анти­галактик, т. к. только отдельно, в скоплении, может "выжить" столь экзотиче­ский для вещественной вселенной вид материи.

В последнее время физики озабочены созданием теории, которая бы смогла объединить четыре известных ныне фундаментальных типа природного взаимодействия (электромагнитного, гравитационного, сильного и слабого) в одну универсальную энергию вселенной. Пока эти попытки не столь ус­пешны, как хотелось бы, однако уже достаточно хорошо описаны "еди­ницы" - кванты известных форм взаимодействия. Это фотоны – единицы пе­реноса волн электромагнитного взаимодействия; глюоны – кванты сильного взаимодействия (внутриядерного, "склеивающего" кварки); гравитоны – ги­потетические кванты гравитации; промежуточные векторные бозоны W и Z – обменные частицы, посредством которых осуществляются все четыре типа взаи­модействий (в дополнение к основным).

Итак, вещество и поле (излучение) составляют собой материальную вселенную. Простран­ство же и время – неотъемлемые формы существова­ния, проявления самих материальных объек­тов и зависимы исключительно от них. Каково состояние вещества и взаимодействия – таковы пространство и время, нет каких-то отдельных, единых, общих для всех пространств и вре­мени, они сугубо конкретны и отличны по свойствам: в микромире, макромире и мегамире.

Пространство – это порядок взаим­ного расположения множества индивидуальных тел (примерно одного масштаба-уровня), суще­ствующих друг вне друга.

Время – порядок сменяющих друг друга явлений или состоянии тел. С реляционной точки зрения "пространство-время" не есть некоторая абстрактная система отсчета, они не есть также некоторая фиксирован­ная и изначально данная "арена" или "фон". Пространство-время скорее всего представляют собой фундаментальную структуру совокупно­сти событий.

Но недостаточно только перечислить основные ингредиенты вселен­ной. Они строго определенным и характерным образом связаны друг с дру­гом, в определенной и неслучайной конфигурации, количественной пропор­ции. Более того, подобные конфигурации-пропорции всюду сейчас сохраня­ются и не нарушаются. Это правила игры, фундаментальные константы. Назовем лишь бесспорно неизменные величины для современной физики:

 заряд протона;

 постоянная Планка;

 скорость света;

 Ньютоновская гравитационная постоянная;

 постоянная сильного взаимодействия;

 постоянная слабого взаимодействия.

Другие универсальные постоянные "постоянны относительно", т. е. условны, и с развитием физики корректируются (к примеру посто­янная Хаббла).

Что такое законы природы или "правила игры"? В чем их суть и происхожде­ние? По этому вопросу существует четыре основные точки зрения.

→ Первую из них можно назвать концепцией внешних отношений. Со­г­ласно ей, законы есть нечто внешнее по отношению к объектам и полага­ются трансцендентным Богом, который как бы организует связи между элемен­тарными составляющими вселенной. Ньютон, Декарт и Лейбниц утвер­ждали такой характер законов природы.

→ Вторая концепция утверждает, что закон природы – это просто наб­лю­даемая устойчивость некоторого образца, по которому последователь­но сменяются отношения объектов; закон является только описанием. Эта кон­цепция исходит, правда, из допущения, что наше знакомство с объектами имеет непосредственный характер, т. е. мы имеем действитель­ный доступ к объектам "самим по себе". Именно на этой установке ба­зируется позитиви­стское понимание законов природы как некой тождест­венности, сохраняю­щейся в ряде сравнительных наблюдений.

→ Третья концепция – конвенциалистская, утверждает, что законы – есть условное толкование, закрепленное в договоренности, обязатель­ной для всех членов научного сообщества и тем более для непрофессио­нальной пуб­лики. Это предписания, эффективно организующие наше позна­ние, выра­жают наше отношение к вещам, равно как и отношения между ни­ми.

→ И наконец, четвертая концепция – имманентная концепция законов. Она предполагает, что порядок природы определен характером реально су­ществующих объектов, составляющих в совокупности основания этого по­рядка. Закон природы – это существенная взаимозависимость объектов и одновременно средство объяснения характера объектов, принятого некото­рым научным сообществом. Из этого следует, что поскольку законы природы зависят от индивидуального характера объектов, составляющих природу, а сами эти объекты подвержены изменениям, постольку изменяются и за­коны. Нет поэтому одних вечных законов вселенной, определяющих со­бой поведе­ние любого объекта. Законы природы есть нечто, развивающе­еся в соот­ветствии с развитием объектной среды.

Эта последняя интерпретация законов природы находится в разительном противоречии с прежней установкой науки на поиск неизменных фундамен­тальных законов природы, которая сформировалась у ученых еще в антично­сти. Нарушается "принцип Максвелла", который гласит, что все физические закономерности являются в пространстве и времени неизменными, универ­сальными, ибо фактор времени входит в них имплицитно. Всякая ситуа­ция, в которой фундаментальный закон физики обнаружил свое непостоян­ство, является в лучшем случае временной и должна непременно разрешаться обнаружением еще более общего закона, восстанавливающего утраченную неизменность на более глубоком уровне.

Между тем практически все совре­менные космологические сценарии развития вселенной, основывающиеся на концепции "Большого взрыва," указывают, во-первых, на возникновение фун­даментальных закономерностей в первые мгновения Взрыва и их зависи­мость от этих самых начальных условий; во-вторых, на эволюцию этих за­кономерностей в сторону "надстраивания на них" законов химического, био­логического, социального уровней мира. В обоих случаях неизменность, как залог фундаментальности, по существу, отрицается. И не спасает аргумент, что время действия этих законов относительно краткоживущего человечества практически и есть "вечность". Раз они появились и сформировались, то рано или поздно также и исчезнут. Тогда где искомые фундаментальность и единство?

Хороший выход предложил французский физик Пуанкаре. Он ос­тается во мнении о том, что фундаментальные законы природы неизменны по определению. Причем постоянство законов всегда можно спасти переходом на новый уровень фундаментальности. Когда доказывается временной статус закона, он тотчас заменяется другим, более общим законом. Не должно быть "междуцарствия" – принцип неизменности должен остаться в неприкосно­венности. Применяя его к установке "Большого взрыва", следует, вероятно, искать более общие принципы, нежели чем те, которые установлены в каче­стве сегодняшних неизменностей (скорость света, постоянная Планка и пр.) и которые будут частными их случаями.

Помимо "строительной" метафоры устройства вселенной: вещество и поле (в пространстве и времени), имеющие некую конфигурацию (законы), предлагают и другую базовую метафору вселенной – метафору "компью­тера".

Представим себе, что вселенная – гигантский компьютер, некая инфор­мационно-процессорная система. В контексте такой метафоры материальные вещи во Вселенной, такие, как кван­товые частицы, играют роль "железок", а те логические правила, кото­рым подчиняются эти частицы, т. е. законы при­роды, выступают в качестве программного обеспечения "космического компьютера". Возникает вопрос об отношении этого компьютера к человеческому мозгу, для которого то­же применима компьютерная метафора. Мозг – это не циф­ровой компьютер (впрочем, и Вселенная - это тоже не ком­пьютер в смысле переработки только цифровой информации), но есть орган преобразования информации в виде части "кос­мического компьютера", окончательную структуру которого он пытается понять. Трудности, которые мы при этом испы­тываем, иными словами, трудности познания Вселен­ной, в принципе могут рассматриваться как аналогичные трудности, возникающие в связи с проблемой интерфейса, т.е. проблемой согласования компьютеров друг с другом. Допустим теперь, что ученые нашли главный закон Вселенной, т. е. установили основную про­грамму, по которой работает "космический компьютер". Тогда, хотя физика в том виде, в котором мы ее знаем, очевидно, должна закончить свое сущест­вование, все равно для ученых еще останутся две области исследования. Одна из них относится к сложным путям самоорганизации мате­рии во всем разнообразии ее живых и неживых форм, ибо одно дело – знать фундамен­тальные законы физики и совсем другое – получить логические следствия этих законов во всей их разветвленности. Другая область – установление гра­ниц простоты. Ведь фундаментальное уравнение фи­зики должно быть простым, иначе мы не смогли бы найти его. Однако трудно воспротивиться иску­шению и не попытаться понять, почему именно этот конк­ретный закон выступает в качестве основного и главного, а не ка­кой-либо иной, в равной мере простой. И именно здесь может помочь ком­пьютерная метафора. Рассматривая законы Вселенной как компьютерное программное обеспечение, можно высказать предположение о будущей воз­можности слияния физики с информатикой как с разделом математики. Ма­тематика же может показать нам, что если наш мозг и "космический компью­тер" согласованы так, а не иначе, то в таком случае лишь этот единствен­ный закон согласуется с нашей способностью постигать предполагаемый порядок Вселенной. В то же время в связи с образом Вселенной как ком­пьютера воз­никают фундаментальные вопросы теоретико-познавательного плана. Законы природы, например, закон тяготения Ньютона, представлены в "жесткой ос­настке" Вселенной (в "железках"), например Солнечной системой. Законы квантовой физики представлены в пустом плоском пространстве квантовыми частицами и античастицами, флук­туирующими где-то между актуальным и потенциальным существованием. Но, предположим, что Вселенная началась "из ничего". В полной пустоте не существовало даже "же­лезок". А без "желе­зок" не могло быть и программной "на­чинки". Как тогда законы Вселенной могут быть представлены в полной пустоте? Одна из гипотетических попы­ток ответить на этот вопрос состоит в следующем. Постулиру­ется, что в на­чале мироздания существовала вероятност­ная квантово-механическая функция Вселенной. Эта функция не есть некая материальная вещь – она лишь опреде­ляет вероятности материальных событий. Однако это уже чересчур похоже на сверхинтеллект или Бога.

Перейдем теперь к рассмотрению основных космологических моделей происхождения Вселенной. До 20-х гг. ХХ столетия господствовало пред­ставление о стационарной Вселенной. В качестве примера можно указать на раннюю теорию Фреда Хойла о вечной, стабильной вселенной, в которой наблю­даемое разряжение вещества компенсируется его непрерывным творением. Отправными точками современной космологии являются два эпохальных со­бытия: открытие Эдвином Хабблом расширения Вселенной (20-е гг.) и от­крытие в 1964 г. Пензиасом и Вильсоном реликтового излучения. Эти от­крытия являются опорными для постулата о том, что существующая сейчас Вселенная имеет некое, по крайней мере, одно, исходное начало своего рас­ширения. Важное методологическое значение для современной космологии имеют расчеты Дж.А. Фридмана – о трех фундаментально возможных вариантах расширения Вселенной.

Вселенная может иметь три возможных варианта кривизны пространства и, в зависимости от этого, иметь разный вид для нас и разные следствия.

● Во-первых, она может быть таковой, каковой мы ее вос­принимаем в нашем повседневном опыте – евклидовым плоским пространст­вом, бесконечно расширяющимся.

● Во-вторых, она может быть расширяю­щимся неевклидовым пространством, гиперболическим миром, имеющим отрицательную кривизну. Он также будет бесконечен во времени и про­странстве.

● В-третьих, в случае положительной кривизны пространства мир будет сферическим, а значит замкнутым и конечным. Расширение здесь на определенном этапе сменяется обратным сжатием до критической точки но­вого взрыва-расширения. Конечность здесь означает возможность "круговсе­ленского", гипотетического путешествия, как на нашей сферической планете – возвращения в исходную точку. Конечность же в смысле временном – смерть всех современных структур в неизбежном предстоящем сжатии. Это пульсирующая Вселенная, циклы которой могут не повторять прежние вари­анты. Расчеты Фридмана во многом определили поле последующих космоло­гических построений.

Несомненно, базовой для второй половины ХХ в. следует признать модель горячей Вселенной в ее разных вариантах. Общим в них является то, что все они утверждают об особом – сверхгорячем и сверхплотном изна­чальном состоянии Вселенной, а также об определяющем значении первых минут Начала, поскольку именно от них зависел характер и числовые про­порции фундаментальных законов. Однако разные версии делают разные акценты в описании генезиса сущего. Опишем, по крайней мере, четыре наи­более известные из них.

☼ Космология Большого взрыва американского физика русского происхождения Дж. (Георгия Антоновича) Гамова. Сама идея появилась у него как попытка объяснения самого наличия в нашей действительности химических элементов тяжелее гелия. Звезды класса Солнца могут рождать в своих недрах лишь легкие эле­менты. Для синтеза более тяжелых нужны гораздо более высокие показатели плотности и температуры. Гамов предположил, что химические элементы, необходимые для появления во Вселенной жизни (углерод, кислород, железо и более тяжелые), появились в самом начале расширения Вселенной, когда были невероятные сегодня плотности и температуры. Потом, правда, выяс­нили, что эти элементы возникают скорее в сверхновых – звездах, которые достигают при выгорании звездного топлива, водорода, критических темпе­ратур и состояний, несколько напоминающих изначальные условия. При вспышке-взрыве сверхновых их ядра, состоящие из тяжелых элементов, разрушаются и распыляются по космосу. Таким образом, наша планета и наши тела состоят из звездного пепла. Но Гамов оказался прав в другом, более фундаменталь­ном смысле: изначальное состояние Вселенной радикально отличалось от се­годняшнего, а потому первые эры ее существования были совсем необыч­ными и задали все современные параметры. Начальное состояние Вселенной называют по-разному: протоатом (хотя этот "протоатом" меньше реального сегодняшнего атома примерно в столько же раз, во сколько реальный атом меньше всей видимой Вселенной) либо сингулярность. Также невообразимо для нашего ума и само "начало" или скорость и плотность событий – первая секунда разделяется "назад" на 45 порядков. В сверхплотных и в сверхгоря­чих состояниях излучение преобладает над веществом – утверждал Гамов, поскольку настолько была высока энергия в сингулярности, что сами ингре­диенты материи не могли иметь привычных нам форм-определенностей, "фигурного" бытия, пространства-времени. Сущее находилось в несвязан­ном, "свободном" состоянии. Гамов вычислил, исходя из своих и фридманов­ских допущений, что первые 73 млн. лет преобладало излучение, а потом вещество – как основные формы бытийствования. А раз так, предположил Гамов, то от той эпохи излучения должны остаться какие-то крохи, ведь способ существования фотонов – движение с сумасшедшей, предельной ско­ростью. Они двигаются, пока есть для этого условия – пока они не захваты­ваются, сталкиваясь с какими-либо преградами и не превращаются в иные бытийные комбинации. Значит, если раньше была эпоха Вселенной с доми­нированием излучения, то хотя и слабое, оно должно существовать и по сей день. Эта догадка блестяще подтвердилась открытием реликтового излуче­ния, которое оказалось, чуть ли не в 30 раз сильнее звездного. Лишь после этого открытия модель Гамова стала общепризнанно приоритетной в ряду последующих вариантов.

☼ Световая Вселенная Ф. Хойла и Р. Тейлора – модернизация модели Га­мова, в которой подробно исследовалась эпоха излучения или фотонная эра. Удивительно, но сам образ изначального Света лежит в основание картин мира многих религий (зороастризм, библейские мотивы), философских уче­ний (неоплатонизм: эманация-излучение сущего из светоносного Единого). Как бы то ни было, но Хойл и Тейлор, пользуясь новыми опытными дан­ными, существенно скорректировали Гамова. Они утверждали о том, что фо­тонная эра продолжалась не 73 млн., а приблизительно 1 млн. лет. Материя была более светом и лишь в некоторой малой части веществом – в виде ядер легких элементов (водорода и гелия). До световой эпохи предшествующие "эры" длились тысячные доли нашей секунды, представляя собой комбина­ции элементарных частиц. Но следует сказать, что природа пространства и времени была совсем иной, хотя мы и пользуемся для описания событий на­шими мерками – для самой Вселенной эта длимость могла быть сопостави­мой с "нашими" миллиардами лет. При падении температуры, уменьшении плотности на 5-6 порядков – вследствие расширения (постепенного ~ 1 млн. лет), возникают условия для фундаментального события, породившего уже собственно нашу вселенную, – отделения излучения от вещества и образова­ния первичных атомов. Завершается фотонная эра и начинается звездная: об­разование протозвезд и галактик.

☼ Раздувающаяся (инфляционная) Вселенная А. Гута представляет собой также вариант, развивающий идеи "горячей" Вселенной, базовой модели Гамова. Однако в этой концепции содержится очень важная идея, которая объясняет столь очевидное колоссальное различие в размерах, температуре, плотности сингулярности и современной Вселенной. Они вво­дят понятие инфляционной стадии – скоротечного раздувания. Микроскопи­ческие неоднородности превратились в макроскопические, ставшие основой глобальных структур Вселенной, – совсем в духе синергетики. Данная модель предполагает очень быстрое, хотя и кратковременное, расширение – моментальное превращение микро­мира в мегамир. Мы все же должны помнить о том, что использование слов "Большой взрыв" или "раздувание", с которого началась Вселенная, по­дразу­мевают все же несколько иные смыслы, чем хорошо всем знакомые образы кинохроник. Имеется в виду не взрыв, случившийся в некоторой точке про­странства и продукты которого рас­пространяются куда-то "вовне''. Такой об­раз неуместен в данном случае, ибо "до взрыва" ни пространства, ни времени просто не существовало. Большой взрыв можно наглядно представить в виде пространственно замкнутой двумерной сферы, которая непрерывно расширя­ется. На поверхности сферы находится газ квантовых частиц при определен­ной тем­пературе, и этот газ, по мере того как сфера увеличивает­ся в диа­метре, охлаждается. Самое существенное в этой картине то, что Большой взрыв в определенном смысле произошел "везде и сразу", во всей Вселенной, ибо по отношению к ней нет ничего "внешнего", не существует вне ее по­зиции, где бы мы могли, удобно устроившись, как в лаборатории, наблюдать возникающую и эволюционирующую Вселенную.

☼ Пенистая Вселенная П. Дэвиса – еще один вариант все той же базовой модели. Здесь усилен аспект анализа вещественной стороны в эволюции Все­ленной, дана подробная стадиальная картина первых судьбоносных минут жизни Вселенной, описание особенностей сингулярности. Само название концепции обусловлено метафорой "пены" пространства-времени – состоя­ния материи в масштабах на порядки меньшее величины кварка. Такое же состояние было и в "начале". Оно характеризуется принципиальным отсутст­вием любой определенности, любого порядка – любых форм, вообще про­странства-времени в нашем смысле. Это чистый хаос – вечное становление, без всяких моментов остановки, фиксации, порядка. Здесь царят взаимопре­вращения "всего во все", нет никаких запретов, ибо нет никаких правил. Это мир постоянных возмущений-волнений или флуктуаций – неопределенного множества вариантов возможных потенциальных порядков-правил. Во взрыве-раздувании оказавшиеся в тот момент актуализированными флуктуа­ции разрослись и вообщем-то случайно стали тем порядком, который мы те­перь знаем как фундаментальные константы и законы природы. Потому бес­смысленны вопросы – типа: "Почему они имеют такой вид и количественные значения, а не другие?" Могли быть и другие, но разрослись и спровоциро­вали Взрыв именно эти. Вообще же состояние "пены" практически не подда­ется нашему разумению, т. к. радикально выходит за всяческие представимые рамки. Лишь с 43-го минусового порядка первой секунды начинается при­близительно понятная нам Вселенная. Главная идея родов вселенной здесь – самодифференциация простейших элементов сингулярности и история их комбинаций. Первую эру Дэвис называет "Великим объединением", когда сущее представляло собой "кварковый бульон" – к тому времени сингулярно­сть уже достаточно остыла, чтобы появились первые определенности, ядер­ная основа вселенной. В андронную эру появляются барионы и мезоны, здесь же разделяются три типа взаимодействия между частицами. Третья эра – лептонная – здесь происходит примечательное: аннигиляция вещества и ан­тивещества. Некоторый избыток вещества определяет современное домини­рование вещества во Вселенной. В четвертую, плазменную, эру, которая, в отличие от первых трех, продолжавшихся полновесную "нашу" секунду, уже ведет счет на миллионы лет, синтезируются первые, базовые для звезд эле­менты (водород и гелий). Образуются гигантские облака ионизированного газа, строительный материал для галактик.

Хотя приведенные варианты базовой модели "горячей" Вселенной согла­суются со многими фундаментальными явлениями, типа расширение галак­тик и реликтового излучения, однако они имеют трудности в объяснении са­мых последних открытий астрономии. К примеру – крупномасштабное скру­чивание галактик (неоднородность распределения галактик во Вселенной, их сгущения, существование областей так называемого "темного вещества") или природа квазаров ("микросингулярности"?) Это говорит о переходном и от­носительном характере модели "горячей" Вселенной. Как, впрочем, и о мета­физической наивности самих попыток физиков, начиная с Демокрита, искать что-то простое, универсальное и фундаментальное. Так или иначе, но суще­ствуют и другие модели. Укажем еще лишь три.

☼ Плазменная Вселенная Ганса Альвена. Он пола­гает, что электромагнитные силы, порождаемые плазмой (веществом в сильно ионизированном состоянии), играют более существенную роль в кос­могенезе, чем гравитация. Межзвездное пространство, по его мнению, запол­нено длинными "нитями" и другими структурами, состоящими из плазмы. Силы, которые вынуждают плазму образовывать такие фигуры, заставляют ее образовывать также галактики, звезды и звездные системы. Вселенная медленно расширяется под влиянием энергии, которая выделяется при анни­гиляции частиц и античастиц, без всяких взрывов. Галактики образуются из плазменных облаков под влиянием электромагнитных сил и гравитации. Микроволновый фон (так называемое "реликтовое" излучение) обусловлен тончайшими нитями плазмы, проникающими во все уголки космоса.

☼ Идея ансамбля Вселенных. Суть ее – в признании одновремен­ного суще­ствования всех мыслимых вселенных. Она пред­ложена X. Эвереттом в 1957 году. Согласно ей, наблюдаемая Вселенная — это лишь один пример из беско­нечного многообразия реально суще­ствующих вселенных. Дабы объяснить многочисленные совпадения в фундаментальных постоянных нашей Вселенной, чьи почти невероятные сочетания дают возможность жизни, необходимо предположить, хотя бы ради объективности, что познаваемая нами Вселенная и Вселенная "сама по себе" – это все же не одно и то же. Вселенная может иметь сколько угодно иных, недоступных нам, сторон и проявлений. Другие, по-иному устроенные существа и разумы, выявят во вселенной совсем другое – те модели, которые ведут к их появлению. Они будут также искренне удивлены, когда узнают от нас, что вселенная развивается к углеродной жизни. Не удивительно в таком случае, что мы познаем Вселенную со столь многочисленными особыми ус­ловиями, ибо мы выбрали ее из ансамбля миров самим фактом своего суще­ствования, так же как "выбрали" поверхность планеты среди огромного мно­жества безжизненных областей Вселенной.

Столь необычные свойства наблюдаемой Вселенной теперь нужно рас­сматривать не как удивительные, а как неизбежные. Их кажу­щаяся невероят­ность является исключительно отраже­нием их нетипичности. Подавляющее большинство Вселенных не обладают условиями, подходящими для жизни. Только те редкие Вселенные, которые обладают ими, наблюдаемы.

Теория Эверетта не единственно возможный путь придания реальности умозрительной схеме ансамбля Вселенных. Дж.А. Уилер обсуждал концепцию по­следователь­ного ансамбля в осциллирующей (пульсирующей) Вселенной. Следует напомнить, что такая Вселенная расширяется из ис­ходного сингулярного состояния до максимального объема, а затем коллапсирует (катастрофически сжимается) вновь в сингулярное состояние. В такой сингулярности совершенно непри­менимы известные нам законы фи­зики. Исходя из это­го, Уилер предполагает, что некоторый тип Вселенной проходит через стадию сингулярности и появляется вновь после своего рода вторичной «переработки» с новыми значениями фундаментальных постоян­ных, новой структурой движения и, вероятно, новыми зако­нами физики.

Таким образом, сколлапсировавшая Вселенная возрождается в новом цикле расширения и сжатия, чтобы за ним последовал следующий и так да­лее. В каждом цикле структура Вселенной будет иной. Если циклы воспроиз­водятся произволь­ным образом, то чисто случайно, в конце концов, Вселенная приобретет нужную структуру и числовые совпадения и появятся различные наблюдаемые число­вые зависимости.

☼ Скрытая холодная темная материя   Огромная проблема теории Большого взрыва в том, как предполагаемое изначальное излучение высокой энергии, якобы разлетаясь в разные стороны, могло объединиться в такие структуры, как звезды, галактики и скопления галактик. Такая теория предполагает наличие дополнительных источников массы, обеспечивающих соответствующие значения силы притяжения. Эта материя, обнаружить которую так и не удалось, была названа Холодной Темной Материей (CDM - Cold Dark Matter). Подсчитали, что для образования галактик необходимо, чтобы такая материя составляла 95-99 % Вселенной. Эта материя сродни новому наряду короля из сказки Андерсена – все говорят о нем, но никто его не видел. Какие только источники CDM ни изобретались! М. Хокинс (Hawkins) в книге Hunting down the Universe (1997) предположил, что 99 % всей массы Вселенной составляют мини-черные дыры, каждая размером с двуспальную кровать. Но если эти таинственные черные дырочки образовались в результате свертывания звезд, как предполагает теория, они вряд ли бы могли быть причиной образования звезд – звезды образуются только из звезд.

Антропный принцип

Б. Колинз и С. Хокинг в рамках идеи ансамбля миров рассмотрели во­прос: почему Вселенная изотроп­на (однородна в глобальном масштабе)? В неоднородной Вселенной генерировались бы большие количества тепла, что привело бы к сильному давлению излучения и препятствовало бы образова­нию галактик. Ясно, что такие условия не благоприятствовали бы извест­ной нам форме жизни. Колинз и Хокинг рассмотрели вопрос с другой точки зре­ния. Они показали, что по мере расширения Вселенной неоднородность в общем должна была бы усиливаться. Однако, если темп расширения строго согласуется с гравитацией, то изотропия сохранится. Они утверждают, что только во Вселен­ной, близкой к такому состоянию, могут обра­зоваться галактики, способные существовать длительное время. Когда же рас­ширение слишком сильно, чтобы происходило скручивание под действием сил гравитации, Вселен­ная довольно быстро коллапсирует. Колинз и Хокинг приходят к выводу, что только во Вселенной способной оставаться изотроп­ной в те­чение долгого времени, возникнет жизнь. Из ансамбля Вселенных, которые в высшей степени неоднородны, мы выбрали изотропную Вселен­ную, в которой существование га­лактик обеспечивает подходящие условия для суще­ствования жизни. На вопрос, почему Вселенная так изотропна, Ко­линз и Хокинг отвечают: «Потому, что существует человек».

Т.о., мы подошли к вопросу о связи наших представлений о строении и сущности Вселенной с нашим существованием, вернее с нашей кровной заинтересованностью в определенных смыслах Вселенной для нас. Вселенная может быть к нам безразлична, но мы к ней – нет. И мы также хотим быть уверенными в том, что все-таки она к нам не безразлична, если не более того – подстраивается под нас. Такие мы вот довольно-таки эгоцентрические существа. Речь идет о так называемом антропном принципе, сформулировали который не какие-то там идеологи или философы, а сами ученые: физики и космологи.

В природе нет слепых сил, заслуживающих внимания. Слишком много оказывается "случайностей" уже на уровне самого образования в звездах углерода и кислорода. Силы ядерных взаимодействий, ядерных резонансов углерода и кислорода удивительным образом настроены, совпадают с особенностями тепловой энергии в типичной звезде. Жизнь во Вселенной появляется не в любое, а в определенное время: не раньше и не позже. Во-первых, по крайней мере, одно поколение звезд должно завершить цикл своего существования и кончить как сверхновые. Лишь там синтезируются элементы тяжелее гелия и разбрасываются затем по галактике, образуя затем планеты. Во-вторых, после смены нескольких поколений звезд галактические запасы водорода сильно истощатся и рождаемость звезд, особенно стабильных типа Солнца, станет весьма низкой. Затем галактики станут охлаждаться и жизнь, в нашем понимании, станет невозможной. Общим условием жизни является завершение неравновесных процессов, установление порядка и накопление информации. А на это требуется довольно много времени, если судить по времени появления жизни на Земле (~2,2 млрд. лет назад) – ведь возраст нашей Вселенной оценивают от 10 до 20 млрд. лет.

Формулировки слабого и сильного антропного принципов впервые представлены в четком виде Б. Картером.

→ Слабый принцип гласит: "То, что мы предполагаем наблюдать, должно удовлетворять условиям, необходимым для присутствия человека в качестве наблюдателя". Из чего следует, что Вселенная обладает наблюдаемыми свойствами потому, что только эти свойства допускают возможность существования человека-наблюдателя.

→ Сильный антропный принцип утверждает: "Вселенная должна быть такой, что в ней на некоторой стадии эволюции мог существовать наблюдатель". По сути, это одно из объяснений смысла фундаментальных физических постоянных: ведь именно существующие их значения и соотношения (очень узкая полоса вероятностей) приводят к появлению человека. Оказывается, что Вселенная приспособлена для существования жизни, законы физики и начальные условия как бы "подстраиваются" некой незримой разумной силой в таком направлении, чтобы гарантировать появление и эволюцию жизни.

→ Это приводит часть физиков и философов к полаганию сверхсильного антропного принципа: "Вселенная такова, какова она есть, потому что человек (в широком смысле ~ разумные существа) составляет необходимый элемент ее бытия.

Что ожидает нашу Вселенную, исходя хотя бы из тех знаний, которые мы сейчас о ней имеем? Темп расширения Вселенной постепенно замедляется. Взаимное гравитационное притяжение всех галактик и другого космического вещества сдерживает расширение. Если это сдерживание дос­таточно сильно, то, в конце концов, расширение прекратится и сме­нится сжа­тием, и Вселенная будет коллапсировать с ускорением. Тогда через много миллиардов лет галактики будут спрессованы вместе, а любой заданный объем про­странства катастрофически уменьшится в ходе сжатия Вселенной к сингулярному состоянию, т. е. обращен­ного во времени процесса расшире­ния Вселенной из сингулярного состояния. Последствия такого катастро­фи­ческого гравитационного коллапса не ясны, за ис­ключением того, что в ре­зультате исчезнут не только все физические структуры, но и сама Вселенная, включая пространство и время. В этом случае сингу­лярное завершение Все­ленной было бы зеркальным отражением ее сингулярного происхождения. В такой модели длительность существования Вселенной ограничена во вре­мени.

Условие, необходимое для того, чтобы расширение сменилось сжа­тием, — это присутствие во Вселенной достаточного количества гравитирующего вещества, т. е. замкнутость Вселенной зависит от плотности массы-энергии при данной скорости расширения. Существующие наблюдения по­зволяют предположить, что плотность, определяемая веществом, содержа­щим­ся в галактиках, несколько ниже критического значе­ния, при котором Вселенная замкнута, но ненаблю­даемое вещество (скрытая масса, например, в форме нейтрино) могло бы компенсировать этот дефицит.

Если самогравитация Вселенной не способна сдер­жать расширение, то Вселенная, по-видимому, будет расширяться вечно. Звезды со временем либо взорвут­ся, либо истощат запасы ядерного топлива и коллапсируют, образуя белые карлики, нейтронные звезды или черные дыры. Галактики будут све­тить все слабее, а черные дыры будут поглощать вещество: угасшие звезды, газ, пыль и прочее — и увеличиваться в раз­мере. Очень медленные про­цессы, такие, как излучение гравитационных волн, приведут к распаду мно­гих си­стем, поэтому галактики будут постепенно коллапси­ровать с образова­нием черных дыр. Вещество, которое ускользает в межгалактическое пространство, охла­дится до температуры реликтового излучения, которое будет остывать.

Затем могут проявиться тонкие квантовые эффекты, в результате кото­рых черные дыры медленно испарялись бы, и осталось бы только излучение. Про­тоны, избежавшие поглощения черной дырой, могли бы также постепенно распадаться на позитроны, которые начали бы аннигилировать с оставшимися электронами. По-видимому, в любом случае конечный вид от­крытой Вселенной — это очень разреженная и постепенно ис­чезающая смесь фотонов, нейтрино, гравитонов и, вероятно, незначительного количества электронов и позитронов. Далее ничего интересного уже не произойдет.