"Неопределенная Вселенная" - читать интересную книгу автора (Кригер Борис)

Глава 4 Уникальность Вселенной

На первый взгляд космология мало влияет на нашу повседневную жизнь. Однако несмотря на то, что эта наука кажется чрезвычайно далекой от наших текущих забот и мирских треволнений, космологические идеи веками играли и продолжают играть основополагающую роль в формировании философских взглядов, которые в свою очередь оказывают значительное влияние на многие аспекты религиозной и политической жизни разных стран, входящих в состав современной цивилизации.

Космология как наука ограничивается изучением Вселенной в целом, ее содержимого, структуры и эволюции. Космологические идеи основываются на выводах, извлеченных из астрономических наблюдений и математических моделей, но, несмотря на свою кажущуюся удаленность от нашей повседневной жизни, они привлекают внимание прессы и вызывают интерес у широких слоев общества[14].

С течением столетий методы, применяемые в космологии, видоизменялись, постепенно переходя от спекулятивного мифотворчества к применению научного подхода, основанного на объективных данных. В настоящее время космология является частью современной стандартной физической теории и, как принято полагать, многие ее положения подтверждаются астрономическими наблюдениями.

Если даже согласиться с общепринятым мнением, что к описанию Вселенной можно подходить с обычными человеческими мерками, основывающимися на осознаваемом нами, но имеющим мало физического смысла, течении времени, то некоторые теоретические выкладки, особенно касающиеся наиболее ранних стадий существования Вселенной, не имеют и, возможно, никогда не будут иметь подтверждения, основанного на астрономических наблюдениях.

Таким образом, космология в какой-то мере остается наукой, основывающейся на принципах, которые подразумевают допустимость ситуации, когда теория превалирует над наблюдениями. Это не может не означать, что сами основы этой науки заведомо обречены зиждиться на спекулятивном мышлении, обычно не свойственном другим современным наукам.

Давайте предпримем путешествие к самым корням философии космологии, чтобы установить степень спекулятивности этой науки и попытаться определить границы человеческого познания и понять, что мы можем и чего мы не можем знать. Будем надеяться, что подобные попытки не встретят обычных в таких случаях обвинений в агностицизме. Давайте оставим в покое знаменитое изречение Сократа: «Я знаю лишь то, что я ничего не знаю». В конце концов, пользуясь небывалым прогрессом, произошедшим со времен этого древнегреческого мудреца, мы можем позволить себе порассуждать о том, чего именно мы пока не знаем, а чего никогда так и не сможем узнать.

Первая сложность, с которой сталкивается философия космологии, – это уникальность Вселенной. Наиболее фундаментальное препятствие на пути ее научного изучения заключается в том, что мы можем обозревать только одну вселенную. Именно уникальность предмета изучения, его наличие только в единственном числе отличает космологию от других наук. Говоря точнее, согласно официально принятой в космологии концепции, уникальные начальные условия, приведшие к сегодняшнему состоянию Вселенной, были заданы еще до того, как известные нам физические законы начали управлять эволюцией Вселенной. Мы не можем изменить этих гипотетических начальных условий и посмотреть, что было бы, если бы эти условия были иными. Они даны нам в абсолютном и неизменном виде. Одним из главных последствий того, что Вселенная является уникальной, является то, что мы не можем экспериментировать с ней. Очевидно, что мы не можем создать вселенную заново и пронаблюдать ее развитие с теми же или другими начальными условиями. Мы не можем проводить научных экспериментов на этом основном объекте изучения космологов. Более того, ввиду уникальности наблюдаемого объекта мы не можем сравнить вселенную ни с какой другой Вселенной.

Например, законы наследственности Грегора Менделя, заложившего основу современной генетики, были выведены на основе экспериментов с двадцатью восемью тысячами растений гороха. Эти опыты были бы невозможны, если бы ученый имел только одно растение или только одну горошину.

К сожалению, подобно одной горошине, у нас есть только одна Вселенная, да и ту мы наблюдаем только частично. Поскольку мы не можем сравнить нашу вселенную ни с какой другой Вселенной, мы значительно ограничены в своих возможностях выводить определенные законы, которые были бы справедливы не только для нашей Вселенной, но и для группы подобных объектов; более того, мы не можем утверждать, что другие вселенные существуют.

Пример с горошиной достаточно наглядно иллюстрирует весьма интригующую мысль, что концепция «законов физики» неправомерна, когда она применяется только к одному объекту, и нет возможности подтвердить или опровергнуть эти законы путем сравнения данного объекта с ему подобными. Мы не можем научно установить «законов Вселенной», которые могли бы описывать целый класс подобных объектов, потому что мы не можем проверить ни один из таких законов, кроме как только на одном имеющиеся у нас объекте. Действительно, сама правомерность использования понятия «закон» должна быть поставлена под сомнение, если изучаемый объект существует

только в единственном числе. Главная идея физического закона заключается в том, что он должен быть верным в отношении группы объектов или явлений, имеющих сходные характеристики, при допущении некоторых вариаций. Эти различия могут быть результатом разных начальных условий систем, к которым приложены данные законы.

Научные эксперименты позволяют нам изменять начальные условия изучаемых систем. Это невозможно в случае космологии, потому что мы не можем перезапустить Вселенную в лаборатории.

Мы можем наблюдать законы физики локально, подтверждая, что на относительно малой шкале они одинаковы во всей Вселенной, однако нам трудно перенестись эти законы на более высокие уровни иерархии организации Вселенной. Например, Всемирный закон тяготения Ньютона[15] прекрасно работает на уровне нашей Солнечной системы, однако он не может быть с той же степенью определенности применен, когда мы изучаем орбитальные скорости звезд, вращающихся вокруг галактического центра. Эти скорости оказались значительно выше, чем в соответствии с законом Ньютона. Другим фактом, поставившим под сомнение применимость законов тяготения на межгалактическом уровне, оказалось несоответствие между массой видимого вещества и тем, что галактики остаются вместе в кластерах[16], а не разлетаются друг от друга.

Несмотря на то что современная космология объясняет эти явления присутствием скрытой массы, названной «темным веществом» – “dark matter”, существуют некоторые альтернативные теории, например модифицированная ньютоновская Динамика (MOND)[17]. Эти теории ставят под сомнение верность выкладок, лежащих в основе официальной космологии. Так, модель под названием «Лямбда холодное темное вещество» (Lambda Cold Dark Matter) в настоящее время (в 2007 г.) является ведущей теорией и подтверждается фактическими наблюдениями[18].

На более высоком уровне законами гравитации невозможно объяснить, что заставило космологов прийти к выводу, будто Вселенная расширяется, да еще и с ускорением. Ведь согласно законам гравитации Вселенная, наоборот, должна сжиматься, подчиняясь силе притяжения. Существует потребность в новых законах, которые описали бы скрытую энергию, названную «темной энергией» “dark energy”, которая отвечала бы за подобное расширение. (Иногда ее именуют «антигравитацией».)

В настоящее время космологи ведут споры, что представляет собой эта самая скрытая энергия. Некоторые считают, что она есть некая «космическая постоянная» (cosmological constant) или так называемая квинтэссенция (quintessence). Несмотря на то что подобные законы могли бы дать удовлетворительное объяснение упомянутым выше явлениям, они не могут быть проверены ни на каком другом объекте, кроме как на нашей Вселенной, что лишит их статуса универсальных законов ввиду того, что, как мы уже отмечали, Вселенная у нас одна, и поэтому нет возможности выявить закономерность тех или иных явлений для группы подобных объектов.

Мы можем предположить, что имеем дело с миллиардами «мини-вселенных», на которых мы могли бы протестировать законы, регулирующие локальную часть Вселенной, но такая «мини-Вселенная» ни в коей мере не является всей Вселенной. Поэтому и такая уловка не может быть состоятельной. Однако, проверяя мини-вселенные и убеждаясь, что законы физики в них работают одинаково, мы можем подтвердить основной вывод современной космологии, что Вселенная одинакова во всех своих частях и во всех направлениях. Тем не менее, убеждаясь в гомогенности Вселенной, мы не получаем ответа на вопрос, почему она одинакова во всех своих частях и во всех направлениях.

Наконец, концепция статистической вероятности в отношении Вселенной также проблематична, поскольку речь идет о единичном объекте. Проблемы возникают при попытке применить теорию вероятности к космологии в целом, тогда как именно эта концепция и лежит в основе современной космологической аргументации.

Например, мы говорим о низкой вероятности «тонкой настройки» Вселенной (fine tuning), то есть все известные физические константы имеют такие точные параметры, что во Вселенной могут создаваться условия не только для существования такой сложной формы организации материи, как жизнь, но и для существования самих атомов. Если бы эти константы были иными, атомы никогда не смогли бы сформироваться, звезды никогда не зажглись бы, термоядерные реакции в них не были бы возможны, а тем самым не могло бы появиться то разнообразие элементов во Вселенной, которое мы наблюдаем[19].

Таким образом, можно предположить, что если бы константы были иными, мы могли бы исследовать различные вероятности, сравнивая их между собой, но это не имело бы смысла, поскольку не могло бы быть доказано путем астрономических наблюдений. Как же можно говорить о различных вероятностях по отношению к развитию Вселенной, если Вселенная, которую мы можем наблюдать, присутствует только в единственном числе?

Итак, мы не можем научно установить законов возникновения Вселенной с учетом различных начальных условий и различных вероятностей ее развития. Прежде всего, существует разница между экспериментальными науками, такими как физика, химия, микробиология, и «историческими», «географическими» науками, каковыми, например, являются астрономия, геология, теория эволюции. Говоря о научном подходе, мы обычно имеем в виду экспериментальные науки. Наблюдая и проводя эксперименты над классом идентичных или почти идентичных объектов, мы пытаемся установить закономерности в их поведении и убедиться в их идентичности. Например, кварки[20], протоны, электроны совершенно идентичны между собой и ведут себя совершенно одинаково (именно это свойство легло в основу хорошо протестированной квантовой статистики). Каждая молекула ДНК похожа на другую молекулу, хоть и отличается от нее. Все лягушки похожи друг на друга. То же можно сказать и о людях. Мы все достаточно похожи друг на друга, чтобы применять к нам законы, построенные на соответствующих общих характеристиках. Если бы это было не так, было бы ошибочно относить перечисленные виды к одним и тем же классам объектов. Молекулы воды, газы, жидкости, твердые вещества практически одинаковы по своим свойствам, и их можно описывать общими для них физическими и химическими законами. Что же касается географических и исторических наук, в них существуют уникальные объекты – Большой Каньон, континент Антарктида, Солнечная система, галактика Андромеда или уникальные события – образование Солнечной системы, эволюция жизни на Земле, взрыв определенной сверхновой звезды. Поскольку эти уникальные объекты и события доступны только для обозрения, а не для экспериментирования, особые начальные условия, которые привели к возникновению этих объектов и событий, не могут быть изменены. Между тем существуют целые классы подобных объектов (другие каньоны, континенты, солнечные системы, галактики и т. д.), которые мы можем наблюдать и сравнивать. В отличие от космологии, в других науках мы можем проводить статистический анализ с целью выявления закономерностей.

Но если в космологии мы действительно не можем проводить подобный анализ, то необходимо задать вполне законный вопрос о природе космологии как науки. Мы должны либо допустить, что физические феномены на большой шкале космических расстояний (такие, как зарождение Вселенной) происходят только один раз, и именно они и являются предметом изучения космологии, либо, наоборот, предположить, что подобные события не уникальны, даже если мы не можем их наблюдать, и тогда эти события находятся вне сферы интересов космологии, поскольку ее методы не приспособлены для изучения классов объектов.

Некоторые ученые пытаются обойти эти проблемы, отрицая уникальность Вселенной. Они предполагают наличие множества вселенных (many universes), что само по себе противоречит общепринятому определению Вселенной как вместилища всего сущего. Так или иначе, принимая предположение о существовании множества вселенных, мы можем применять концепции статистических вероятностей к этим гипотетическим объектам, рассматривая их как чрезвычайно удаленные области пространства с различными характеристиками, как в теории хаотических инфляций (chaotic inflation), или как совершенно разделенные вселенные без какой-либо физической связи между ними. В обоих случаях степень спекулятивности выходит далеко за рамки допустимого в науке.

Поскольку до сих пор не доказано, что другие вселенные существуют или, по крайней мере, могут существовать, мы должны оставаться на позициях, что наша Вселенная уникальна, по крайней мере с нашей точки зрения, и, таким образом, нам придется согласиться с философскими последствиями такого утверждения.