Читать интересную книгу Рассказывают ученые - неизвестен Автор

В научной литературе встречаются термины: "Вселенная Эйнштейна", "Вселенная Фридмана", "Вселенная Леметра", "Вселенная Наана", "Вселенная Зельманова". Как это понимать?

Под этими терминами имеются в виду разные модели (теоретические схемы) Вселенной, соответствующие разным представлениям о ней как целом.

Обычно это - модели, математически хорошо разработанные (из перечисленных таковы однородные, изотропные вселенные Эйнштейна, Фридмана и Леметра), иногда - качественные описания некоторых черт Вселенной. Вселенная Эйнштейна - статическая модель, предложенная до открытия нестационарности Вселенной, Вселенная Леметра - частный случай нестационарной Вселенной Фридмана. Вообще же различия между разными "вселенными" (моделями) определяются рядом причин. Одна из них состоит в том, что исходные эмпирические данные, используемые в космологии, например средняя плотность материи в Метагалактике, темп ее расширения и т. п., известны пока лишь с невысокой степенью точности, а часть этих данных такова, что даже небольшие различия в их значениях могут при их экстраполяции на всю Вселенную приводить к сильно различающимся космологическим моделям.

Другая причина заключается в том, что при космологических построениях используются различные модификации физических теорий. Третья связана с логической возможностью различных представлений о том, в каком отношении находятся характерные черты охваченной наблюдениями части Вселенной ко Вселенной как целому, в частности с логической возможностью различных ответов на вопросы: характерно ли вещество для всей Вселенной, так же как и для известной нам ее части, или же в ней вещество и антивещество играют одинаковую роль ("симметричная Вселенная Наана"); можно ли экстраполировать на всю Вселенную предположения об однородности и изотропии, приемлемые для охваченной наблюдениями области Метагалактики?

Однако существует мнение, согласно которому разные теоретические "вселенные" - это действительно реальные космические системы, иначе говоря, в самом деле различные Вселенные.

Каждая из таких "вселенных" представляет собой неограниченную физическую систему, в которой мы живем и которая включает в себя всю охваченную астрономическими наблюдениями область. Но если система, внутри которой мы находимся, не имеет границ, - она единственна.

Совокупностью этих двух признаков - неограниченностью системы и нашим присутствием в ней обладает только Вселенная и не обладает никакая ее часть.

Значит ли это, что вообще не может существовать никаких других неограниченных Вселенных - миров, в которых мы не живем?

Говорить о реальном существовании других Вселенных имеет смысл лишь в случае, если самый факт их существования в принципе допускает проверку непосредственную, эмпирическую, или косвенную, теоретическую. Но возможность эмпирического подтверждения их существования означала бы наличие причинно-следственных связей между ними и нашей Вселенной, то есть означала бы, что все эти Вселенные, включая нашу, являются частями единой неограниченной Вселенной.

Что же касается чисто теоретического подтверждения, то ни одна из существующих основных физических теорий его не дает. Но позволим себе немного пофантазировать и допустим, что из будущей физической теории, которая будет опираться на более обширный круг фактов, чем современные физические теории, будет с логической неизбежностью вытекать множественность Вселенных.

В этом случае новая теория, по существу, свяжет логически факт существования множества Вселенных с какими-то реальными свойствами каждой из них, в том числе и той, в которой мы живем. И тогда наличие этих свойств в нашей Вселенной будет служить доказательством существования других Вселенных. Это будет означать, что между различ-ными Вселенными также существует взаимная связь, хотя и отличная от обычной причинно-следственной. Но и здесь наличие такой связи означает объединение всего множества Вселенных в единую Вселенную. Таким образом, даже и в этом - фантастическом - случае Вселенная единственна.

Что вы можете сказать об однородных изотропных моделях Вселенной?

Однородные, изотропные модели, по-видимому, удовлетворительно описывают свойства и поведение охваченной наблюдениями области Метагалактики в современную эпоху и в предшествующие ей несколько миллиардов лет. Однако поскольку однородность и изотропия не являются неизбежными с точки зре-ния основных физических законов, то здесь нужно иметь в виду два обстоятельства.

Во-первых, однородность и изотропия могли отсутствовать на самых ранних стадиях расширения охваченной наблюдениями области Метагалактики (в настоящее время распространено мнение, согласно которому изо-тролия наступила уже через доли секунды после начала расширения). Во-вторых, нельзя гарантировать, что далеко за пределами охваченной наблюдениями области Метагалактики однородность и изотропия имеют место и в настоящее время.

Таким образом, с моей точки зрения, разумно не распространять гипотезы однородности и изотропии на всю Вселенную и на все эпохи ее существования и рассматривать поведение и свойства однородной, изотропной Вселенной в рамках более общей теории - теории неоднородной и анизотропной Вселенной.

Как известно, наши материалистические взгляды на мир в значительной степени связаны с существованием законов сохранения в природе. Можно ли представить себе такие условия, при которых эти законы не действуют? Что в таком случае произойдет? Могут ли существовать в природе закономерности еще более общие?

Современная физика знает ряд законов сохранения, причем не все они универсальны. Некоторые из них, например, при так называемых сильных взаимодействиях выполняются, а при слабых - нет. Но наиболее общие законы сохранения остаются справедливыми всегда, по крайней мере во всех известных нам случаях. К их числу относятся законы сохранения массы, энергии, количества дви-жения, момента количества движения.

Исторически такие законы сохранения, как законы сохранения массы, энергии и количества движения, сыграли важную роль в отстаивании материалистических взглядов на природу. Если бы, однако, оказалось, что и эти законы в каких-то еще не известных нам условиях тоже не выполняются, то это лишь означало бы, что действуют какие-то более общие объективные законы. Наши материалистические представления о мире от этого нисколько бы не пострадали, а лишь уточнились и углубились.

Между прочим, законы сохранения весьма "устойчивы" по отношению к смене физических теорий. Как известно, менее общие теории заменяются в ходе развития знания более общими, но идея сохранения остается (хотя сами законы сохранения и приобретают новую форму). Весьма вероятно, что и фундаментальные принципы будущей единой физической теории также будут связаны с идеей сохранения, хотя и неизвестно, какую форму примут тогда законы сохранения. Но, повторяю, даже если все без исключения известные сейчас законы сохранения окажутся следствием каких-то других, более общих законов, которые не являются законами сохранения, то в этом отнюдь не будет никакой катастрофы.

Чем вы объясните тот факт, что, несмотря на огромные успехи науки в изучении Вселенной, все еще возможны ненаучные представления об окружающем нас мире, отводящие какую-то роль в нем сверхъестественным силам?

Это, по-моему, объясняется, во-первых, тем, что в ряде случаев наука не располагает достаточной информацией о тех или иных явлениях природы. Во-вторых, далеко не всегда удается объяснять те или иные явления при помощи современных физических теорий. Дело в том, что принципиальная возможность объяснения может сочетаться с огромной практической сложностью получения такого объяснения. В-третьих, в настоящее время еще не создана такая наиболее общая физическая теория, которая объединяла бы квантовые, релятивистские и гравитационные явления. И не исключено, что по крайней мере некоторые трудности современной науки связаны именно с этим обстоятельством.

Однако даже когда такая единая физическая теория и будет построена, то и из нее далеко не все можно будет практически вывести - хотя бы из-за чрезвычайной сложности и трудоемкости соответствующих вычислений. Поэтому трудности, связанные с объяснением явлений, вновь открываемых, и новых черт уже известных фактов, будут существовать всегда. Материалист всегда будет интерпретировать подобные трудности как проявление недостаточности современных знаний. И это единственно правильный подход.

История науки показывает, что, какие бы затруднения ни встречались в ее развитии (а она и не развивается иначе, как через затруднения), они обязательно рано или поздно преодолеваются. При этом обычно рождаются новые трудности, иногда в еще большем числе, но преодолеваются и они. Таков диалектический ход развития науки.