О материальности мира

Тоталитарность науки заключена в ее претензиях на роль «единственно верного» и «материалистического» мировоззрения. Иногда к этому добавляют «диалектику», но это уже просто от полной неразвитости ума. Пожалуй, именно материализм и атеизм стали наиболее воинствующими видами тоталитаризма. Сегодня становится все яснее, что наука, не способная ограничиться «материализмом», не может активно развиваться и уподобляется церкви, не желающей реформировать догматы «отцов».

А. Ф. Лосев: «Наука и научность не есть признак материализма. Идеалисты тоже разрабатывают и создают науку; и научность построений прельщает их не менее, чем материалистов. “Реализм”, “жизненность”, “практика” и прочие принципы тоже не характерны для материализма. Это — чисто религиозные категории; и всякий религиозный человек также хочет утверждаться только на подлинно реальном бытии, только на жизненном опыте… Единственное и исключительное оригинальное творчество новоевропейского материализма заключается именно в мифе о вселенском мертвом Левиафане… Ведь это же подлинное чудо — появление вещей из материи».

Иисус сказал: «Если плоть произошла ради духа, это — чудо. Если же дух ради тела, это — чудо из чудес» (Евангелие от Фомы 34).

В. Гейзенберг уже на ранней стадии создания квантовой теории понимал ограниченность представлений о реальности как материальности: «Идея реальности материи, вероятно, являлась самой сильной стороной жесткой системы понятий XIX века; эта идея в связи с новым опытом должна быть, по меньшей мере, модифицирована» *. (* В. Гейзенберг Физика и философия. М.: Наука, 1989.) Это гениальное предвидение ныне привело не к «модификации», а к кардинальному пересмотру доктрины материальности, о чем будет идти речь в этой книге.

Сегодня мы близки к открытому признанию того, что квантовая теория уже приняла фактически: наличие в природе идеальной реальности, не сводимой к реальности материальной — я имею в виду не «идеальные сущности», которыми наука давно оперирует, но именно наличие явлений дематериализации и рематериализации, описываемых квантовой теорией и подробно рассмотренных в этой книге.

Построение квантовой теории с ее нарушением принципов причинности, установлением мгновенных нелокальных связей во Вселенной, дематериализацией и рематериализацией, исчезновением пространства и времени все еще идет в ногу с опровержением учеными-материалистами идеализма Пифагора, Платона, Беркли, мистических построений еврейской каббалы и индийской мистики. Такая вот странная логика рыцарей диалектического материализма…

Об отцах науки

Хотя отцы науки Нового времени, прежде всего Рене Декарт и Исаак Ньютон, ратовали за механистический подход к «мировой машине», они оставались глубоко религиозными людьми и еретиками одновременно. По словам Р. С. Вестфалля, наука эпохи Ньютона была «результатом брака герметической традиции с философией механики».

Отношения Рене Декарта с католической церковью осложнялись религиозным инакомыслием, а Ньютон тщательно скрывал свои еретические взгляды, будучи арианцем и противником доктрины тринитарности Бога. Большую часть своей жизни Ньютон посвятил толкованию апокалиптических книг Библии и алхимическим исследованиям. Некоторые биографы Ньютона считают его скорее последним из великих магов, чем первым из великих ученых.

Свидетельствует Е. П. Блаватская: «[Наука забывает, что] все наиболее яркие личности в науке были алхимиками, астрологами и магами, о чем свидетельствуют Парацельс, Ван Гельмонт, Роджер Бэкон, [Ньютон] и другие».

Великий Фарадей, многочисленные провидения которого о электромагнетизме и особенно электромагнитной природе света, легли в основу современной науки всю жизнь состоял пресвитером одной из протестантских общин. Кстати, огромные достижения Фарадея в физике обусловлены его нонконформизмом: радикальный противник атомизма, он отказался также от механицизма физики и развивал модернистские взгляды, противоречащие господствующему научному мышлению.

Юнг, Крукс, Бутлеров открыто практиковали духовные практики, а основатели квантовой теории не скрывали, что в ее основании лежали мистические традиции индусов и даосистов. Скажем, В. Гейзенберг и В. Паули придерживались «идеалистических» и «мистических» взглядов, а В. Паули открыто поддерживал акаузальность синхронизмов К. Г. Юнга. М. Планк, Н. Бор, М. Борн никогда не были материалистами.

Кстати, как христианству не удалось навсегда преодолеть пережитки язычества, так наука никогда не смогла преодолеть «алхимию» и «астрологию» — я имею в виду даже не увлечения «отцов науки» магией и спиритизмом, но вплетенность идеального в материальное, то есть всю научную символику.

Даже в науке может быть два пути — западный и восточный. Западный — путь разума, аналитики, от частного к общему, восточный — путь мистический, способность «прорастать» в явление, «сливаться» с ним, идти от общего к частному. Независимо от пути, большая часть крупных научных открытий делается по-восточному и здесь нет отличий между наукой, мистикой и искусством.

В науке имеется огромное количество примеров, когда верный результат был получен ошибочным путем (и это затем доказывали математически), но даже сами ученые принимают приоритет того, кто ошибочным путем пришел к правильному решению, а не того, кто нашел ошибку по дороге к нему. Откровение всегда выше умозрения!

Здесь уместно упомянуть, что главной причиной религиозных преследований Джордано Бруно и Галилея инквизицией были отнюдь не их научные взгляды, но исключительно теологические «ереси» и особенно политические интриги. Главным обвинением против Джордано Бруно был не спор о вращении Земли, а его «кощунственные» воззрения на таинство евхаристии (пресуществления). Согласно исследованиям историка П. Редонди, главную роль в обвинении Галилея сыграла книга «Пробирщик», на которую поступил донос в инквизицию. Галилея судили отчасти потому, что ему ошибочно приписывали цели Джордано Бруно *. (* Д. С. Лернер, Э. А. Госселин, Галилей и призрак Джордано Бруно, В мире науки, 1987, No 1).

Экспериментальный метод Галилея никогда не подвергался сомнению церковью. Джордано Бруно и Галилея часто называют учеными-«мучениками», забывая при этом огромное количество величайших ученых, отвергнутых самой наукой в качестве ее «еретиков». Я заговорил обо всем этом не с целью оправдания церкви, а для профилактики еретичества в науке, увы, случающегося не менее часто, чем это было в Средневековье…

Проблемы науки

«Нормальная наука» обладает свойством не замечать проблем, угрожающих бытующей парадигме как источнику заработка всего ученого люда. По словам физика и философа Питера Рассела, «когда аномалии в текущей парадигме проявляются в первый раз, их обычно не замечают или отвергают».

Главное в науке то, что она дает количественное описание явлений, хотя надо всегда отдавать себе отчет в том, что такие описания, основанные на «законах природы», все еще ограничены простейшими случаями. Математическое моделирование явлений и процессов несколько расширяет количественные методы науки, но до описания сложных феноменов нам еще далеко, хотя физики уже сегодня посягают с помощью количественных методов квантовой механики и космологии описать «весь мир» или «любую сферу деятельности» и даже «мистические практики». Пока это только робкие попытки, но у науки всё еще впереди. Мои коллеги редко соглашаются со мной, когда я говорю, что за 300 лет своего существования наука едва вышла за «начало координат».

Если бы мы действительно в совершенстве знали все законы природы, то практические задачи разрешались просто с помощью счета, логарифмической линейки. Быстродействующие компьютеры, компьютерное программирование, сложнейшее и далекое от совершенства моделирование — всё это необходимые следствия недостаточности познанных закономерностей, ограниченности знания. Можно сказать по-иному: всё это — следствия слабости, а нее силы науки, приблизительности и неконкретности добытого знания.

Ф. Капра считает, что в будущей культуре «наука будет только одним из многих способов постижения человеком космоса. Она будет дополняться интуитивными способами поэтов, мистиков, философов и многими другими эквивалентными способами».

Хотя наука всегда взывала к здравому смыслу, почти все современные направления физики и космологии включают столь сложные элементы и парадоксы, что многие выдающиеся ученые повторяют разными словами один постулат: истинная научная идея не может не казаться безумной.

Тем не менее даже творцы «безумных идей» всегда сторонились загадочных явлений человеческого сознания и всего того, что находилось «по ту сторону» открытых физических законов природы. Даже в окружении Бора физики столь страшились мистики, что Д. Уилер, рецензируя первые работы Хьюго Эверетта III (см. соответствующий раздел этой книги), вынужден был заявить, что одну из них он опасается показать Бору, так как она может дать повод к мистическим истолкованиям.

Идеальных физических теорий никогда не существовало — все они имеют большие или меньшие изъяны, на которые самим ученым приходится закрывать глаза.

Скажем, при объединении общей теории относительности с квантовой механикой в силу действия принципа неопределенности оказывается, что даже пустое пространство должно быть заполнено парами виртуальных частиц и античастиц с бесконечной энергией. Следовательно, их масса тоже должна быть бесконечна и в результате создаваемого ими гравитационного поля Вселенная должна искривиться и свернуться до бесконечно малых размеров. Этот все еще не разрешенный парадокс не препятствует ученым использовать объединенную теорию для решения многих задач космологии.

Впрочем, бесконечности почти всегда возникают при расчетах в рамках других космологических теорий, а попытки их преодоления методами перенормировки ведут к новым бесконечностям, а также к невозможности рассчитать действительные значения масс и сил — их приходится вводить в теорию подгонкой с экспериментом. Так вот: «мистика» такого рода не смущает ученых, как не смущают их квазичастицы, обратное пространство, мнимое время и т. п. А вот индетерминизм, акаузальность, трансценденция или иррациональность вызывают мистический ужас и инфернальный страх…

Любая основополагающая научная теория выводится не из какого-либо научного принципа, а исключительно из ценностных, эстетических, метафизических или иных предпочтений ее автора и лишь затем проходит проверку на соответствие той или иной реальности и на возможность делать новые предсказания. И только люди, далекие от науки, могут увидеть в теоретических построениях саму реальность, втиснутую в формулы физики. Я хочу сказать, что возможности построения моделей каких-либо процессов или Мира в целом неисчислимы и определяются исключительно творческим потенциалом человеческого гения.

Самый большой абсурд в физике — уверенность некоторых ее адептов в близость завершения поисков окончательных законов природы. Я полагаю, что можно говорить исключительно о современном уровне познания мира, но не о близости достижения абсолютной истины. Я не верю в возможность создания единой и окончательной теории даже не потому, что такая теория ограничила бы свободу Бога, если бы Он передумал и решил вмешаться в ход вещей. Бог просто не может передумать, ибо, как заметил еще Блаженный Августин, Он существует вне времени, то есть к Нему просто не применимо временное понятие.

Окончательное решение чего бы то ни было может стать возможным только в вечности, но не в материальной жизни. В чем я совершенно уверен, так это в том, что наши потомки не будут ограничены законами, установленными пращурами. Я полагаю, что последовательность все более точных физических теорий не имеет предела вне зависимости от достижимых в эксперименте энергий, просто потому, что само знание носит парадигмальный характер. Поэтому необходимо, в полном согласии с принципом пролиферации Фейерабенда, строить новые теории, несовместимые с существующими (как это, собственно, всегда происходило в науке). Я уж не говорю о том, что если бы даже удалось создать единую теорию, то она, скорее всего, не устранила бы принципа неопределенности и уж точно не позволила бы ни на йоту продвинуться в понимании и предсказании поведения человека, создавшего такую теорию.

Самая полная и самая непротиворечивая физическая теория бледнеет на фоне своего создателя — человека и вряд ли позволит ему продвинуться в направлении понимания самого себя и абсурда, происходящего со всеми нами. И еще: любая теория — не более чем набор правил и уравнений. Даже если они «работают», это не позволяет понять, какой силой теория живится и почему должна существовать именно такая Вселенная, которую она описывает. Здесь неприемлема даже отсылка к Богу: никакая теория не может быть столь всесильной, чтобы самой стать причиной своей реализации. Что до Бога, то можете ли Вы представить его как Творца, но не мира, а, скажем, новейшей из существующих физических теорий — суперсимметрии или теории гетеротических струн, в согласии с которой он якобы творил Мир?

В 1928 году лауреат Нобелевской премии Макс Борн, выступая в Гёттенгенском университете, сказал: «Физика в том виде, в котором мы ее понимаем, через полгода кончится». Мне представляется, что если в этом утверждении заменить «через полгода» на «обозримое будущее», то оно станет общезначимым, подходящим для любых времен.

Мало кто знает, что наука, физика — это игра. Музыканты из семи нот создают музыку, ученые из семи уравнений и нескольких принципов — физику и космологию. Физика — это игра, потому что модели и гипотезы ученых представляют собой интеллектуально красивые и изящные построения человеческого разума, дарящие огромное наслаждение их создателям. Отличие таких построений от философских, теологических или мистических состоит в использовании учеными принципа «бритвы Оккама» — отсечения всего того, что не поддается непосредственной экспериментальной проверке.

Естественно, научная игра — это игра по определенным правилам, и вся история науки — все более глубокое осознание того, что за всем происходящим в мире сокрыт определенный порядок, понять который призвана наука. Впрочем, игра состоит еще и в том, что указанные уравнения и принципы дают значительный простор для вариаций и интерпретаций, что является основанием для создания конкурирующих школ и альтернативных моделей, а также для эволюции научных представлений.

Скажем, согласно общей теории относительности Эйнштейна, горячая Вселенная возникла в результате Большого Взрыва и с момента своего возникновения непрерывно расширяется. Однако, если общую теорию относительности объединить с квантовомеханическим принципом неопределенности, то результатом такого объединения из Вселенной исчезнут такие сингулярности, как момент Большого Взрыва, а она сама станет полностью замкнутой и не имеющей границ. Выбор той или иной Вселенной — дело вкуса крупного ученого! Нельзя также не отметить, что, радикально изменив космологию и мировоззрение, идея Большого Взрыва породила еще больше нерешенных проблем, чем их было в космологиях Ньютона или Эйнштейна. Это потребовало уже нескольких серьезных модификаций первоначальной теории Гамова, но это отнюдь не означает, что модифицированная космология идеальна.

До 1998 года физики считали, что расширение Вселенной происходит с постоянной скоростью или с замедлением, но затем две группы исследователей экспериментально показали, что расширение происходит с ускорением, то есть «разбегание» галактик и звезд прогрессирует со временем. Оказалось, что замена замедленного расширения ускоренным кардинально меняет динамику Вселенной, приводя к умопомрачительным последствиям, которые космологи даже назвали «абсолютным злом».

При внимательном рассмотрении любая физическая теория содержит в своих основаниях то, что рано или поздно приводит к отказу от нее в свете новых фактов. Скажем, общая теория относительности, не учитывающая квантово-механический принцип неопределенности, не применима к Большому Взрыву или к черным дырам, то есть к квантовым объектам, обладающим огромной плотностью материи. До создания квантовой механики и появления принципа Паули классическая физика столкнулась с непреодолимыми парадоксами: в частности, она не могла объяснить структуру атомов и элементарных частиц — без принципа Паули частицы вещества должны были, согласно теории, сколапсировать и превратиться в более-менее однородное неструктурированное «желе».

До середины восьмидесятых годов физики рассматривали микрообъекты как парадоксальные образования частица-волна, но такого рода дуализм, как мы увидим, разрешается в квантовой теории. С появлением теории суперсимметрии, пытающейся объяснить всё многообразие наблюдаемых частиц, возник большой класс новых предсказываемых теорией объектов, но они все еще не обнаружены.

Начиная примерно с середины 70-х гг. надежды науки на финальную теорию великого объединения (в частности, квантовой теории с гравитацией) все больше связываются с теорией суперструн. Главными объектами так называемых струнных теорий стали бесконечно тонкие кусочки открытых или закрытых струн, не имеющих никаких измерений, кроме длины. Вначале струнная теория описывала сильные взаимодействия, но в 1974 году Шерк и Шварц показали, что она может быть распространена и на гравитационное взаимодействие.

Если траектория частицы в пространстве-времени (мировая линия) изображается линией, то траектория струн образует уже двумерный «мировой лист» или трубку, сечение которой отвечает положению струны в данный момент времени. Таким образом, то, что раньше считалось частицей-волной, ныне представляется волнами, распространяющимися вдоль струн, а испускание и поглощение частиц — соединением и разрывом струн. Испускаемые Солнцем гравитоны в теории суперсимметрии изображаются чем-то вроде Н-образного соединения водопроводных труб, в котором вертикальные стороны соединения отвечают частицам, находящимся на Солнце и Земле, а горизонтальная поперечина отвечает летящему между ними гравитону.

На больших расстояниях предсказания струнной теории не отличаются от выводов общей теории относительности Эйнштейна, но на расстояниях менее 10-35 м различие становится значительным.

В 1984 году с помощью модифицированной теории гетеротической струны физикам удалось объяснить большое разнообразие наблюдаемых элементарных частиц. Однако, оказалось, что сама струнная теория не свободна от бесконечностей и становится непротиворечивой лишь в десяти- или двадцатишестимерном пространстве-времени. Воистину, фантазии мистиков меркнут перед изобретательностью физиков!

Учитывая ограниченность предсказаний струнной теории, известный голландский теоретик Герард ’т Хоофт, знаменитый не только своей редкостной фамилией (читается «ut Hooft»), но и Нобелевской премией по физике за 1999 год, вслед за Грибовым, Зельдовичем, Хокингом и Пенроузом обратился к одному из самых захватывающих объектов новой физики — черным дырам. Тематика «черных дыр» может увести нас далеко от предмета исследования, поэтому я ограничусь несколькими телеграфными текстами.

Свойства черных дыр заставляют отнести их к объектам, фундаментально отличающимся от обычных форм материи. Физика «черных дыр» показывает, что они неизбежно «испаряются» со временем, причем мелкие черные дыры, которые могут образоваться при бомбардировке земной атмосферы космическими лучами высоких энергий, испаряются в течение 10 секунд. У них нет времени на то, чтобы втянуть в себя хоть сколько-нибудь существенный объем материи, но попадание такой дыры в человека вполне может привести к эффекту внутреннего сгорания, числящемуся за мистикой.

Самые мощные источники излучения во Вселенной связаны не с термоядерными реакциями или аннигиляционными процессами, идущими в звездах, а с падением обычного вещества под действием силы тяжести в черные дыры, когда они разгоняются до огромных энергий, и эта энергия «высвечивается». Скорость падения вещества при ударе о поверхность нейтронной звезды может достигать половины скорости света, а выделенная при этом энергии более чем в десять раз превышает аналогичный показатель для ядерных и термоядерных реакций.

Занявшись изучением физики черных дыр, Герард ’т Хоофт и Леонард Зюсскинд в 1993–94 гг. предложили так называемый «голографический принцип», использующий идею Бекенштайна. Согласно последней, вся информация, содержащаяся в некоторой области пространства, может быть представлена как некая «голограмма», изображенная на границе этой области.

Согласно новой голографической теории, количество степеней свободы для некоторой ограниченной области пространства растет пропорционально площади поверхности, а не объему… Редуцируя сказанное к привычному языку, получается, что весь наш мир и мы сами — суть голограммы, «тень», проекция чего-то гораздо более грандиозного. И при этом мы имеем достаточно информации, чтобы получить об этом целом представление.

«Поначалу идеи ’т Хоофта разделялись лишь небольшой группой единомышленников, “экстравагантными” методами изучавших квантовые черные дыры. Но затем, по мере развития теории струн и с появлением понятия мембран различной размерности, предоставивших инструментарий для изучения черных дыр, оказалось, что концепции голографического принципа чрезвычайно удобны и применимы к пространству-времени любой размерности. Никто не может объяснить, почему этот принцип работает, но идея “голограммы” постепенно становится одним из главных инструментов в поисках способа объединения гравитации и квантовой механики».

Всё это — к тому, что было бы в высшей степени наивным считать современную научную модель мира истиной в последней инстанции. Во-первых, и это естественно, она отвечает уровню нынешних знаний и не учитывает грандиозные, как сама Вселенная, открытия будущих Ньютонов и Эйнштейнов, которые, надо надеяться, родятся через сотни или тысячи лет, если тому не помешает глобальное потепление или иные катастрофы, вызванные «нормальной» наукой. Во-вторых, весь исторический опыт демонстрирует, что дети не желают жить по законам, открытым отцами, — они стремятся открыть свои. И, в-третьих, современному мировоззрению предшествовали миры Птолемея, Аристотеля, Коперника, Ньютона, Эйнштейна, Фридмана-Хаббла-Гамова, Лифшица-Халатникова, Леметра, де Ситтера, Эддингтона, Шерка-Шварца, Милна…

Приведу только один из множества фактов ошибочности авторитета учителей и «общепринятого знания». Чуть ли не тысячу лет все считали, что у мухи восемь лап только потому, что никто не подумал усомниться в книге Аристотеля. При всей легкости проверки такого утверждения никому не пришло в голову посчитать, как обстоит дело на самом деле. Подобным образом, люди веками считали, что небесный свод твердый, Земля плоская, а Солнце и звезды вращаются вокруг нее.

Объекты современной науки гораздо сложнее, чем муха, механическое устройство небес или форма планеты — поэтому только наивные люди думают, что ныне их труднее ввести в заблуждение. Наоборот, гораздо легче! Возможно, излагая в этой книге свои взгляды на встречу науки и мистики, я именно это и делаю, но то, что я могу это допустить, все же свидетельствует о моей способности усомниться, а не безаппеляционно вещать, как это делают многие профессиональные оракулы от науки.

В этом отношении распространенное определение мистики как «преобладающей безусловной веры в определенные авторитарные представления», почти ничем не отличается от науки, так же зависящей от веры в принципы и авторитеты.

У нас нет никаких оснований считать последнюю по времени научную теорию окончательной, потому что вся история науки — история смены научных парадигм. В частности, развитие теории динамической Вселенной не воспрепятствовало многим космологам успешно развивать стационарные модели Мира, по новому объясняющие красное смещение в спектрах излучения, реликтовое излучение, крупномасштабную структуру Вселенной и многое другое. Развитие теорий электромагнетизма и гравитации не помешало физикам рассматривать поля как возмущения некой неизвестной тонкой праматерии или эфира.

В принципе всегда достаточно одного-единственного надежного наблюдения, принципиально противоречащего существующей модели Мира, чтобы она полетела вверх тормашками и уступила место новой или существенно модернизированной теории. Несмотря на всё сказанное большинство ученых считает, что современная картина мира близка к окончательной и может быть подвергнута только косметической модернизации.

Я придерживаюсь иной точки зрения: дальние научные прогнозы обычно несостоятельны по той причине, что не могут учесть новые парадигмальные открытия, способные принципиально изменить наше мировидение. Во всяком случае, история человеческих представлений о мире к настоящему времени уже прошла через несколько точек бифуркации с радикальными трансформациями картины мира в этих точках.

Опустим мифологические представления о мире. Ньютону Вселенная представлялась бесконечной, но теперь мы знаем, что бесконечная статическая модель Мира невозможна, если гравитационные силы всегда остаются силами взаимного притяжения. Странно, что открыв закон всемирного тяготения, Ньютон не сообразил, что статическая Вселенная обязательно должна сжиматься под действием открытых им сил гравитации. Еще более странно, что это не пришло в голову ни одному ученому ХVIII и ХIХ веков — настолько их подавлял авторитет отца небесной механики и красота его теории, с одной стороны, и их собственная религиозная по своей природе вера в статическую Вселенную, с другой.

Даже Альберт Эйнштейн, разрабатывая общую теорию относительности, продолжал верить в статичность мира, и, чтобы не вступать в противоречие со статичностью, ему даже пришлось специально модифицировать теорию, введя в уравнения так называемую космологическую постоянную. Тем самым автор общей теории относительности постулировал существование новой «антигравитационной» силы, которая не порождалась каким-либо физическим источником (как гравитация — массой), а как бы была заложена в самой природе пространства-времени. Иными словами, Эйнштейн утверждал, что пространство-время само по себе всегда расширяется и это расширение точно уравновешено притяжением всей остальной материи во Вселенной, так что Вселенная в результате оказывается статической. Вот на какие ухищрения порой приходится идти великим ученым ради своей веры!

Творцов космологии, господствующей в начале ХХ века, не смущало, что в бесконечной статичной Вселенной даже самая незначительная вероятность зарождения планетной жизни ведет к бесконечному количеству обитаемых миров, ибо таково свойство математической бесконечности.

Упоминая одну из новейших моделей Мира, я объединил вместе имена Фридмана, Хаббла и Гамова. И вот почему. А. А. Фридман в 1922 году, исходя из простейших и оправданных на больших расстояниях предположений, что Вселенная однородна, изотропна и выглядит приблизительно одинаково, независимо от точки обзора и направления наблюдения, пришел к выводу, что Вселенная не может быть статической и должна расширяться.

Э. Хаббл в 1924 году экспериментально обнаружил множественность галактик, а в 1929-м — их разбегание со скоростью, прямо пропорциональной расстоянию от наблюдателя.

Модель Большого Взрыва, или горячей Вселенной, предложена Георгием Гамовым в 1948 году в соавторстве с аспирантом Ральфом Альфером. Обладая редкостным чувством юмора, Гамов предложил Гансу Бёте добавить свою фамилию к списку авторов, дабы авторский коллектив выглядел следующим образом: Альфер, Бёте, Гамов. Получилось как бы начало греческого алфавита, что удивительно точно подходит для статьи о рождении Вселенной.

Теория Большого Взрыва, объясняющая возникновение Вселенной, непосредственно вытекает из общей теории относительности и часто ставится в соответствие акту Божественного творения Мира. Последнее утверждение оспаривается некоторыми учеными, исходящими из утверждения, что Большой Взрыв возник не из Ничто, а из флуктуации не имеющего границ пространства-времени, у которого нет начала, а, следовательно, и момента сотворения. Впрочем, из общей теории относительности можно заключить, что само пространство-время возникло в сингулярной точке Большого Взрыва и может исчезнуть при коллапсе Мира.

Согласно модели Большого Взрыва, горячая Вселенная возникла из сингулярной точки пространства-времени и развивалась согласно одной из моделей А. А. Фридмана, то есть расширялась из точки, в которой ее размеры были близки к нулю, а температура — к бесконечности.

Р. Пенроуз, связывает существование «стрелы времени» с начальными условиями Большого Взрыва. В процессе эволюции мира его первоначальное «гладкое» состояние непрерывно «портится» и энтропия растет. В направлении такого роста и обращена «стрела времени».

Г. Гамову принадлежит замечательное предсказание о том, что фотонное излучение, испущенное на ранних стадиях эволюции Вселенной, может быть обнаружено в настоящее время в виде реликтовых волн, доходящих до нас от отдаленных участков разбегающейся материи. Предсказана и его температура, которая за это время упала до нескольких градусов Кельвина. Именно это излучение и обнаружили в 1965 году Пензиас и Вильсон.

Открытие расширяющейся Вселенной в первой трети ХХ века стало величайшим переворотом в воззрениях человечества на мир, и в высшей степени удивительно, что это выдающееся открытие не было удостоено Нобелевской премии.

Представляя себе путь человеческого познания от мира Птолемея и Аристотеля, в котором Земля считалась центром крайне ограниченной Вселенной, до современных представлений о горячей Вселенной, состоящей из умопомрачительного количества звезд и расширяющейся на 1% за сто миллионов лет, я вновь обращаю внимание на то, что в познании Мира мы, по моему глубокому убеждению, очень недалеко ушли от «начала координат». Но даже на этом коротком пути главным результатом эволюции наших представлений является то, что наши представления о Вселенной и составляющем ее веществе становятся все сложнее и сложнее с каждым шагом нашего познания. Атомы Демокрита — примитивная детская погремушка по сравнению с современными квантовомеханическими воззрениями о кварках, струнах, темной материи и темной энергии, определяющими эволюцию Мира.

С точки зрения современной науки вопрос о том, что было до Большого Взрыва, не имеет смысла — все мыслимые теории не распространяются на сингулярную точку начала отсчета — тем более на то, что было до него. Современные научные представления вообще не способны разъяснить происходящее в сингулярных точках или точках бифуркации.

Это не единственная неопределенность современной теории. Скажем, существующая теория Большого Взрыва оставляет открытыми многие проблемы развития мира, например следующие. Почему ранняя Вселенная была горячей? Почему она начала расширяться со скоростью, близкой к критической? Почему сама скорость расширения меняется со временем? Что обусловило возникновение в приблизительно однородной Вселенной галактик и звезд? Какими были «граничные условия» в момент Большого Взрыва или «начала времени», определившие реальный ход событий? Существовал ли какой-либо природный принцип отбора начального состояния расширения Вселенной, определивший ход ее эволюции, или этим предприятием руководил исключительно Бог?

И все же на один фундаментальный вопрос, откуда взялась энергия колоссальной Вселенной, наука может дать ответ. Как это ни покажется парадоксальным, но, оказывается, суммарная энергия Вселенной равна нулю! Как это объяснить? Откуда взялось вещество Вселенной? Дело в том, что согласно квантовой теории, частицы могут рождаться из энергии в виде пар частица-античастица. Естественно, вещество Вселенной образовано из положительной энергии. Но из-за существования гравитационных сил положительная энергия вещества точно компенсируется отрицательной энергией притяжения. Понять это можно из следующего примера: два близко расположенных тела обладают меньшей энергией, чем те же тела, находящиеся далеко друг от друга, потому что для их разнесения нужно затратить энергию, расходующуюся на преодоление гравитационной силы их взаимного притяжения. Это означает, что энергию гравитационного поля можно считать отрицательной. Расчеты показывают, что положительная энергия, связанная с веществом, строго равна отрицательной энергии гравитации, так что суммарная энергия мира равна нулю.

Это также означает, что рождение вещества в некоторых моделях эволюции Вселенной, например в модели ее раздувания на начальном этапе образования, всегда сопровождается пропорциональным увеличением отрицательной гравитационной энергии. В этом смысле Вселенная в целом представляет собой как бы неисчерпаемую скатерть-самобранку.

С созданием общей теории относительности пустое пространство, окружающее материальные объекты, как бы само материализовалось: оно начало искривляться, расширяться, сжиматься и даже распространяться в виде гравитационных волн без каких либо иных переносчиков гравитационного поля. Иными словами, оно утратило свой первоначальный смысл, став средством взаимодействия между объектами, а с появлением доктрины физического вакуума — неиссякаемым источником энергии и материи.

В теории А. А. Фридмана пространство не имеет границ, хотя Вселенная не бесконечна. Это следует понимать в том смысле, что пространство, искривляясь под действием гравитации, замыкается на самом себе, как это имеет место, скажем, на поверхности земного шара. С увеличением кривизны пространства-времени (в больших гравитационных полях) все более существенными становятся квантовые гравитационные эффекты, и общая теория относительности Эйнштейна перестает служить надежным основанием для описания такой Вселенной. В современной физике, синтезирующей теорию относительности с квантовомеханическим принципом неопределенности, пространство и время могут быть конечными, не имея при этом ни краев, ни границ. Кроме того, как мы увидим в этой книге в чисто квантовом мире они вообще исчезают.

Идея «черных дыр» — небесных объектов, гравитация которых столь чудовищна, что втягивает собственное излучение, — отнюдь не нова. Она высказана в конце ХVIII века независимо двумя учеными — англичанином Джоном Митчеллом (1783 г.) и французом Лапласом (1776 или 1795 гг.), причем последний, рассмотрев такие объекты в первом и втором изданиях своей «Системы Мира», исключил их из последующих, видимо, сочтя идею фантастической.

В настоящее время под «черной дырой» космологи понимают некую область пространства-времени, из которой свет и вещество не способны выйти наружу под влиянием сил гравитации. Другое определение «черной дыры» — множество событий, из которых невозможно уйти на большое расстояние. Границу массы, на которой происходит «захват» материи, именуют горизонтом событий — за этим горизонтом существует «иной мир», который практически невозможно понять с точки зрения классических законов природы. Этот горизонт соответствует местоположению источников света, который уже не может выйти за пределы «черной дыры».

Любое вещество, захваченное «черной дырой», разрушается и извне «черной дыры» проявляет себя лишь как гравитационное притяжение дополнительной массы.

Любопытным парадоксом иного мира «черных дыр» является то, что внутри коллапсирующего тела время как бы останавливается (мгновение превращается в вечность) и поэтому наблюдатель лишается возможности следить за ходом событий и предсказывать будущее: сами понятия «ход событий» и «будущее» в условиях «конца времени» утрачивают свой смысл.

Как показали Стивен Хокинг и Роджер Пенроуз, внутри «черной дыры» плотность и кривизна пространства-времени бесконечны, причем всё, что происходит за горизонтом событий, абсолютно скрыто от внешнего наблюдателя. Иными словами, вещество способно «провалиться» за горизонт событий в «черную дыру», но, попадая в область бесконечной плотности материи и «конца времени», оно уже не может «выбраться» наружу.

Тем не менее, при движении «черных дыр» они способны терять часть своей энергии за счет излучения гравитационных волн, представляющих собой пульсации кривизны пространства, распространяющиеся со скоростью света. Поскольку при коллапсе движение звезды сильно ускоряется, то и потери ее энергии быстро возрастают. В результате «черные дыры» стремятся к стационарному состоянию с измеримой массой и скоростью вращения.

Стивен Хокинг путем остроумных умозаключений пришел к выводу, согласно которому «черные дыры» обладают энтропией и температурой и, следовательно, отвечающим этой температуре излучением. Исходя из двух великих теорий ХХ века — общей теории относительности и квантовой механики, он выяснил, что черная дыра действительно может испускать частицы и излучение точно так же, как если бы она была нагретым телом. Вопреки вышеуказанному свойству поглощать собственное излучение, существуют описанные С. Хокингом механизмы и условия исчезновения («испарения») «черных дыр», подробно описанные в его книге «Краткая история времени от Большого Взрыва до черных дыр». Время до окончательного исчезновения «черной дыры» зависит от ее первоначальной массы. Чем выше эта масса, тем меньше температура. При малых начальных массах температуры «черных дыр» могут оказаться очень высокими, а излучаемая энергия огромной.

Вывод о существовании излучения «черных дыр» означает, что гравитационный коллапс звезд не является завершающей стадией после сгорания звездного термоядерного топлива, но на заключительном этапе своей эволюции «черная дыра» полностью исчезает, излучив всю свою энергию в окружающее пространство.

Существование «черных дыр» все еще однозначно не доказано астрономическими наблюдениями (имеется лишь несколько косвенных свидетельств, основанных на вторичных эффектах). Тем не менее, у небольшой горстки энтузиастов изучения таких объектов есть основания полагать, что они реально существуют, в частности в центрах квазаров и некоторых галактик.

Недавно (1986) открыт так называемый «большой аттрактор» — гигантский центр гравитационного притяжения, определяющий движение галактик в сравнительно близкой окрестности солнечной системы (на расстоянии несколько десятков миллионов световых лет). Природа его окончательно не установлена. В одном случае утверждается, что движение обусловлено наличием массивного центра скопления галактик, тогда как в другом говорится, что это движение обусловливает все тот же фи­зический вакуум, который «ответствен» за ускоренное расширение Вселенной *. (* Подробнее см. М. В. Сажин «Современная космология в популярном изложении», 2002).

В новом адронном коллайдере LHC ЦЕРНа, (* Conseil Europeen pour la Rercherche Nucleaire — Европейский совет по ядерным исследованиям), который построен на границе Франции и Швейцарии, можно сталкивать пучки тяжелых ионов, например свинца — с общей энергией свыше 1250 ТэВ. Следовательно, речь идет о совершенно новой физике явлений и, в частности, возможности подтверждения теории, согласно которой при тераэлектронновольтных энергиях и в условиях соответствующей гравитации происходит образование «черных дыр».

Предполагается, что в коллайдере LHC «черные дыры» будут проявляться приблизительно каждую секунду. Испаряясь, они оставят после себя излучение, которое позволит лучше понять, как соотносятся между собой квантовая механика и гравитация, поскольку испарение черных дыр является квантовомеханическим процессом.

Информация, снимаемая с коллайдера, будет совершенно фантастической — для ее записи может потребоваться около 20 млн СD, а для обработки — 70 тыс. мощных компьютеров. Важен, однако не ее объем, а принципиальная возможность воссоздать условия, близкие к тем, что были во Вселенной через миллиардную долю секунды после Большого взрыва. Возможно, если коллайдер заработает, то это позволит ответить на многие вопросы образования нашего мира.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: