Современная космология: философские горизонты

Современная космология опирается на гигантские по масштабам экстраполяции. Существующая система физического знания достигает в них пределов своей применимости. Появляются все более экстравагантные теории. Можно ли надеяться на их обоснование или же они так и останутся гипотетическими конструкциями? С помощью каких критериев следует их проверять? Какие теории (сценарии) в космологии получили подтверждение, а какие — серьезно в нем нуждаются? Как показывает эпистемологический анализ, основным и отнюдь не утратившим своего значения идеалом доказательности знания, позволяющим оценивать отношение теорий к объективной реальности, является для космологов их сопоставление с результатами экспериментов и наблюдений.

Долгое время космология располагала незначительным, по сравнению с другими разделами науки о Вселенной, объемом эмпирических знаний. Их не хватало для построения обоснованной модели нашей Метагалактики, которая рассматривалась в качестве Вселенной как целого. Вот почему космологию часто считали своего рода спекуляцией[42]. Заниматься космологией было непрестижным. Это сказывалось и на оценке ее научного статуса. А.Л. Зельманов, космолог-профессионал высочайшего класса, предлагал называть космологию не наукой, а учением: «теория, в принципе, может и, следовательно, должна быть непосредственно подтверждена экспериментом или наблюдениями. Учение же может и не быть доступно непосредственной проверке экспериментом или наблюдениями. Таким образом, понятие “учение” полагается более широким, чем понятие “теории”». (Напомним, что для Зельманова Вселенная была объектом неизмеримо обширнее Метагалактики, включающим последнюю в качестве своей части). Это понимание космологии никакой поддержки в научном сообществе не получило и осталось, по-существу, неизвестным.

После появления внеатмосферных методов исследования эмпирический базис космологии совершенно изменился. Запущено или планируется к запуску в ближайшие годы большое число космических телескопов специально для проверки отношения к реальности космологических теорий и моделей. Принципиальная ненаблюдаемость областей мира за космологическими горизонтами сохраняется и сейчас, но статус космологии как науки более не вызывает прежних сомнений. По словам A.A. Старобинского, «замечательным достижением последнего десятилетия XX века стало превращение космологии в стандартную точную экспериментальную науку (точнее, в часть астрономии, в свою очередь, являющуюся частью физики), в которой дальнейшее развитие идет по обычной схеме»[43]. Резкое (на порядки) усиление точности наблюдений стало, несомненно, примечательной чертой современной космологии. Но отметим, все же, вслед за А.Д. Пановым[44], что в космологии возрастает роль нетрадиционной методологии, подразумевающей использование все более косвенных измерений, стандартов доказательности знания и др. С этой точки зрения даже такой общепризнанный феномен, как Большой взрыв, обосновывается не прямыми, а косвенными наблюдениями (реликтовым излучением, как следствием этого процесса; сам же он останется навсегда принципиально ненаблюдаемым). Но нетрудно заметить, что в некоторых ситуациях современная космология использует метаэмпирические критерии (когерентность, простота, красота знания). В своей совокупности они характеризуют «внутреннее совершенство» теории (А. Эйнштейн). На мой взгляд, они носят вспомогательный характер. Во всяком случае, решающим аргументом в пользу признания теории расширяющейся Вселенной послужили не красота фридмановских уравнений и не простота однородных моделей Вселенной, а наблюдательные тесты, добывать которые пришлось с огромным трудом на протяжении нескольких десятилетий. Что касается простоты, то она в данном случае лишь отпугивала значительную часть наблюдателей. Космология в силу специфики своего объекта (огромная сфера принципиально ненаблюдаемого) использует мета-эмпирические критерии совсем иного типа. Например, А.Л. Зельманов предложил считать одним из таких критериев сохранение тех или иных выводов космологии, уводящих нас за пределы наблюдаемой Вселенной при обобщении ее физико-теоретических оснований. Добавим, что ослабление норм исследования в космологии часто восполняется парадигмальными, социально-психологическими факторами, регулирующими систему взглядов в рамках сообщества космологов. В итоге, если значительная часть выводов в космологии достаточно надежно обоснована принятыми в науке эталонами доказательности знания, то есть в ней и немало такого, что этим эталонам соответствует не вполне.

В то время, как естествоиспытатели предпринимают огромные усилия для эмпирической верификации, фальсификации, выбора своих теорий, некоторые подходы в современной философии и эпистемологии науки оценивают подобные усилия довольно скептически. Отмечается, что эмпирическое знание в науке всегда «теоретически нагружено». Согласно тезису Куна-Фейерабенда, каждая теория сама формирует свои факты и ее независимая эмпирическая проверка невозможна. Между теорией и реальностью выстраивается почти непреодолимый барьер. Но существует и другая точка зрения — о единстве теоретического и эмпирического в динамике науки; она разрабатывается с позиций так называемого деятельностного подхода и приводит к противоположному выводу.

Моя точка зрения по этому кругу проблем сформировалась давно[45] (отчасти под влиянием работ B.C. Степина[46]) и в своей основе не изменялась, но, естественно, дополнялась и уточнялась. Ее можно суммировать так.

Во-первых, проблема должна рассматриваться в плане взаимосвязи двух типов научной деятельности: теоретической и экспериментально-наблюдательной, которые взаимодействуют между собой как непосредственно в сфере познания, так и через технологическую практику общества, выступающую важным стимулом познания. Проблема взаимной связи эмпирических и теоретических знаний в развитии различных теоретических систем науки и всей системы научного знания представляет собой лишь аспект или «срез» обсуждаемой проблемы. Особенность взаимосвязи эмпирического и теоретического в научной деятельности и научном знании (включая способы проверки научных теорий) определяется, по преимуществу, спецификой познаваемых объектов. Это касается и космологии.

В эпистемологии науки часто обсуждается вопрос: как установить связи систем абстрактных объектов, относительно которых формулируются математизированные теории с эмпирически фиксируемыми объектами. Я разделяю точку зрения B.C. Степина, что эти связи формируются либо на основе схематизации эмпирических объектов, либо путем «адаптации» к ним теоретических структур. Теоретические схемы науки выступают не только системным изображением определенных сторон объекта исследования, но и особой моделью экспериментально-измерительной практики. Модифицируя мысль B.C. Швырева, который рассматривал эмпирическое и теоретическое как две в равной мере необходимые и кардинальные структуры процесса познания, я высказал мнение (которое разделяю и сейчас), что наиболее адекватным является рассмотрение эмпирического и теоретического в научной деятельности как равноправных «партнеров», каждый из которых существует лишь во взаимосвязи с другим и обусловливает другого. Развитие научного знания следует представлять не как переход от одной теории к другой, а как переход от одной совокупности системно организованных теоретических и эмпирических знаний к другой совокупности таких знаний, более близкой к объективной реальности. (Хочу в связи с этим особо подчеркнуть то, что всегда казалось мне очевидным: именно это обстоятельство и приводит к возможности относительно независимой проверки теоретического знания).

Я хотел бы напомнить о статье М. Борна[47], в которой философия Эддингтона, провозглашающая «триумф теории над экспериментом», оценена как «значительная опасность для здорового развития науки»[48]. В некотором противоречии с эпистемологическими высказываниями самого Эйнштейна генезис специальной теории относительности Борн видит следующим образом: «Новая теория является гигантским синтезом длинной цепи опытных результатов, а не самопроизвольного колебания мозга». Разумеется, было бы необоснованной придиркой возражать Борну на том основании, что СТО была построена именно в процессе ментальной активности. Ведь основное в его утверждении — роль «опытных результатов». Борн снова и снова подчеркивает значение эксперимента в физике на примере уравнения Шредингера. «Никто не знал, что реально означают волновые функции Шредингера. И опять решение этого вопроса не было свободным изобретением разума, а было вынуждено экспериментальными фактами… Все развитие квантовой механики показывает, как совокупность наблюдений и измерений медленно создает абстрактные формулы для их сжатого описания, и что понимание их значения наступает впоследствии»[49]. Я не призываю пересмотреть (несомненно, известные Борну) взгляды Эйнштейна на генезис теории как свободное творение человеческого разума. Моя цель скромнее — возразить, хотя бы и ссылкой на авторитет, против принижения роли эмпирического знания, свойственного многим эпистемологам науки под влиянием постпозитивизма.

Во-вторых, при обсуждении проблем теоретической нагруженности фактов науки и возможности независимой проверки теории фактами, следует учитывать сложную структуру эмпирического знания и многообразие связей его подуровней не только с объясняющей теорией, но и с другими теоретическими знаниями. Идея о теоретической нагруженности эмпирического знания явилась ценным вкладом в эпистемологию, но она недостаточно учитывает, что структура эмпирических знаний многоуровневая, причем к фактам в ряде случаев относят разные их уровни.

Е.А. Мамчур выделяет два уровня: интерпретацию-описание и интерпретацию-объяснение. Первый представляет собой констатацию экспериментального (наблюдательного) результата, теоретически нейтральную по отношению к проверяемой или сравниваемой теориям. Второй — как раз его объяснение в недрах той или иной теории, средствами которой он ассимилируется. Этот уровень структуры эмпирического знания несет определенную теоретическую нагрузку, независимую, однако, от объясняющей его теории.

Вполне соглашаюсь с Е.А. Мамчур относительно существования названных уровней и возможности независимой эмпирической проверки отношения теории к исследуемым фрагментам реальности. Но я всегда считал, что структура эмпирического знания еще сложнее. Необходимо выделять большее число уровней (или подуровней?):]) уровень непосредственно данного (например, красное смещение линий в спектрах удаленных галактик, наличие во Вселенной микроволнового фона радиоизлучения, флуктуации его интенсивности, звездные величины Сверхновых типа Iа на разных расстояниях и др.); 2) интерпретационный уровень (включающий целый ряд подуровней), на котором статистика результатов измерений осмысливается с точки зрения физических теорий (скажем, обсуждается проблема, является ли красное смещение следствием эффекта Доплера или каких-то иных факторов, типа старения фотонов; представляет ли микроволновой фон «реликтовое» излучение Вселенной или же его природа иная; означает ли отклонение скоростей отдаленных галактик, определяемое по блеску сверхновых от линейного закона, ускоренное расширение Метагалактики, или же справедливо какое-то из альтернативных объяснений; 3) уровень, на котором смысл того или иного факта, используемого космологами, устанавливается в контексте объясняющей теории (например, теории Фридмана, теории Гамова, инфляционной космологии). При обосновании космологических теорий различие этих уровней знания обязательно следует принимать во внимание — в силу особенностей «теоретической нагруженности» каждого из них. Мне кажется односторонней претензия так называемого пантеоретизма считать, что любой эксперимент, любое наблюдение ставится на основе предсказаний определенной гипотезы или теории и выступает лишь как звено в движении от одной теории к другой. Наука о Вселенной (и не только она) переполнена «случайными» открытиями, которые не могут получить обоснованного теоретического объяснения даже долгое время спустя.

В-третьих, что же представляет собой факт науки в структуре эмпирического знания? Многообразие точек зрения по этому вопросу едва ли не больше, чем по другим аспектам эпистемологии. Мне ближе всего точка зрения П.В. Копнина: «знание приобретает качество фактичности, если оно: 1) достоверно, 2) служит исходным моментом в постановке и решении научной проблемы»[50]. Отмечу еще точку зрения С.Ф. Мартыновича[51]: факт — это смысл истинного высказывания, полученного эмпирическим путем.

В этом контексте рассмотрим некоторые факты (или эмпирические знания, считаемые фактами) из предметной области современной космологии.

В космологии много фактов, которые не были (хотя и могли быть) предсказаны (например, расширение Метагалактики); фактов, которые были предсказаны, но не той теорией, которой это обычно приписывают, и все равно открыты независимо от предсказаний (например, реликтовое излучение); фактов, неожиданных для теоретиков, т. е. идущих вразрез с их ожиданиями (ускоренное расширение Вселенной) и не получивших теоретического объяснения даже долгое время спустя после их открытия (например, у-всплески). Лишь часть фактов была предсказана и открыта в результате целенаправленного поиска (например, анизотропия реликтового излучения). Таким образом, в космологии, наряду с предсказанными, много фактов, открытых независимо от объясняющих теорий.

Расширение Метагалактики открыто случайно[52]. Уровень непосредственно наблюдаемого был установлен в качестве «статистического резюме» многочисленных наблюдений красного смещения в спектрах удаленных галактик, проводившихся, начиная с 1914 г. Интерпретационным уровнем выступало объяснение этих наблюдений как обусловленных эффектом Доплера. Разумеется, эта интерпретация потребовала привлечения определенных теоретических знаний из физики, прежде всего из теории колебаний и оптики; в этом смысле эмпирический факт расширения Метагалактики оказывается несущим неустранимую теоретическую нагрузку. Однако вся соль ситуации в том, что включение этого факта в систему знания о Вселенной произошло независимо от разработки объясняющей теории — теории расширяющейся Вселенной, тем более, что она появилась много лет спустя после первых публикаций об этом открытии. Один из важнейших эмпирических законов космологии: скорости взаимного удаления галактик пропорциональны их расстояниям (закон Хаббла) — также был установлен безотносительно к проверке предсказания какой-либо теории. Напротив, именно закон Хаббла придал вес и значение теории, которая сначала не вызвала особого интереса. Лишь в ходе дальнейшего развития науки о Вселенной было достигнуто единство эмпирического и теоретического исследования расширения Метагалактики. Этот простой пример показывает неубедительность пантеоретистской позиции в отношении рассматриваемого явления.

В ходе реконструкции факта расширения Метагалактики вырисовывались все новые моменты. Нельзя было не отметить не только растянутого во времени установления и признания этого факта (особенно его доплеровских интерпретаций). Кроме того, была отмечена и относительно самостоятельная (в известных пределах) жизнь, которую вел каждый из этих уровней знания науки о Вселенной. Например, измерение красных смещений происходило вне зависимости от интерпретации этого эффекта, а интерпретация — иногда независимо от объясняющей теории.

Первые наблюдения красного смещения в спектрах нескольких десятков спиральных и эллиптических «туманностей» появились еще до открытия Метагалактики. Им сразу была дана интерпретация на основе принципа Доплера, что приводило к выводу о наличии во Вселенной небольшого числа объектов природы, удаляющихся от наблюдателя с ранее неизвестными науке скоростями. Этот факт большинству исследователей Вселенной казался крайне странным, вызывал, скорее, недоумение. Но после открытия в 1924–1926 гг. Метагалактики и в 1929 г. эмпирического закона Хаббла стало ясно, что при доплеровской интерпретации красного смещения открыто грандиозное явление расширения наибольшей из природных систем. Но может быть, это был только «сырой материал»? Считаю, что история открытия расширения Метагалактики не свидетельствует в пользу такого взгляда. Напротив, открытие закона Хаббла поставило, что называется, ребром проблему, обсуждавшуюся и в «Диалогах» Галилея — выбора между отношением к реальности двух «систем мира», но на этот раз ньютоновской и фридмановской.

Заслуживает быть отмеченным еще один аспект в длительной истории обоснования эмпирического факта расширения Метагалактики. Ряд исследователей, имевших прямое отношение к становлению этого научного факта, в разное время поддерживал недоплеровские интерпретации красного смещения. Эйнштейн, как известно, ненадолго выступил против теории A.A. Фридмана (потом он признал свою ошибку). A.A. Белопольский, подтвердивший применимость принципа Доплера к световым явлениям, довольно недвусмысленно поддержал интерпретацию красного смещения в космологии как «старения фотонов». Э. Хаббл в отдельные моменты колебался между доплеровскими и недоплеровскими интерпретациями красного смещения.

Если обратиться к осмыслению красного смещения на уровне объясняющей теории («интерпретация-объяснение»), то окажется, что одни и те же факты, даже интерпретированные ранее сходным образом, погружаются в разные теоретические контексты. С точки зрения теории расширяющейся Вселенной, красное смещение стало, в конечном счете, рассматриваться как расширение пространства Метагалактики. Мнение о том, что теория расширяющейся Вселенной наиболее естественным образом объясняет закон Хаббла, было высказано в 1931 г. А. Эддингтоном и В. де-Ситтером, после чего вокруг теории и возник настоящий бум. Но доплеровская интерпретация красного смещения была включена и в контекст ньютонианской космологии (Э. Милн). Теория стационарной Вселенной «компенсировала» разбегание галактик рождением вещества в некоем творящем поле. Оказывается, таким образом, что космологические теории не формируют каждая свои факты, а дают им альтернативные «интерпретации-объяснения». В структуре эмпирического знания есть уровни, сформированные независимо от объясняющей их теории и служащие для проверки ее отношения к реальности. Вопреки почти общепринятому мнению разбегание галактик не было предсказано теорией A.A. Фридмана. Почему — вполне понятно. Основоположник релятивистской космологии считал современные ему данные слишком ненадежными для суждений об ее отношении к реальности.

Рассматривая науку (в том числе космологию) как феномен культуры, можно было бы обозначить еще один уровень интерпретации наиболее фундаментальных фактов науки — мировоззренческий, т. е. метанаучный. В истории открытия и признания расширения Метагалактики этот уровень считается наиболее значимым, (что не совсем верно).

Микроволновое Фоновое излучение является следствием теории горячей Вселенной Г. Гамова[53]. По предложению И.С. Шкловского у нас его называют реликтовым, но сам этот термин уже содержит в себе интерпретацию. Считается, что оно было открыто А. Пензиасом и Р. Уилсоном в 1965 г.[54]. Но история открытия реликтового излучения изобилует нестандартными ситуациями, которые идут вразрез с популярными методологическими рецептами.

Было ли предсказано наличие космологического фона реликтового излучения на основе теории горячей Вселенной? В упрощенных и переписанных изложениях истории этого открытия без каких-либо оговорок утверждается: да, Гамов это открытие предсказал (авторы одного учебника по астрофизике говорят осторожнее: «фактически предсказал»). Но все обстояло намного сложнее. Гамов считал, что при том состоянии, в котором находилась только что зародившаяся радиоастрономия, измерение реликтового фона невозможно. Он будет «заглушаться» другими космическими излучениями (по словам Гамова в письме одному из космологов, такая возможность им даже не рассматривалась). Это мнение разделялось большинством исследователей. Кроме того, существовало устойчивое недоверие к теории горячей Вселенной, мотивы которого красочно изложил С. Вайнберг[55]. Он называет три причины.

1. Гамов и его сотрудники работали в рамках теории, которая имела своей целью описать происхождение всех химических элементов, включая тяжелые. Но эта теория сталкивалась с трудностями, и теоретики «совершенно не желали серьезно относиться»[56] к такой теории. Пытаясь сделать слишком многое, теория «перестала внушать доверие, которого она действительно заслуживала как теория синтеза гелия»⁴.

2. Недостаточный контакт между теоретиками и наблюдателями.

3. Но самое главное, «физикам было трудно серьезно воспринимать любую теорию ранней Вселенной». Первые три минуты «столь удалены от нас по времени, условия на температуру и плотность так незнакомы, что мы стесняемся применять наши обычные теории статистической механики и ядерной физики»[57]. Только открытие реликтового микроволнового фонового излучения «заставило всех нас всерьез отнестись к мысли, что ранняя Вселенная была»[58].

Таким образом, доминировали в равнодушном, скептическом отношении к реликтовому излучению психологические мотивы. Можно допустить, что какую-то роль в определенный момент сыграли позитивистские установки исследователей. Ранняя Вселенная казалась чем-то слишком удаленным от фактов.

Но фактически реликтовое излучение наблюдалось еще до официально признанной даты его открытия. В 1941 г. Мак-Келлар при изучении межзвездного газа обнаружил в спектре одной из звезд линии поглощения циана. Их свойства он объяснил наличием неизвестного излучения, которое в дальнейшем как раз и оказалось микроволновым фоновым излучением. Затем в 1955–1956 гг. микроволновое фоновое излучение из космоса наблюдал Т.А. Шмаонов в Пулкове как некий космический радиофон[59]. Но значение этих наблюдений не было своевременно понято. Они не получили никакой теоретической интерпретации и остались незамеченными космологами. Я помню о них потому, что проводил наблюдения на соседнем радиометре в то же время, что и Шмаонов (занимаясь совсем другой задачей — исследованием поляризации радиоизлучения Луны). Но, по сути, Шмаонов получил тот же самый результат, что и Пензиас с Уилсоном.

К счастью, как выяснилось при любопытных обстоятельствах, опасения Г.А. Гамова о невозможности наблюдения реликтового излучения оказались неверными. В начале 60-х годов Я.Б. Зельдович выдвинул в противовес теории Гамова свою теорию «холодной Вселенной». Для выбора между этими теориями сотрудники Я.Б. Зельдовича (И.Д. Новиков и А.Г. Дорошкевич) рассчитали общий спектр интенсивности всех электромагнитных космических излучений. Выяснилось, что существует «окно», в котором интенсивность реликтового излучения превышает остальные. Отсюда следовало, что наблюдательный выбор между теориями горячей Вселенной Гамова и холодной Вселенной Зельдовича вполне реален. Но открытие Пензиаса и Уилсона произошло независимо от этого теста — совершенно случайным образом. Дело в том, что оба они были не исследователями Вселенной, а радиоинженерами лаборатории «Белл», которые не ставили перед собой научных задач. Им необходимо было проградуировать радиометр, установив нуль-пункт для шкалы измерений. Для этого они решили направить свой прибор в сторону неба — в область, лишенную ярких радиоисточников. Предполагалось, что тем самым и будет зафиксирована нулевая отметка. Но к огорчению Пензиаса и Уилсона, оказалось, что в любой точке неба измеряется некоторый радиофон с температурой около 3°К. Были предприняты многочисленные и утомительные попытки избавиться от этого ненужного радиофона и поиски объяснения его причин (вплоть до весьма экзотических, например, повышение температуры антенны связывалось с голубиным пометом в ней; это объяснение выступало, таким образом, альтернативой реликтовому излучению!). Но все было тщетно. Тогда Пензиас и Уилсон решили сообщить об обнаруженном ими факте и отправили заметку в журнал. Произошла новая случайность. Статья попала на рецензию к Р. Дике, руководившему группой исследователей, теоретически обосновавших возможность обнаружения реликтового излучения с точки зрения теории гравитации Бранса-Дике (альтернативной эйнштейновской), и собиравшемуся приступить к поискам. Пензиас и Уилсон ненамного их опередили. В свою очередь, Дике и соавторы опубликовали сообщение в том же номере журнала. Так было сделано одно из величайших открытий не только космологии, но и всей науки XX века. Вопреки современным историко-научным мифам никто не искал реликтовое излучение с целью проверки предсказания теории. Напротив, существенную эвристическую роль в его исследовании сыграл прямо противоположный мотив: желание опровергнуть эту теорию, заменив ее альтернативой — построенной в рамках релятивистской космологии теории холодной Вселенной, которая была выдвинута Я.Б. Зельдовичем. Оно произошло случайно, причем оказалось не только непредвиденным, но и «нежеланным», от него хотели избавиться всеми возможными способами. Эти обстоятельства еще раз подчеркнули убедительную силу аргументов природы в ее диалоге с наблюдателем. Наблюдения подтвердили теорию горячей Вселенной Гамова, приверженцами которой стали Я.Б. Зельдович и И.Д. Новиков. Теория холодной Вселенной была названа ими примером «полезной ошибки»[60].

Следует отметить, что более значимой для космологии была роль открытия микроволнового фонового излучения в контексте другой оппозиции: между теорией горячей Вселенной и теорией стационарной Вселенной, драматическая схватка между которыми оказалась скоротечной. Открытие реликтового излучения оказалось «решающим экспериментом», но не потому, что с позиции стационарной Вселенной нельзя было придумывать все новые объяснения этого феномена, а потому, что в сообществе космологов произошел психологический перелом. Они как-то сразу и навсегда потеряли интерес ко всем альтернативам. Таким образом, в космологии снова повторилась ситуация, когда надежно установленный факт придал резонансное значение теории, до того вызывавшей среди теоретиков лишь равнодушие и скепсис.

Но была ли тем самым верифицирована теория Гамова и фальсифицирована теория стационарной Вселенной? Нет. Обе альтернативные теории были частично верифицированы и частично фальсифицированы, хотя и в разной степени. Основной целью, которую ставил себе Гамов, было объяснение происхождения всех химических элементов в процессе рождения (creation) Вселенной. Наиболее сильный аргумент в теории Гамова был ошибочным. Он исходил из заниженной оценки возраста Вселенной, связанной в свою очередь с ошибочным значением постоянной Н в законе красного смещения Хаббла. Получалось, что химические элементы не успевали «свариться» в звездах. Пересмотр шкалы возраста Вселенной выбил почву из-под этого аргумента. Но водород и гелий действительно имеют космологическое происхождение, и открытие реликтового излучения это подтвердило. Тем самым, теория горячей Вселенной, оказавшись неспособной решить проблему происхождения всех химических элементов, объяснила, как возникла основная часть барионного вещества Вселенной. Изюминка ситуации в том, что реликтовое излучение было непредсказанным следствием теории, основанной, в числе прочих, и на ошибочных предпосылках и оказавшейся в значительной части неверной по своему содержанию (генезис тяжелых элементов). В соответствии с наивным фальсификационизмом, такая теория должна быть отвергнута, но она оказалась — в серьезно скорректированном виде — одной из основополагающих в современной космологии, да и в науке в целом.

В структуре эмпирических знаний о реликтовом излучении Вселенной выделяются все три отмеченных уровня. Уровень непосредственно данного включает «статистические резюме измерений», доказывающих: 1) само наличие во Вселенной фонового излучения с температурой 2,73°К; 2) распределение его энергии в спектре, соответствующее закону Планка; 3) приблизительную однородность и изотропность фона излучения. Эти наблюдения оказались в определенной степени теоретически нагруженными — знаниями из области теории излучения. Наиболее существенно, однако, что лишь на последующих этапах они оказались связанными с использованием объясняющей теории.

Анизотропия реликтового излучения как наличие сравнительно мелких неоднородностей температуры (т. е. интенсивности этого излучения на небесной сфере) была теоретически предсказана еще в конце 60-х годов XX века на интерпретационном уровне. Она должна вызываться несколькими факторами: 1) эффектом Сакса-Вольфа, суть которого в том, что фотоны могут и приобретать, и терять энергию в гравитационном поле; 2) эффектом Силка — флуктуации плотности вещества должны сопровождаться флуктуациями числа фотонов; 3) эффектом Доплера — частота, т. е. энергия фотонов может меняться в зависимости от того, движутся ли они от нас или же к нам. Общей причиной всех этих эффектов, как считали теоретики, служат возмущения метрики в ранней Вселенной вблизи эпохи инфляции, так что наличие анизотропии реликтового излучения часто рассматривают как предсказание инфляционной космологии. Анизотропия реликтового излучения — источник ценнейших сведений о ранней Вселенной.

Ускоренное расширение Вселенной явилось открытием, не только совершенно неожиданным для космологов, но и прямо противоречившим их ожиданиям. Считалось вероятным, что в ходе эволюции нашей Вселенной, т. е. Метагалактики, скорость ее расширения должна уменьшаться под влиянием гравитации. Собственно говоря, эксперименты и были поставлены для того, чтобы определить величину скорости замедления. Но природа преподнесла исследователям очередной сюрприз. Оказалось, что на самом деле Вселенная расширяется с ускорением, которое началось около 6–8 млрд. лет назад (до этого Вселенная расширялась с замедлением). Это открытие было даже названо «шоковым».

Измерения велись по вспышкам Сверхновых типа 1а в далеких галактиках с помощью космического телескопа Хаббла. По форме кривой блеска такой звезды можно измерить ее светимость в максимуме, т. е. полное количество излучаемой энергии, отнесенное к стандартному расстоянию. Сравнение с наблюдаемой яркостью звезды позволяет вычислить ее расстояние (с точностью до 15 %). Далее по спектру Сверхновой измеряют ее красное смещение и, следовательно, скорость удаления галактики, в состав которой она входит. На основании этих данных можно выявить корреляции «видимая яркость — расстояние до галактики». В 1998–1999 году две группы исследователей — одна возглявлялась Б. Шмидтом и А. Рисом[61], другая — С. Перлмутером[62], сообщили, что наша Вселенная расширяется ускоренно. Наблюдения показали, что убывание яркости Сверхновых происходит, в среднем, быстрее, чем предсказывала стандартная модель. Очень далекие Сверхновые оказываются более яркими. Отсюда следует, что скорость галактики, в состав которой входят исследовавшиеся Сверхновые, со временем возрастает.

Ускоренное расширение Вселенной сравнивают с эпохой новой инфляции. Подсчитано, что удаленные галактики будут постепенно исчезать за горизонтом видимости, как бы уничтожая наблюдательные свидетельства Большого взрыва. Спустя 135 млрд. лет воображаемый наблюдатель на Земле увидит только ближайшие галактики, но затем уйдут и они. В сфере видимости останется только наша собственная Галактика, звезды в которой начнут потухать и рассеиваться в пространстве.

При анализе структуры рассматриваемого факта обнаружение нелинейной зависимости видимой яркости Сверхновых 1а от их расстояний (определенной, заметим, по статистической обработке сравнительно небольшого числа звезд) следует относить к уровню непосредственно данного. Далее должен следовать интерпретационный уровень, который включает несколько ступеней. Вывод об ускоренном расширении Вселенной — это первая ступень интерпретации. По вопросу о том, является ли такая интерпретация единственно возможной, идут споры, выдвигаются и другие интерпретации. Но большинство теоретиков-космологов убеждено, что объяснить наблюдаемую корреляцию можно только механизмом ускоренного расширения. Ее теоретическая нагруженность определяется сравнением со стандартной космологической моделью и выявлением отклонений от нее. Этот уровень структуры эмпирического знания и следовало бы считать конституирующим важнейший для космологии факт. Многие космологи именно так и поступают. Но есть немало теоретиков, которые идут дальше, включая те же фактуальные знания также в интерпретацию причин расширения Вселенной как следующий подуровень интерпретации. Обычно говорят об открытии всемирного антитяготения.

А.Д. Чернин продолжил интерпретировать открытие ускорения Вселенной следующим образом: «В 1998–1999 гг. две группы астрономов-наблюдателей сообщили об открытии всемирного антитяготения». После открытия антитяготеющей среды, продолжает А.Д. Чернин, «для нее стали придумывать названия». Одно из них — темная энергия — получила распространение. Но сама эта среда может иметь разную физическую природу. Космологи говорят о моделях двух типов: Λ-член (вакуум) и квинтэссенция. Кроме того, предложены модели, основанные на так называемой фантомной энергии. А.Д. Чернин является сторонником модели космического вакуума, которую он также рассматривает как открытие, сделанное современной космологией. По словам А.Д. Чернина, «наблюдательные данные все более указывают на то, что антитяготеющая среда — это вакуум Эйнштейна-Глинера, описываемый космологической константой»[63].

Если факт ускоренного расширения Вселенной (его достоверность сейчас проверяется новыми, все более точными наблюдениями) мало зависит от какой-либо объясняющей теории, то с другими упомянутыми феноменами, которые рассматривают иногда как факты (темной энергией, вакуумом), дело обстоит иначе.

Во-первых, нельзя считать полностью доказанным фактом само существование темной энергии. Это — лишь следующая ступень интерпретации данных наблюдений, требующая дополнительного обоснования. Некоторые космологи выдвигают альтернативные модели, которые большинству кажутся маловероятными, но все же пока не исключены из рассмотрения. В противовес сценарию ускоренного расширения Вселенной был выдвинут альтернативный сценарий, в основе которого — отказ от принципа однородности. Считается, что расширение Вселенной все-таки происходит с замедлением, но темпы его различны в зависимости от области пространства. Возможно, окружающая нас область Вселенной содержит меньше вещества, чем необходимо, чтобы задержать расширение, и оно замедляется не такими темпами, как в других областях.

Во-вторых, если признается, что существование антитяготения представляет собой доказанный факт, то дальнейшая интерпретация этого факта все-таки неоднозначна. Существование космологического вакуума, являясь дальнейшей ступенью интерпретации все тех же данных о кинематических особенностях Сверхновых Iа, погружено в объясняющую теорию, которой выступает инфляционная космология. С точки зрения этой теории космологический вакуум — наиболее вероятный «кандидат» на роль среды, способной породить инфляцию в ранней Вселенной. Обычно предполагается, что вакуумное состояние соответствует одному или нескольким скалярным полям. Как показал Я.Б. Зельдович, вакуум эквивалентен материи, обладающей плотностью и отрицательным давлением. Флуктуации вакуума способны порождать «пузыри», раздувание которых приводит к возникновению целых вселенных. Плотность энергии вакуума составляет ρ = 7∙10^-30г/см³, что выше плотности всех других форм вещества и энергии во Вселенной. Никаких прямых наблюдательных данных, подтверждающих существование космологического вакуума, нет. Он вводится на основе критерия когерентности знания, позволяющего свести воедино кое-что из известного о ранней Вселенной. Но все же существование этого типа вакуума едва ли стоит уже сейчас считать установленным фактом. Оно вполне может подтвердиться, но может и не подтвердиться. Об открытии космологического вакуума говорить пока рано (если не отступать от общепринятого смысла термина «открытие»). Эта интерпретация ускоренного расширения буквально «растворяется» в контексте объясняющей теории.

В-третьих, природа антитяготения пока не прояснена с необходимой достоверностью. Вот почему не следует, на мой взгляд, полностью сбрасывать со счетов и модели ускоренного расширения, альтернативные основанной на Λ-члене. Как отметили Д.С. Горбунов и В.А. Рубаков: «Отличная от нуля космологическая постоянная — далеко не единственная возможная причина ускоренного расширения Вселенной в современную эпоху. Природа темной энергии — одна из главных загадок современного естествознания»[64]. Довольно влиятельной альтернативой является особая, непривычная форма материи (энергии) — квинтэссенция[65]. Под ней понимают скалярное поле, способное создавать антитяготение, которое и вызывает ускоренное расширение Вселенной. Еще одна альтернатива — «фантомная энергия». Эмпирический выбор между этими альтернативами возможен, хотя и на основе косвенных данных. Необходимо измерить параметр Ω. (средняя плотность массы Вселенной, отнесенная к плотности критической). Если он окажется точно равным 1, будет подтверждаться гипотеза о Λ-члене, т. е. космологическом вакууме, если же он имеет другое значение — придется выбирать между гипотезами квинтэссенции и фантомной энергии. Измерения до сих пор приводят к значениям Ω, очень близким к 1.

Таким образом, эмпирически обоснованным фактом в космологии является ускоренное расширение Вселенной. Очень вероятно, можно сказать почти (но все же не до конца) эмпирически доказано существование темной энергии как наиболее вероятной интерпретации наблюдательных данных. Но ее природа пока не ясна. Был ли до начала расширения нашей Вселенной вакуум или какой-то другой тип поля, пока остается открытой проблемой или, если угодно, гипотезой, а не фактом в рассматриваемом смысле.

Итак, анализируя формирование фундаментальных фактов в космологии, к сожалению, никак не могу согласиться с высказыванием А.Д. Чернина, выражающим наиболее распространенный взгляд: «Замечательно, что три из четырех крупнейших наблюдательных открытий были предсказаны теоретиками. Расширение Вселенной предсказал Александр Александрович Фридман в 1922 г. Предсказание реликтового излучения — заслуга Георгия Антоновича Гамова (1940-50 гг.)… Существование же всемирного антитяготения предвидел А. Эйнштейн (1917 г.). Только темная материя явилась в космологии неожиданно».

Неклассическая космология остро нуждается в фактах, как истинах, хотя и относительных, но достоверных. Сейчас объем фактуальных эмпирических знаний быстро растет, но и альтернативные теоретические структуры к ним непрерывно адаптируются. Проблема выбора теории, особенно в космологии ранней Вселенной, сохраняет остроту. Эта сфера познания чаще других прибегает к разного рода внеэмпирическим критериям при обсуждении приемлемости теоретических выводов. Возник даже взятый из политики специальный термин «конкорданс» («сердечное согласие»), который означает меру согласия между космологами, дополняющего собственно эмпирические нормативы оценки знания. Феномен конкорданса как тип аргументации обнаруживает себя на разных стадиях современного космологического исследования.

Теории и факты: стандартный сценарий. Сам термин конкорданс для космологии новый, но стоящий за ним тип деятельности работает в ней давно. Вспомним, например, ситуацию 30-50-х годов. Постоянная Хаббла в законе красного смещения была величиной, определяемой на основе не прямых, а косвенных измерений — по цефеидам. Ее значение оказалось сначала завышенным почти в 10 раз. Возраст Вселенной (Метагалактики), определяемый как величина 1/Н, получался значительно меньшим, чем возраст Земли. Затем возникло аналогичное противоречие между возрастом Вселенной и наиболее старых звезд. Это вызвало у многих наблюдателей крайнее недоверие к теории расширяющейся Вселенной (идеологические споры вокруг нее вовсе не были главным камнем преткновения). Недоплеровские интерпретации красного смещения были еще очень влиятельными, лишь подтверждая сомнения в отношении теории. Но некоторая часть физиков-теоретиков поддерживала фридмановскую космологию, несмотря на ее очевидный конфликт с тем, что тогда считалось установленным фактом. Они исходили как раз из конкорданса, считая, вслед за Эйнштейном, что теория тяготения основывается на более глубоких основаниях, чем теория звездной эволюции, и противоречие будет устранено. В дискуссиях по поводу расширяющейся Вселенной иногда проскальзывал такой аргумент: кто «хорошо понимает» ситуацию, не сомневается, что верх одержит теория, а кто сомневается — тот «ничего не понимает». И ведь все так и случилось! Новые оценки постоянной Хаббла позволили устранить противоречие. Конкорданс между физиками-теоретиками себя оправдал.

Теория Фридмана в своем современном состоянии вполне адекватно описывает эволюцию Вселенной от первой секунды после Большого взрыва до настоящего времени, т. е. 13,7∙10⁹ лет. В этих временных пределах теория подтверждается такими фактами, как закон Хаббла, реликтовое излучение, крупномасштабная однородность Метагалактики и некоторые другие. В контексте фридмановской модели надежно обоснована модифицированная теория горячей Вселенной. Согласно этой теории, Вселенная родилась из сингулярности в процессе Большого взрыва как сверхгорячий «огненный шар» с температурой до 10³² К. При этой температуре четыре известных физических взаимодействия были объединены в суперсилу. По мере расширения Вселенной происходило падение температуры, сопровождавшееся рядом фазовых переходов: расщеплением гравитации и электрослабого взаимодействий, затем расщеплением электрослабых сил на слабые и электромагнитные, формированием кварк-глюонной плазмы, конфайнментом кварков и первичным нуклеосинтезом, затем образованием атомов, которое сопровождалось появлением космического фонового излучения; его температура составляла 3000 К, а сейчас упала до 2,7 К.

По словам Я.Б. Зельдовича и И.Д. Новикова, «теория горячей Вселенной как теория огромного этапа эволюции Вселенной в настоящее время установлена окончательно. Решающим аргументом является существование и свойства РИ. Те уточнения, которые могут последовать (в силу того, что точность всех проделанных измерений не абсолютна), не изменят основного вывода о горячей Вселенной, а дадут информацию о деталях процессов, которые протекали в прошлом». В рамках теории горячей Вселенной остается еще много невыясненных вопросов, но «объяснять отклонения можно (и нужно) будет в рамках теории горячей Вселенной…»[66].

Одновременно с триумфом стандартного сценария (теории расширяющейся Вселенной) выяснилось, что в нем есть серьезные затруднения, носящие характер парадоксов. Их возникло больше десятка[67]. Наиболее впечатляющими были проблемы сингулярности, плоскостности пространства, крупномасштабной однородности и анизотропии Вселенной, горизонтов, барионной асимметрии, реликтовых монополей, единственности Вселенной. Эти затруднения (парадоксы) вызывали большую заботу среди космологов-теоретиков.

Факты и внеэмпирические аргументы в теориях сверхранней Вселенной. Наиболее длительную концептуальную историю имеет проблема сингулярности, поставленная еще Фридманом и Леметром. Кому-то ситуация может показаться не столь драматичной, но С. Хокинг думает иначе. По его словам, если законы физики нарушаются в сингулярности, они могут нарушаться и в любом другом месте. Хокинг говорил также, что многие космологи «питали отвращение к самой идее сингулярности, оскорбляющей красоту теории Эйнштейна»³. Впрочем, с математической теоремой трудно поспорить, добавлял он. Одним из «наиболее мучительных вопросов», стоящих перед космологией, назвал сингулярность А.Д. Линде. Вот почему не будет преувеличением сказать, что в течение многих десятилетий космологи вели с сингулярностью настоящую «войну». Были предприняты многочисленные попытки выяснить: существовала ли в эволюции нашей Вселенной некая реальная особенность, которой соответствует сингулярность в решениях космологических уравнений? Этот вопрос разбивается на три части: а) неизбежна ли сингулярность в теории А.А. Фридмана; б) можно ли ее устранить, перестроив космологические теории или их принципы; в) какая космологическая теория — с сингулярностью или без нее — лучше соответствует фактам. На языке эпистемологии проблема приобретает следующую форму: конструктивно ли введена сингулярность в уравнениях Фридмана? Процедура конструктивного обоснования абстрактных объектов теоретических схем, после того, как они введены в качестве гипотез, согласно B.C. Степину, состоит в их адаптации к реальной экспериментально-измерительной практике через посредство эмпирических схем. Необходима внутренняя согласованность всех определяющих признаков абстрактных объектов теоретической схемы. В этом контексте и были многократно поставлены вопросы о сингулярности.

В рамках самой модели однородной изотропной Вселенной некоторые исследователи пришли к выводу, что в общем случае сингулярность необязательна. Но в исследованиях С. Хокинга и Р. Пенроуза были доказаны теоремы, из которых следует, что сингулярность в этой теории неизбежна, т. е. введена конструктивно. Наиболее радикальным подходом, позволявшим обойтись без сингулярности, была теория стационарной Вселенной Хойла-Бонди-Голда (1948 г.). Один из ее исходных принципов состоял в том, что свойства Вселенной не должны зависеть от «начальных условий». В теории предполагалось существование особого скалярного поля с отрицательной плотностью энергии («творящего поля» или С-поля), которое вызывает спонтанное рождение вещества в форме атомов водорода. Этот процесс как бы компенсирует расширение Вселенной, так что в целом она стационарна, и для наблюдателя всегда имеет один и тот же вид. Начальная сингулярность в ней отсутствует. Теория стационарной Вселенной пришла в противоречие с некоторыми фактами (например, пространственным распределением удаленных радиогалактик), не смогла удовлетворительно объяснить природу микроволнового фонового излучения. Но абстрактный объект скалярное «творящее поле» с отрицательным давлением был затем переосмыслен в инфляционной космологии (т. е. конструктивно введен в ее концептуальную схему), и в этой новой форме получил среди космологов большое признание.

Инфляционная теория[68] представляет собой, возможно, наиболее крупный прорыв в космологии за последние десятилетия. Она основывается на гипотезе, что Вселенная за ничтожно короткое время после сингулярности (10^-42— 10^-36с)[69] возникла из сверхплотного вакуумоподобного состояния и прошла эпоху раздувания (инфляции). Это обозначает сверхбыстрое (дофридмановское) расширение Вселенной, которое происходит по экспоненциальному закону. В ходе этого процесса радиус Вселенной увеличился в 10 в степени 10¹² раз. Большинство космологов разрабатывают именно инфляционные сценарии. Первый из них был предложен A.A. Старобинским еще в 1979 г., затем появились сценарии А. Гуса (1981 г.), так называемый новый сценарий (А.Д. Линде, А. Альбрехт, П. Стейнхардт 1982 г.), сценарий хаотического раздувания (А.Д. Линде 1983 г. и 1986 г.).

Общая черта различных инфляционных сценариев в космологии состоит в том, что все они признают огромную роль, которую играют в динамике Вселенной скалярные поля. Кроме четырех типов физических взаимодействий вводится еще одно — гипотетическое скалярное поле. Оно осуществляет взаимодействия между пока не известными в опыте массивными хиггсовскими частицами. Поля скалярных частиц обладают вакуумными состояниями, которые соответствуют отсутствию реальных скалярных частиц. Эти поля отличаются от полей других типов тем, что их свойства не зависят от движения наблюдателя. Они имитируют космологический вакуум в математических моделях. Считается, что скалярные поля создают механизм сверхбыстрого раздувания Вселенной. В некоторых случаях энергия скалярных полей уменьшается значительно медленнее, чем плотность массы обычной материи. Доминирование этой энергии во Вселенной, как следует из ОТО, и может вызывать раздувание.

Согласно сценарию хаотического раздувания плотность энергии скалярных полей в ранней Вселенной может принимать произвольные значения благодаря флуктуациям. При случайном образовании однородной конфигурации этого поля размером порядка 10^-33 см и плотностью энергии, сравнимой с планковской плотностью (10⁹⁴ г/см³), начинается раздувание. Пространство флуктуации экспоненциально увеличивается в размерах со все возрастающей скоростью. Чем больше скалярное поле, тем сильнее оно раздувается. Такие редко встречающиеся области начинают занимать значительно большее пространство, чем все остальные. Плотность вакуума падает при этом на 122 (!) порядка. Там, где раздувание кончается, Вселенная разбивается на домены, т. е. области экспоненциально большого размера. (По некоторым подсчетам размер нашей Метагалактики после раздувания составлял 10⁸⁰⁰ см). Таким образом, А.Д. Линде в своем сценарии хаотического раздувания заменил идею уникальности Метагалактики на противоположную — идею множественности вселенных, т. е. физических объектов того же масштаба и порядка, что и наша Метагалактика.

Возможность бесконечного процесса рождения новых мини-вселенных заставляет предполагать, что вовсе не обязательно у этого процесса было какое-то единое начало. Стандартное утверждение о существовании общей космологической сингулярности не следует из топологических теорем о сингулярности и является «по меньшей мере недостаточно обоснованным». Не было, с точки зрения сценария хаотического раздувания, одного-единственного Большого взрыва; каждая мини-вселенная порождалась своим Большим взрывом.

В обоих случаях — рождение Вселенной из сингулярности и квантовое рождение ее из вакуума при планковской плотности — речь идет о возникновении области классического пространства-времени. Но классическое описание Вселенной вблизи сингулярности невозможно, т. к. квантовые флуктуации метрики были чрезвычайно сильными. Никаких часов и линеек, даже воображаемых, сделать нельзя. «Любые наблюдения, которые проводил бы воображаемый наблюдатель в эту эпоху, были бы нескоррелированы друг с другом… При каждом новом измерении наблюдатель как бы оказывается в совершенно новом мире»². Но в любом случае они бы описывались на разных языках. Понятие сингулярности — это классический язык описания, а возникновение Вселенной из пространственно-временной «пены» описывается квантовым языком. Однако мы можем быть уверены, что этих языков недостаточно для описания рождения Вселенной и не требуется язык квантовой теории гравитации.

Эпистемологическая природа экстраполяций инфляционной космологии крайне специфична. Обнаруживает свою ограниченность их физико-теоретическая основа, т. е. фундаментальные теории современной физики достигают пределов своей применимости. Далее, экстраполяции инфляционной космологии выходят далеко за пределы наблюдаемой Вселенной. Мы не можем, например, непосредственно обнаружить первичный вакуум, флуктуации которого порождают, согласно теории, множество минивселенных.

Как сочетается один из самых необычных интеллектуальных феноменов — теория инфляционной Вселенной — с принятыми в современной науке идеалами и нормами доказательности знания?

Во-первых, она связана принципом соответствия с фридмановской теорией. Но это — лишь необходимое, но отнюдь не достаточное условие ее состоятельности. Любая космологическая теория, претендующая на статус относительно истинной, должна удовлетворять принципу соответствия.

Во-вторых, инфляционная теория, по мнению многих космологов, разрешает все (или большую часть) парадоксов, показавших ограниченность фридмановского сценария. Парадокс сингулярности ослабляется тем, что Вселенная в начале расширения представляла собой квантовый объект, т. е. не была точкой с нулевым объемом, бесконечной плотностью и кривизной пространства, а занимала конечный объем, с плотностью хотя и сверхвысокой, но конечной.

В-третьих, инфляционная космология оказалась способной ответить на коренной вопрос, перед которым остановилась теория А.А. Фридмана: почему расширяется Вселенная? Помню, как много лет назад, слушая курс лекций А.Л. Зельманова по космологии, я задал ему этот вопрос. Мне показалось, что мой собеседник не видит в проблеме какой-либо особой остроты. Ответ звучал так: протяженные пространственно-временные миры, подобные Метагалактике, согласно ОТО не могут быть устойчивыми, вот она и расширяется. А.Л. Зельманов разрабатывал теорию анизотропной неоднородной Вселенной, в которой сингулярности вообще нет, а есть «регулярный минимум». (Кстати, это был еще один способ устранения сингулярности из теории). Но для большинства космологов драматизм сингулярности был очень даже ощутим. Современная теория решает этот вопрос, считая, что причина фридмановского расширения связана с отрицательным давлением вакуума.

В-четвертых, ничто не мешает попытаться установить более тесные контакты инфляционной теории и наблюдений, если заняться поисками каких-то косвенных проявлений Мультиверса в нашей Вселенной.

Оценивая сдвиги, которые произошли в современной космологии, А.Д. Линде в 1990 году высказал предположение, что они «весьма существенны и, вероятно, уже необратимы. Было разработано то, что постепенно, вместо сценария раздувающейся (инфляционной) Вселенной стало называться инфляционной теорией или даже инфляционной парадигмой.

Ясно, однако, что мы еще в самом начале пути, и многие детали теории в дальнейшем будут пересмотрены»[70]. Его более поздняя оценка оказалась и более сдержанной: «… надо сохранять непредубежденность. Существует возможность, что новые наблюдения будут противоречить инфляционной космологии»[71]. Например, если наблюдения покажут, что плотность Вселенной не соответствует плоской модели, инфляционная теория столкнется с серьезной трудностью, кроме того, она основана на теории элементарных частиц, не все варианты которой приводят автоматически к раздуванию. Обоснование возможности раздувания, исходя непосредственно из теории суперструн, может потребовать совершенно новых идей. Э.Б. Глинер считает, что раздувание представляет собой «чисто координатный» эффект, а не реальный физический процесс. Но все же инфляционная теория стала для космологов новой парадигмой, целенаправляющей космологические исследования.

Инфляционная космология не обладает той же степенью эмпирической доказательности, как стандартная космологическая модель. Инфляция была введена ad hoc для того, чтобы объяснить некоторые парадоксы фридмановской космологии. Устранение этих парадоксов — ее несомненное достоинство. Наблюдать процесс раздувания в сверхранней Вселенной невозможно. Тем не менее, если рассматривать ускоренное расширение Вселенной в наше время как нечто аналогичное начальной инфляции, какие-то косвенные эмпирические доводы в пользу инфляционной модели все же появляются. Многие космологи считают, что инфляционная космология предсказала анизотропию реликтового излучения. Конечно, и это — довод в пользу рассматриваемого сценария. Но космологи разрабатывают также сценарий, в котором инфляции нет (модели, основанные на теории суперструн).

Видное место в обосновании инфляционной космологии занимают, по сути, критерии когерентности и простоты. Так, сценарий хаотического раздувания был выдвинут А.Д. Линде именно в качестве самого простого. В нем не нужны никакие специальные начальные условия, которые буквально «руками» вводились в других сценариях. Заслугой инфляционной космологии считают и объяснение довольно обширного круга теоретических феноменов из единого принципа, что также представляет собой проявление критерия когерентности. Основную роль в почти всеобщем признании инфляционной космологии играет и принцип конкорданса (т. е. согласие в сообществе космологов, которое имеет в большой степени социально-психологическую природу). Но все эти объяснения не являются решающими, нужны новые аргументы.

Наиболее принципиальный момент состоит все же в том, что наблюдательных подтверждений теории инфляции пока не получено. Это говорил В.А. Рубаков, выступая на диспуте в Политехническом музее 31 марта 2010 года. Он считает, что есть серьезные сомнения в необходимости рассматриваемой теории.

В современной космологии довольно часто обсуждается и сакраментальный вопрос: а что было «до» момента t = 0, существовала ли тогда физическая реальность какого бы то ни было типа? Ответы на него бывают двоякие: а) вопрос объявляется бессмысленным, «до начала» никакого времени не было, Вселенная возникла из «ничего» вместе со временем. Так считал еще Августин, и его ответ разделяет, на основе своих собственных аргументов, большинство современных космологов; б) несостоятелен сам «миф о начале времени» (Г. Венециано[72]). Вселенная (Мультивселенная) существует вечно и обладает бесконечной историей (или бесконечной совокупностью историй). Современными моделями, описывающими подобный сценарий в рамках теории суперструн, выступают, например, модель Вселенной, эволюционирующей по «петле» времени, и модель «отскока», согласно которой эволюция Вселенной описывается бесконечной последовательностью расширений и сжатий. Циклические модели являются альтернативами инфляционной космологии. Они также устраняют парадоксы стандартной модели, включая сингулярность, что говорит, скорее, в их пользу. Но, разумеется, противники теории суперструн имеют в запасе много теоретических аргументов против этих моделей — не говоря уже о том, что их наблюдательная проверка при нынешних наших познавательных возможностях исключена.

Отмечу еще раз: несмотря на ряд выдающихся открытий, космология в своих теориях пока еще действительно ощущает недостаток эмпирических знаний. Выбор между космологическими теориями и раньше отчасти опирался на эйнштейновский критерий «внутреннего совершенства», который, однако, никогда не был самодостаточным. Теории и модели, которые не удавалось сопоставить с наблюдениями, тихо умирали, сохраняясь, быть может, в «третьем мире» Поппера, но не оказывая влияния на деятельность сообщества космологов. Лишь те космологические теории и модели, которые объясняли наблюдаемые свойства Вселенной или предсказывали новые, ранее не известные (получая «внешнее оправдание»), выживали в развитии теоретического знания. В принципе, ничего не изменилось и сейчас. Космологи-теоретики с нетерпением ждут новых открытий, наблюдатели стремятся догнать теоретиков, и с этой целью запускаются все новые спутники, несущие все более тонкую, изощренную аппаратуру. Современные космологические сценарии, как и все прежние, также оцениваются не только по внутритеоретическим критериям, но и по эмпирическим, какие бы затруднения при этом ни возникали.

Во-первых, некоторые наиболее значимые факты установлены на пределе чувствительности приборов. Во-вторых, они представляют собой интерпретации наблюдательных данных, которые не всегда являются единственно возможными; существуют альтернативные интерпретации одних и тех же эмпирических феноменов. В-третьих, положение, в сущности, еще гораздо хуже, поскольку электромагнитного излучения от этой фазы эволюции Вселенной не возникает, следует искать какие-то принципиально новые источники информации. Пока что мы знаем только о реликтовых гравитонах и нейтрино, наблюдение которых при помощи имеющихся средств невозможно. Отсюда не следует, что космология все-таки столкнулась с принципиальной границей познания. Есть все основания считать, что с появлением новой экспериментальной техники эта граница будет преодолена, и даст возможность осуществить выбор одной из теорий или моделей сверхранней Вселенной, а значит, и концепции физической реальности, адекватной этому специфическому типу объекта. Космология проникла в новую сферу исследования, для которой необходима новая фундаментальная теория (Теория Всего) и, возможно, новая концепция физической реальности. Не исключено, что она будет обходиться без привычных нам типов элементарных объектов, характерных для современной Вселенной типов взаимодействий, известных форм пространства и времени. Все привычные нам черты физической реальности могли существовать в сверхранней Вселенной только потенциально.

Но в целом современная ситуация сильно напоминает те, которые обсуждает Е.А. Мамчур, говоря об «атмосфере неопределенности», когда «невозможно ни доказательство того, что новая гипотеза верна, ни того, что она не верна»[73]. Подобные ситуации могут быть обусловлены разными причинами. Они могут относиться, как мы видели, к одному из двух типов: не проверяемые «в принципе» и не проверяемые в настоящее время, или «гипотезы-стратегии». Объекты инфляционной космологии таковы, что в ряде случаев трудно судить, к какому из двух названных типов они относятся.

Квантовая гравитация, сингулярность и реальность. Нельзя не упомянуть еще об одном способе устранения сингулярности из космологии, которое предложено никем иным, как Хокингом, доказавшим, вместе с Пенроузом, ее неизбежность в рамках ОТО. Для описания сверхранней Вселенной, по словам Хокинга, необходимо использовать квантовую теорию гравитации, которой пока нет. Согласно Хокингу, мы можем быть совершенно уверены, что в ней квантовая теория будет формулироваться на основе сумм по траекториям, т. е. историям частиц. Это предполагает, что она следует каждым из возможных путей в пространстве-времени. Истории каждой частицы описываются парой чисел, одно из которых характеризует размеры волны, второе — ее фазу. Частица может миновать некоторые особые точки типа сингулярности. Но рассмотрение истории частиц, в виду практических трудностей, надо вести «не в реальном времени, привычном для нас, а в мнимом». При этом «различие между пространством и временем совершенно стирается»[74].

Квантовая теория тяготения, по Хокингу, предлагает совершенно новую возможность избежать сценария, в котором классическое пространство-время возникает в сингулярности. Пространство-время может быть конечным, но не иметь ни «сингулярностей, в которых нарушаются законы физики, ни края пространства-времени, который заставил бы нас апеллировать к Богу или выводить новый закон граничных условий пространства-времени. Скажем так: граничные условия для Вселенной состоят в отсутствии у нее границ. Вселенная должна быть абсолютно замкнутой и независимой от чего-либо лежащего вне ее. Ее нельзя ни создать, ни уничтожить. Она должна просто существовать». Хокинг подчеркивает, что это всего лишь научная гипотеза, которая «могла быть изначально подсказана эстетическими или метафизическими соображениями…». Но подтвердить или опровергнуть ее могут лишь наблюдения.

По Хокингу, «Только описание Вселенной на основе мнимого времени избавит нас от сингулярностей»[75]. Но подобное описание противостоит описанию истории Вселенной в «реальном времени», при использовании которого ее расширение происходит согласно инфляционной теории и «что-то вроде сингулярности в начале и в конце неизбежно». Хокинг продолжает: «Возможно, это предполагает, что именно так называемое мнимое время является основным, а то, что мы называем реальным временем, есть лишь плод нашего ума», так сказать «не более чем идея, придуманная нами для описания своих представлений о Вселенной». Бессмысленно спрашивать, «что подлинно — реальное или мнимое время. Суть лишь в том, какое из них удобнее использовать для описания»[76]. Эта позиция Хокинга вызывает сильные споры среди космологов. Многие относятся к понятию «мнимого времени» неприязненно, считая его введенным неконструктивно. Конечно, утверждение, что «мнимое время» является чем-то более реальным, чем время реальное — звучит слишком парадоксально. Суть дела в том, что считать реальностью в физике и космологии. Если реальность — не более, чем теоретический конструкт, то придираться можно только к терминологии, т. е. языку науки. Но ведь что и каким термином обозначать, во многом зависит от конвенции. Цитированная формулировка выглядит типично позитивистской, но все философские размышления Хокинга направлены на поиск свойств реального мира, так что термин «мнимое время» не должен гипнотизировать. Смысл этого термина нуждается в дальнейшем эпистемологическом анализе, и он изменится, если нас заботит отношение теории к исследуемым аспектам объективной реальности.

Соглашаясь с Хокингом, что понимание реальности в неклассической физике и космологии зависит от теории, я вкладываю в это утверждение не тот же смысл, что и он. По моему мнению, речь идет не о самой реальности (физического) мира, а о концепции реальности, которая получает свою определенность в теории. Объяснение такой зависимости мы находим в механизмах математической гипотезы, которой пользуются физические науки. Концепция реальности возникает в процессе интерпретации теории, включая ее эмпирическую интерпретацию. Обоснование теории (ее верификация или фальсификация) происходит в процессе сопоставления следствий теории с экспериментами и наблюдениями. Тем самым, вместе с теорией получает (или не получает) обоснование и связанная с ней концепция реальности. Через теорию концепция реальности — и в этом вопросе я расхожусь с философскими высказываниями Хокинга, получает выход в объективный мир. В физике углубление концепций реальности (научных картин мира) происходило при исторической смене теорий — от ньютоновской механики к специальной и общей теории относительности, к квантовой механике и квантовой теории поля. Теория Всего (если она будет создана), вероятно, включит в себя новую обобщенную концепцию физической реальности, еще более адекватную «природе вещей». Рискну высказать предположение, что и эта теория не обязательно будет описывать так называемую «последнюю реальность», о существовании которой иногда говорят. Для оправдания сошлюсь на принцип неисчерпаемости материального мира, из которого вытекает относительность всех границ познанного, как определенных вех в бесконечном процессе познания. Естественно, для тех, кто не признает упомянутый принцип, ссылка на него ни в чем не убедит. Но в прежней физике реальность не рассматривалась как становящаяся во времени. В космологии же ситуация иная. Она включает необходимость описания и объяснения последовательной смены реальностей, как фазовых переходов, характеризующих эволюцию самой Вселенной. Одни сценарии описывают эти переходы как необратимые изменения, связанные с нарушениями симметрий разного типа. Физическая реальность выступает здесь как становящееся бытие, включающее переход от вакуума как реальности виртуальных частиц до действительности в сменяющих друг друга формах: кварк-глюонной плазмы, атомных ядер, атомов, молекул, звезд галактик, от еупереилы до четырех известных сейчас физических взаимодействий, от пространственно-временной «пены» до пространства и времени теории относительности. Другие сценарии воспроизводят возможные циклические изменения Вселенной на фоне сильной необратимости. Но в любом случае происходящая в ходе эволюции Вселенной смена не только структур, но и типов физических реальностей придает этой науке особый статус. Как говорил Дж. Уилер, вся физика (благодаря космологии) «становится столь же историчной, как сама история». Человеческая история включается в историю Вселенной.

Теории и сценарии будущего Вселенной. Современные космологические теории рисуют сценарии отдаленного будущего Вселенной. Экстраполяции производятся на временные интервалы порядка 10¹⁰⁰-10¹⁵⁰ лет. Намечена перспектива устранения призрака «тепловой смерти» Вселенной, который постоянно будоражил космологов ранее.

В космологии Фридмана модель будущего Вселенной (Метагалактики) зависела от ее средней плотности. Если эта плотность < 10^-29г/см³ — Вселенная описывается моделью бесконечного расширения, если же она больше названного предела — Вселенная будет осциллировать (пульсировать). Теоретически были выделены эры конца монотонно расширяющейся Вселенной. В чрезвычайно отдаленном будущем последовательно заканчиваются: эра звезд (т. к. исчерпываются источники их энергии); эра галактик (образующие их потухшие звезды рассеиваются в пространстве космоса); адронная эра (что связано с предполагаемым распадом протона); эра черных дыр (в силу их «испарения»); эра электрон-позитронной плазмы, компоненты которой в конечном счете аннигилируют. Это последнее состояние хаоса мало чем отличается от «тепловой смерти». Модель осциллирующей Вселенной описывала будущее Метагалактики как процесс перехода ее расширения в сжатие и возврат к сингулярности, после чего снова начиналось расширение и т. д. A.A. Фридман писал по этому поводу: «Невольно вспоминается сказание индусской мифологии о периодах жизни…». Но Я.Б. Зельдович и И.Д. Новиков показали, что продолжительность цикла осцилляции должна неуклонно сокращаться из-за роста энтропии, т. е. опять-таки приводить к «тепловой смерти». Современная наука приоткрывает, однако, новые возможности устранения из картины мира призрака «тепловой смерти» Вселенной.

Прежние представления о «тепловой смерти» сменяются в современной инфляционной космологии сценарием «самовоспроизводящейся раздувающейся Вселенной», который был предложен А.Д. Линде. Он ввел понятие вечного раздувания, описывающего эволюционный процесс, который распространяется как цепная реакция. Если Метавселенная содержит по крайней мере одну раздувающуюся область достаточно больших размеров, то эта область начинает «производить» новые раздувающиеся области. В одной области раздувание может прекратиться, но другие будут продолжать раздувание. Общий объем всех этих областей, отмечает А.Д. Линде, будет бесконечно расти. «По существу, одна раздувающаяся Вселенная извергает из себя другой раздувающийся пузырь, тот, в свою очередь, — третий, четвертый и т. д.». Этот процесс, названный А.Д. Линде «вечным раздуванием», образует «ветвящуюся структуру вселенных, похожую на фрактал. В таком сценарии Вселенная как целое (т. е. Метавселенная — В.К.) вечна. Каждая отдельная часть ее может возникнуть из сингулярности где-то в прошлом и закончить свое существование сингулярностью в будущем. Но нет конца эволюции всей Вселенной»[77]. Подчеркнем еще раз — под Вселенной понимается в данном случае Метавселенная. Мини-вселенные возникают и исчезают, но никакого единого конца этих процессов нет, как нет у них и единого начала. По сути, говоря о самовоспроизводящейся раздувающейся Вселенной, А.Д. Линде имеет в виду процесс бесконечной самоорганизации природного мира. Рождение новых минивселенных сопровождается флуктуациями всех физических параметров. Каждая из новых мини-вселенных обладает, согласно теории, своим собственным набором физических законов и условий, констант, включая размерность пространства-времени. «Вселенная в целом вечно юная, сама себя воспроизводящая из «вакуумной пены» и поэтому не стареющая», - пишет И.Д. Новиков, буквально повторяя сказанные много десятилетий назад слова К.Э. Циолковского (именно ему принадлежит выражение «вечная юность Вселенной»³).

Другой подход к рассматриваемой проблеме, но приводящий к тому же конечному выводу, был сформулирован И. Пригожиным. Смысл его выражен так: «…мы отходим от замкнутой Вселенной, в которой все задано, к новой Вселенной, открытой флуктуациям, способной рождать новое»[78]. Вселенная как термодинамически открытая неравновесная система, согласно Пригожину, подчиняется законам, асимметричным по отношению к прошлому и будущему. Это нисколько не противоречит фундаментальности принципа возрастания энтропии, его космологической экстраполируемости. Но следует отбросить «путеводный миф классической науки» — о «неограниченной предсказуемости» будущего, который разделяют и многие современные космологи. Для нелинейных диссипативных структур этот принцип оказывается неприменимым. Следовательно, открывается еще один подход к осмыслению проблемы отдаленного будущего Вселенной: к неограниченным экстраполяциям, включая и вывод о «тепловой смерти», следует относиться с осторожностью.

Мы наблюдаем во Вселенной не монотонное угасание процессов, а, напротив, повсеместное становление, возникновение новых структур и качеств. Это, как вполне резонно отмечает B.C. Степин, созвучно представлениям о мире, подобном огромному живому организму, которые свойственны философии Востока[79]. Добавим, что оно встречается также у Платона, Бруно, К.Э. Циолковского (который писал, что «все живо», т. е. способно к бесконечной самоорганизации). Космология стремится, в пределах своих концептуальных возможностей, выразить эту древнюю идею современным научным языком.

Каковы же эпистемологические основания подобных экстраполяций? Как полагают Ф. Адамс и Г. Лафлин, сценарии будущего Вселенной основаны всего на «одном дополнительном догмате нашей веры. Мы полагаем, что законы физики останутся такими же и не изменятся с течением времени, по крайней мере, до завершения временной шкалы нашей летописи. И хотя мы не располагаем абсолютной гарантией справедливости этого допущения, мы не видим веской причины сомневаться в нем»[80]. Но оказывается, что неявных гипотез, на которых основываются экстраполяции космологических сценариев будущего, больше, чем считали названные авторы. Например, то, что экстраполируются в будущее теории современной физики вполне естественно, раз Теории Всего пока нет. Но само многообразие подходов к проблеме будущего Вселенной показывает ее сложность. Находясь на пороге создания Теории Всего, можем ли мы быть уверены, что она не внесет в картину будущего Вселенной существенных изменений? Не скажутся ли на огромных временных интервалах эффекты, не заметные при экстраполяциях в прошлое? Как быть с учетом возможных синергетических ограничений? И совсем простой вопрос: что изменит в сценарии будущего включение в него ускоренного расширения Вселенной? Основным фактором при оценке сценария будущего Вселенной остается все же невозможность их эмпирической проверки, даже косвенной. У нас нет и никогда не будет фактов, позволяющих верифицировать или фальсифицировать экстраполяции, охватывающие 10¹⁵⁰ лет на основе стандартных критериев. Не являются ли тем самым подобные сценарии «метафизическими»? С моей точки зрения это не так, но важно осознавать, что обоснование этих сценариев переносится с эмпирического критерия («внешнего оправдания») на критерии «внутреннего совершенства», т. е. когерентности знания. В какой мере при обсуждении этого круга проблем необходимо будет что-то менять в идеалах и нормах доказательности знания — особый вопрос. Но следует надеяться, что космологи не потеряют вкус к эмпирическим знаниям и всегда будут использовать их для повышения обоснованности сценариев будущего Вселенной.

Космология и условия существования наблюдателя. Примечательная особенность космологии состоит в том, что, выясняя отношение ее теорий к реальности, мы познаем не только целостные физические свойства Вселенной, но и мегаскопические условия нашего существования, о чем говорил Б. Картер, рассматривая численные значения некоторых физических констант. Они связаны антропным принципом. Но Картер еще не знал, что благоприятное для появления наблюдателя сочетание констант не было «изначальным», а появилось на инфляционной стадии эволюции, которая, выходит, также является одним из условий нашего существования. Мы наблюдаем нашу Вселенную, Метагалактику не откуда-то извне, а как существа, являющиеся ее неотъемлемой частью, порожденные целым и его антропными измерениями. Свойства Метагалактики должны допускать возможность нашего существования. Не служит ли тем самым факт существования наблюдателя аргументом в пользу теории инфляции и против альтернативных теорий? Конечно, сам подход: «Вот человек, какой должна быть Вселенная?», выдвинутый Уилером, к сожалению, оказался не очень плодотворным среди внеэмпирических критериев выбора космологических сценариев, моделей и типов реальностей. Но он оказывается очень весомым при обсуждении проблемы: существовала ли природа до человека. Космология, по моему мнению, оставляет мало простора для философских спекуляций на эту тему.

И.Л. Розенталем был предложен еще один принцип, который также исходит из «взрывной неустойчивости» Вселенной к вариациям фундаментальных констант, но не включает ссылки на человека. Он был назван принципом целесообразности и, в свою очередь, используется как дополнительный внеэмпирический критерий при обосновании теоретического знания в космологии. Принцип целесообразности состоит в том, что наши основные физические закономерности, так же как и численные значения фундаментальных постоянных, являются не только достаточными, но необходимыми для существования во Вселенной основных устойчивых состояний[81]. Метагалактика с действующими в ней закономерностями и численными значениями фундаментальных констант оказывается гигантской флуктуацией во Вселенной. Об этом, в частности, свидетельствуют сравнительно малые значения массы электрона и разности масс протона и нейтрона, которые необходимы для возникновения сложноорганизованных структур. Специфика принципа целесообразности состоит, таким образом, в том, что проблема изменения значения фундаментальных постоянных связывается в нем не с фактом существования наблюдателя, а с существованием основных физических состояний, которые он наблюдает. Вот примеры применения принципа целесообразности в качестве вне-эмпирического критерия отношения теории к реальности в космологии.

Будем рассуждать, например, так. Неустойчивость структуры Метагалактики к вариациям численных значений фундаментальных констант имеет, как будто, лишь два объяснения: 1) фундаментальные константы изменяются с течением времени. Мы живем в эпоху, когда сочетание констант благоприятно для появления наблюдателя (П. Дирак); но эта гипотеза противоречит фактам; 2) тогда остается единственная возможность — допустить в соответствии с хаотическим сценарием инфляционной космологии множественность внеметагалактических объектов (других вселенных), у каждой из которых свои законы и сочетания констант. Принцип целесообразности оказывается с данной точки зрения аргументом в пользу существования этих объектов, приобретающим особый вес за неимением эмпирических свидетельств.

Таким образом, вырисовывается еще один подход к оценке космологических сценариев, в котором переплетены эмпирические и метаэмпирические знания. Для нашей Вселенной, Метагалактики характерно сочетание констант, которое обусловило появление в ней иерархии сложных структур. Это, с одной стороны, эмпирический факт: численные значения фундаментальных констант определяются из экспериментов и наблюдений. С другой — каждая из констант приобретает смысл только в контексте определенной фундаментальной теории. Вывод о взрывной неустойчивости Метагалактики к малейшим вариациям констант «нагружен» контекстом всей по сути теоретической физики, но никакой объясняющей теории на этом уровне знания еще нет. Такой теорией не является инфляционная космология. Она позволяет предположить, что наблюдаемые сочетания фундаментальных констант представляют собой флуктуацию, т. е. возникли случайно, но не объясняет, почему значения констант те, а не иные. Это, по-видимому, задача Теории Всего, которая и станет подлинно объясняющей теорией для рассматриваемого факта, погрузив его в свой контекст. Но еще не получив объяснения, факт известного из наблюдения сочетания фундаментальных констант используется космологами в качестве косвенного критерия для обоснования современных представлений о Мультиверсе (Метавселенной). Например, этот факт можно использовать как аргумент в пользу реальности сценария хаотической инфляции, а поскольку он органически включает в себя модель Мультиверса, интерпретационный уровень расширяется еще более. Тот же факт — наблюдаемое сочетание констант погружают в еще более абстрактный теоретический контекст, рассматривая как аргумент в пользу реального существования до 10¹⁰⁰ других вселенных, метагалактик. Столь косвенные доказательства теоретических выводов применяют в современной космологии довольно часто. Особенно когда затрагивается существование объектов, принципиально не наблюдаемых современными средствами. Эмпирические критерии переплетены здесь с критерием когерентности знания и другими внеэмпирическими критериями. Для сторонников одной парадигмальной ориентации такие доводы являются убедительными, для сторонников других — нет.

Как оценить динамику стремительно меняющейся ситуации в современной космологии? По этому поводу высказаны диаметрально противоположные взгляды. Особенный резонанс вызывает тот факт, что известна природа лишь примерно 4 % вещества, образующего нашу Вселенную, а природа остальных 96 % (так называемого, «темного сектора») — загадочна. (Хотя, как я пытался показать, это лишь наиболее вероятная, но не единственно возможная интерпретация ускоренного расширения Вселенной). Эпистемологическая суть этой ситуации, на мой взгляд, вполне понятна: 1) растущее, но все еще недостаточное количество эмпирических знаний, не всегда надежно установленных и в ряде случаев не обладающих, к тому же, необходимой точностью; 2) «противоречие встречи» фундаментальных теорий, что позволяет строить лишь «гибридные» модели ранней Вселенной. Некоторые исследователи оценивают ее как новую научную революцию, но слышны рассуждения и о кризисе в космологии. Думаю, что оба типа оценок правомерны, поскольку подчеркивают разные стороны развития космологии наших дней.

Наличие такого рода ситуаций в космологии, находящейся на «переднем крае познания», не должно, однако, быть поводом для «глубокого удовлетворения» антисциентистов: наука-де опять зашла в тупик. Как раз напротив! Космология совершила колоссальный скачок, охватив научным исследованием недоступные области природы. Наши понятия, средства и традиционные методы исследования зачастую плохо адаптированы к новым познавательным ситуациям, создаваемым необычными типами реальности. Но познание не останавливается. Не могу не вспомнить слова A.A. Фридмана, написанные в 1923 г.: «Пока… математический анализ складывает свое оружие перед трудностями вопроса, и астрономические исследования не дают еще достаточно надежной экспериментальной даты для экспериментального изучения нашей Вселенной. Но в этих обстоятельствах нельзя не видеть лишь затруднений временных; наши потомки, без сомнения, узнают характер Вселенной, в которой мы обречены жить…».

ЕЛ. Мамчур ЯВЛЯЕТСЯ ЛИ СОВРЕМЕННАЯ КОСМОЛОГИЯ «ИРОНИЧЕСКОЙ НАУКОЙ»?

Американский журналист, научный обозреватель журнала «Scientific American» Дж. Хорган десять лет тому назад опубликовал книгу с провоцирующим названием «Конец науки», в которой он развивал тезис, согласно которому фундаментальная наука подошла к своему концу[82]. Хорган утверждал, что ученые уже раскрыли большую часть загадок мироздания, разгадкам которых посвящает себя фундаментальная наука. На Западе книга Хоргана была встречена большей частью ученых с неодобрением. Это нашло свое отражение как в многочисленных рецензиях, так и в откровенных высказываниях на конференциях и симпозиумах. Книга была переведена в России, но особого внимания нашей научной общественности не привлекла. Совсем недавно редакция журнала “Discover” обратилась к Хоргану с просьбой прокомментировать те взгляды на науку, которые он высказал десять лет тому назад. Хорган откликнулся статьей, в которой подтвердил некоторые из высказанных им ранее аргументов, от других отказался, третьи смягчил[83].

Я не буду рассматривать здесь ни аргументы Хоргана, высказанные им в поддержку его тезиса о конце науки, ни саму проблему конца науки. Для меня его книга и статья лишь повод для того, чтобы высказать свое мнение по одному действительно важному вопросу. Я рассмотрю только один аргумент упомянутых работ, который с точки зрения их автора свидетельствует о том, что современная фундаментальная наука подходит к своим пределам. Хорган утверждает, что многие из областей фундаментального научного знания превратились в «ироническую» науку. Он не разъяснил, что он понимает под иронической наукой, но из контекста его рассуждений ясно, что речь идет о теориях, радикально отличающихся от теорий предшествующей физики своими методами и характером основополагающих принципов. В качестве типичных примеров он указывает на современную космологию и теорию суперструн.

Хотя коллективная монография, в которую пишется данная статья, посвящена современной космологии, я коснусь в ней не только космологии, но и теории суперструн. И основанием для этого служит то, что теория суперструн тесно связана с современной космологией, поскольку она претендует на то, чтобы быть теоретическим основанием ранней космологии. Основной тезис, который я буду обосновывать, состоит в том, что и теория суперструн, и современная космология в плане методологии являются обычными теориями. Их методы не отличаются от тех, которые применяются во всей предшествующей классической и неклассической физике и астрономии. Их действительное отличие состоит: 1) в формулируемой в этих теориях онтологии, которая многими воспринимается как экзотическая; и 2) в том, что эти теории пока явно недостаточно обоснованы экспериментально и наблюдательно. Тем не менее, оба этих отличия критиками рассматриваемых теорий сильно преувеличиваются: на самом деле они, во-первых, не являются чем-то новым в физическом познании, а выступают естественным продолжением тех тенденций, которые давно наметились здесь; и, во-вторых, они вовсе не недостаток самих теорий, у них есть объективные основания, лежащие в особенностях исследуемых этими теориями объектов.

Итак, суперструнная теория претендует на роль теоретического основания ранней космологии. (Еще одно ее приложение в современной космологии — это физика черных дыр). Стандартная модель физики элементарных частиц, так же как и ее теоретическая база — квантовая теория поля (КТП), справедливы только для пост-планковской эры; мир планковских масштабов величин (эпоха до 10^-43 сек. после Большого взрыва) они описать и объяснить не в состоянии. Дело в том, что два фундаментальных столпа, на которых базируется все здание современной физики — квантовая механика (КМ) и общая теория относительности (ОТО), мирно сосуществовующие и прекрасно работающие в режиме пост-планковских масштабов, в области планковских масштабов величин оказываются несовместимыми, поскольку в этом режиме они противоречат друг другу. Для разрешения конфликта необходимо построить квантовую теорию гравитации, которая разрешила бы этот конфликт и смогла бы выступить теоретической основой для реконструкции закономерностей планковского мира. На эту роль и предназначается теория суперструн (наряду с рядом других подходов — петлевым, теорией твисторов и т. д.)

Теория струн, с точки зрения ее авторов и приверженцев, обладает существенными методологическими преимуществами по сравнению со стандартной моделью физики элементарных частиц[84]. Она описывает и объясняет не только все то, что описывает и объясняет стандартная модель — три типа частиц и три негравитационных взаимодействия; она объясняет больше. Как считают ее приверженцы, она разрешает фундаментальное противоречие между КМ и ОТО, что не может сделать стандартная модель; теоретически обосновывает существование гравитации, что было невозможно ни в ньютоновской, ни в эйнштейновской теориях гравитации; дает объяснение и обоснование многим из тех явлений, которые в стандартной модели не могут быть объяснены: здесь они просто берутся из эксперимента.

Так, исходя из единого принципа, согласно которому все наблюдаемые свойства элементарных частиц — проявление различных типов колебаний струн, теория струн объясняет тот факт, что существуют именно три, а не больше и не меньше, семейства подлинно элементарных (далее неразложимых) частиц; в ней дается объяснение, почему эти частицы обладают именно теми параметрами, которыми они обладают и т. д. В отличие от стандартной модели с 19 свободными параметрами, которые могут подгоняться для обеспечения согласия теории с экспериментом, в теории струн свободных параметров нет. Важное преимущество, которое выгодно отличает эту теорию от стандартной модели, состоит также в том, что она свободна от ультрафиолетовых расходимостей.

Правда, все эти достижения покупаются достаточно высокой ценой. Приходится вводить большое количество новых физических понятий, таких как суперсимметрия, дополнительные размерности пространства (в последнем варианте теории их 10, в то время как обычное пространство-время имеет только 4 измерения), бесконечное число полей с произвольными массами и спинами и т. д. До сих пор ни одна из этих сущностей не была обнаружена в эксперименте. Все это говорит о том, что теория суперструн представляет собой интересную гипотезу, но отнюдь не хорошо обоснованную теорию.

Существующие уровни энергии, которыми оперируют в физике элементарных частиц, недостаточны для того, чтобы получить данные для проверки любого из выдвинутых подходов к квантовой теории гравитации, в том числе и теории струн. В сентябре 2008 г. в ЦЕРН’е запущен новый кольцевой ускоритель — Большой адронный коллайдер (БАК). Есть надежды, что полученная на нем энергия частиц — она будет находиться в тетрадиапазоне (диапазон энергий, когда сталкиваются две частицы с суммарной энергией 1 тетраэлектронвольт — 10¹² эв.), будет достаточна для того, чтобы подтвердить или опровергнуть многие из предположений, выдвинутых в физике элементарных частиц.

Однако многие специалисты считают, что полученной энергии не «хватит» для экспериментальной проверки теории суперструн: она слишком далека от требуемой. Нужны планковские уровни энергии (10²⁸ эв). В связи с этим физики ищут косвенные подтверждения. Например, через подтверждение суперсимметрии — существование которой следует из теории суперструн. Если бы удалось обнаружить частицы-суперпартнеры, которые предполагаются концепцией суперсимметрии, это было бы важным доказательством того, что теория суперструн находится на верном пути. Большие надежды в этом плане возлагают также на те данные, которые получают в современной космологии, изучающей процессы и условия, существовавшие в момент Большого взрыва. Процессы, происходившие в то время, являются природной лабораторией, в которой можно получать подтверждения (или опровержения) теории струн. «Не обладая ускорителями, способными разгонять частицы до энергий порядка планковской, мы будем вынуждены постоянно опираться на данные экспериментов «космологического ускорителя» Большого взрыва — на то, что разбросано этим взрывом по всей Вселенной», — пишет уже цитировавшийся специалист в области теории суперструн Брайан Грин.

Таким образом, пока авторы и приверженцы теории суперструн рассчитывают только на косвенные подтверждения. У этой теории нет прямого экспериментального гида, как это было при создании и КМ, и стандартной модели физики элементарных частиц. (У квантовой механики, например, в качестве такого гида выступали данные спектрального анализа, с объяснением которых классическая электродинамика не справлялась. Квантовая теория блестяще объяснила характер спектров, что явилось одним из ее подтверждений). Но это не столько недостаток самой теории суперструн, сколько результат того, что наука «забралась» слишком далеко, и «копает» слишком глубоко.

Но в целом ситуация с теорией суперструн и ее конкуренцией с другими подходами мало чем отличается от обычной научной практики. Такие ситуации — вполне типичны для научного познания и его истории. В ней работают те же методологические принципы, что и в предшествующей физике, такие, например, как принцип соответствия, эстетический критерий. Так, как утверждают авторы теории, при изучении низкоэнергетических процессов или на достаточно больших расстояниях струну можно рассматривать как точечную частицу в формализме КТП. Но это и есть принцип соответствия, согласно которому новая теория при определенных значениях характеристических параметров (в данном случае — величины энергии и расстояний) переходит в старую теорию. Эстетический критерий, часто играющий роль внеэмпирического критерия отбора теорий в классической и неклассической физике, в теории суперструн выполняет функцию одного из главных критериев. Это объясняется тем, что эмпирический критерий в этой области знания пока не работает, и приходится уповать на методологические соображения.

Так же как и во всей предшествующей физике, теория суперструн строится как гипотетико-дедуктивная модель теоретического знания. Выдвигаются гипотезы, формулируются математические уравнения, отражающие закономерности поведения идеальных объектов теории, из них получают следствия, которые затем сопоставляются с данными экспериментов. Те идеальные объекты теории, которые предполагаются существующими в действительности, представляют собой онтологию теории. Выше уже говорилось, что многим физикам онтология теории суперструн представляется экзотической. Известно, что эта теория исходит из того, что самые элементарные компоненты Вселенной не точечные, а протяженные объекты. Они представляют собой крошечные одномерные волокна, подобные бесконечно тонким непрерывно вибрирующим резиновым лентам. Эти волокна-струны выступают ультрамикроскопическими компонентами, из которых состоят частицы, образующие атомы. Их размер сопоставим с планковской длиной (10^-33 см). Согласно теории струн все вещество Вселенной и все взаимодействия обязаны одной величине — колеблющейся струне.

Предположение о протяженном характере элементарных объектов физики, на первый взгляд, выглядит довольно странно и представляется произвольным. Многие исследователи считают, что оно пришло в физику ниоткуда, что дало основание известному физику-теоретику Карло Ровелли охарактеризовать эту гипотезу как «дикую».

Также странно и непривычно звучит предположение о дополнительных размерностях пространства: все измерения пространства, помимо тех четырех, которые присущи окружающему нас миру, объявляются свернутыми. Но разве не казалась нам странной онтология квантовой теории в период ее формирования? Разве не кажется она странной и сейчас? Корпускулярно-волновой дуализм, предполагающий, что объекты микромира обладают одновременно и волновыми, и корпускулярными свойствами (частица — это точечный объект, а волна — нечто бесконечно размазанное в пространстве); явление суперпозиции состояний (квантовый объект может находиться сразу во всех возможных состояниях); индетерминизм и вероятностное поведение микрообъектов — все это настолько не укладывалось в привычную классическую картину мира, что даже творцам новой теории при осознании сути открываемых ими законов нередко казалось, «будто почва уходит из-под ног»[85]. Тем не менее, квантовую теорию мы уже как-то «переварили». Мы привыкли и к ней, и к ее «странностям». Но так ли позитивно и толерантно относились к ней ее современники, свидетели ее становления и той «драмы идей», которые его сопровождали? То, что это чисто риторический вопрос, хорошо знают историки науки.

Кстати, опыт неклассического физического познания является большим психологическим подспорьем для ученых, разрабатывающих современные теории физики: ободренные успехом «странной» онтологии квантовой механики и не менее непривычной онтологии ОТО, они продолжают смело действовать в том же духе. Физик-теоретик Р. Пенроуз пишет так: «Достижения физики XX века — квантовой механики, теории относительности — показали, до какой степени могут вводить в заблуждение непосредственные интуитивные соображения, а также то, что «реальность» может коренным образом отличаться от тех картин, которые были созданы физикой предшествующих поколений»[86]. Так что «экзотичность» онтологии теории струн — проявление той тенденции, начало которой связано с появлением неклассической физики, и никакой особой новой экзотичности в характере онтологии теории струн нет.

Обратимся к современной космологии, которая, по Хоргану, также является «иронической» наукой. Я не специалист в области космологии. Но я читаю курс лекций по «Концепциям современного естествознания», в ходе которых мне неизбежно приходится излагать студентам сущность современных космологических воззрений. Так что разбираться в них мне приходится. В этой связи рискну заметить, что, как представляется мне, вопреки Хоргану, современная космология в гораздо меньшей степени, чем теория суперструн, может быть охарактеризована как «ироническая» наука. В этой области знания ситуация значительно более благоприятная: здесь почти каждая новая гипотеза оказывается основанной на результатах астрономических наблюдений. Исключение составляет только одна небольшая часть — квантовая космология, цель которой — теоретически реконструировать мир величин планковского масштаба, где проявляет себя несовместимость ОТО и КМ. Грин пишет об этом так: «Несовместимость общей теории относительности и квантовой механики проявляется только в очень глубоко запрятанном королевстве Вселенной». На теоретическую реконструкцию этого мира, как мы уже писали, претендует теория суперструн (и несколько других подходов). Что касается пост-планковского мира, он описывается неплохо обоснованными экспериментально стандартной моделью физики элементарных частиц и ее теоретическим основанием — КТП (квантовой теорией поля).

Теория струн позволяет усовершенствовать стандартную космологическую модель. Так, например, она помогает устранить понятие исходной сингулярности, которое существовало в стандартной космологической модели и было явно неудовлетворительным с методологической точки зрения. Суть проблемы была в том, что, согласно стандартной модели, в момент Большого взрыва (в нулевой момент времени) размер Вселенной становится равным нулю, а температура и плотность обращаются в бесконечность. Такой вывод бросает тень на всю теорию и сеет сомнение в ее способности объяснить Большой взрыв. Что касается теории струн, то из нее следует, что Вселенная должна иметь не нулевой, а минимально допустимый размер.

По отношению к остальной космологии (речь идет о стандартной, т. е. фридмановской космологической модели и об инфляционной модели) можно сказать, что ее методы, как плохие, так и хорошие, не отличаются от тех, которые использовались во всей предшествующей физике. И все «плохие» методы, которые могли бы дать основание считать космологию «иронической» наукой, можно обнаружить в истории физики и астрофизики.

Так, верно (и здесь Хорган прав), что в космологии оперируют гипотезами ad hoc. В отличие от «нормальных» гипотез эти последние не могут быть проверены независимо. Фактически весь новый этап в развитии космологии, а, именно, создание инфляционной модели был сформулирован для «данного случая», в частности, для того, чтобы разрешить некоторые парадоксы стандартной космологической модели.

Один из них — так называемый парадокс горизонта. Как известно, суть его в следующем. В настоящее время в нашей Вселенной любые две области, как бы далеко они не находились друг от друга, имеют одинаковую температуру реликтового излучения. В рамках стандартной космологической модели это явление объясняли тем, что в ранней истории Вселенной эти области были очень близки друг к другу, так что они могли обмениваться тепловой энергией и приобрести одинаковую температуру. Однако это, казалось бы естественное, объяснение сталкивается с большими трудностями и оказывается несостоятельным. Дело в том, что любое взаимодействие передается не мгновенно, а с конечной скоростью, не большей, чем скорость света. Для передачи взаимодействия требуется время. И этого времени должно быть достаточно, чтобы взаимодействие осуществилось. Расстояние между взаимодействующими областями должно быть меньше того расстояния, которое пройдет свет с момента Большого взрыва. Так, области, отстоящие друг от друга на расстоянии 300000 км, могли провзаимодействовать, только если с момента Большого взрыва прошло чуть больше одной секунды.

Стандартная модель «отпускала» на взаимодействия слишком мало времени: в ней Вселенная расширялась недостаточно быстро для того, чтобы некогда близкие области, которые сейчас находятся на колоссальных расстояниях, могли провзаимодействовать так, чтобы их температура выровнялась. Чтобы сделать объяснение возможным, пришлось ввести инфляционную стадию, когда в течение очень короткого промежутка времени (10^-36 — 10^-34 сек) Вселенная расширилась 10³⁰, а не в сотню раз, как это следовало из стандартной модели.

Другим примером гипотезы ad hoc в современной космологии является предположение о существовании Мультиверса. Согласно этой гипотезе помимо нашей Вселенной существует множество других. Это предположение было выдвинуто, в частности, для того, чтобы сохранить возможность рационального объяснения так называемого антропного принципа. Суть антропного принципа — в необычайно тонкой «подогнанности» параметров фундаментальных частиц и взаимодействий к тем значениям, которые обеспечивают саму возможность возникновения и существования в ней человека. Если бы эти параметры были хотя бы чуть-чуть другими — в нашей Вселенной не смогла бы зародиться жизнь, возникнуть и существовать человек.

Например, достаточно было бы небольших изменений в соотношении сильного и электромагнитного взаимодействий, чтобы во Вселенной не смогли существовать стабильные ядра большого числа элементов периодической системы Менделеева. Электромагнитное взаимодействие заставляет находящиеся в ядре протоны взаимно отталкиваться. И если бы сильное взаимодействие было бы недостаточно «сильным», протоны не удержались бы вместе в ядре, и ядра распались. Это привело бы к тому, что в нашей Вселенной не могло бы возникнуть вещество, звезды, галактики, и таким образом не появилось бы условий для возникновения органической материи, жизни и, наконец, человека.

Точно также, если бы силы гравитации были бы меньшими, чем они есть на самом деле, вещество не смогло бы собраться в звезды, галактики, а, значит, опять-таки, не могла бы возникнуть жизнь. Для многих философов наиболее приемлемым объяснением антропного принципа является аргумент от теологии или от некоего «космического разума». Напрашивается вывод, что наша Вселенная была задумана и создана такой, чтобы в ней мог появиться человек. Но рационалистически мыслящих ученых такое объяснение не устраивает. Они ищут возможность объяснить антропный принцип, оставаясь на почве рациональности. Для многих из них единственный способ сделать это — предположить, что помимо нашей Вселенной существует множество других (идея Мультиверса). Согласно этой точке зрения упомянутая «подогнанность» параметров частиц и взаимодействий, о которых идет речь в антропном принципе, является случайностью; она характерна только для нашей Вселенной. В других вселенных параметры частиц и взаимодействий могут быть совершенно иными, никакой «подобранности» постоянных величин нет, и никакой антропный принцип там просто не может быть сформулирован[87].

Альтернативную попытку сохранить научный характер объяснения предпринял известный физик и космолог Смолин Ли (кстати один из авторов петлевого подхода к квантовой гравитации). Он отказался от идеи объяснить существующие параметры частиц и взаимодействий, обращаясь к антропному принципу, но также прибег к идее мультиверса. Он выдвинул предположение, что в Космосе действует нечто аналогичное дарвиновской эволюции. Существует космический вариант «генетических мутаций», действует «отбор». Источником новых вселенных являются черные дыры, возникающие в той или иной вселенной. Благодаря «мутациям» каждая новая вселенная может иметь параметры частиц и взаимодействий, несколько отличающихся от тех, которыми обладала первоначальная вселенная, породившая новую. Благодаря «отбору», «выживают» те вновь образующиеся вселенные, которые наилучшим образом приспособлены для производства черных дыр. Таким образом, это объяснение подразумевает, что у космической эволюции есть «цель», суть которой — максимальное размножение вселенных.

В рамках этого объяснения наша Вселенная — типичный образец одной из зрелых вселенных Мультиверса. И параметры существующих в ней частиц и взаимодействий являются такими, что могут способствовать наиболее эффективному производству черных дыр. Малейшее отступление от этих параметров неизбежно уменьшило бы ее способность образовывать черные дыры, а, следовательно, и новые вселенные[88].

Ученые очень осторожно и настороженно относятся к гипотезе Смолина. Она действительно производит странное впечатление. Излагая ее, я поневоле понаставила кавычек, взяв, в частности, в кавычки такие термины как «генетические мутации вселенных», «отбор», «цель» космической эволюции. Это должно подчеркнуть метафоричность применения идей дарвиновской эволюции к миру Мультиверса.

Так что идея Мультиверса может квалифицироваться, да и квалифицируется многими астрономами, как гипотеза ad hoc. Самым удручающим при этом является убежденность большинства космологов в том, что эта гипотеза никогда и не сможет быть проверена независимо. Предполагается, что вселенные Мультиверса не связаны причинно с нашей, так что мы никогда не сможем вступить с ними в контакт.

Конечно, оперирование гипотезами ad hoc — это очень плохой метод. Тем не менее, иногда в науке к нему прибегают. И, опять-таки, иногда этот метод оказывается плодотворным. Во всяком случае, если выдвинутая гипотеза связана с надеждами на дальнейшее продвижение вперед, ученые рискнут ее принять и будут ждать до тех пор, пока прямым или косвенным образом удастся подтвердить или опровергнуть выдвинутое предположение.

Подобные случаи имели место в истории науки. Типичным примером является гипотеза нейтрино. Она была сформулирована для того, чтобы спасти здание физики, которое рушилось прямо на глазах. Речь идет о явлении β-распада нейтрона. Он распадается на электрон и протон. Эти частицы фиксировались экспериментально, и все было как будто бы в порядке. За исключением одного — энергия (равно как импульс и момент количества движения) нейтрона до распада были больше, чем суммарная энергия продуктов распада — электрона и протона, что противоречило соответствующим законам сохранения. Куда-то исчезала часть энергии (а также импульса и момента количества движения). Можно было, конечно, пожертвовать некоторыми законами сохранения, в частности, законом сохранения энергии. Но это было настолько нежелательно, что большинство ученых отвергло этот путь. Чтобы спасти положение, не пожертвовав законами сохранения, В. Паули выдвинул гипотезу, согласно которой энергия уносится неизвестной ранее частицей, которая впоследствии получила название «нейтрино». Поскольку в эксперименте нейтрино не фиксировалось, предположили, что эта частица не взаимодействует с веществом.

На протяжении многих лет нейтрино существовало только на бумаге и в головах физиков. Но, в конце концов, оно было открыто. Поначалу предположение о существовании нейтрино казалось типичной гипотезой ad hoc, да оно и было таковой. Но оно сыграло огромную роль в развитии физики элементарных частиц.

Примеров таких гипотез в истории физики много. Это и знаменитая гипотеза Планка о дискретном характере излучения, приведшая, в конце концов, к созданию квантовой механики, и Λ-член, введенный Эйнштейном в уравнения общей теории относительности для того, чтобы спасти идею стационарности Вселенной. Физиками введение A-параметра воспринималось как гипотеза ad hoc. Да и сам Эйнштейн говорил об этой гипотезе как о своей самой большой ошибке. Но неожиданно она нашла свое вполне рациональное истолкование в современной космологии[89]. В настоящее время делаются попытки ассоциировать ее с силой антитяготения, ответственной за ускоренное расширение Вселенной[90].

Еще одна особенность современной космологии, которая может быть квалифицирована как признак «иронической», «плохой» науки — это ее преимущественно ретросказательный характер. (Кстати, эта особенность присуща и теории суперструн). Почти все объяснения, которые делаются на основе современной космологической теории, имеют дело с уже открытыми фактами, будь то данные астрономических наблюдений или обнаружившиеся теоретические трудности. Конечно, такие ретроспективные объяснения — также большой успех теории, но гораздо более предпочтительным было бы, если бы теория предсказывала новые, до сих пор неизвестные эффекты, и эти предсказания подтверждались бы данными наблюдений. Это говорило бы о том, что в данной теории удалось «ухватить» некую достоверную информацию о самой природе.

Но современная космология почти не делает предсказаний. В самом деле, гипотеза о существовании темной материи была призвана объяснить уже известное из эксперимента несовпадение величины отношения массы большого числа галактик к их светимости с данными астрономических наблюдений. Это несовпадение было открыто экспериментально и, космологическая модель не имела к этому никакого отношения, она с помощью гипотезы о темной материи «справилась» с этим экспериментальным наблюдением «задним числом».

Аналогично обстояло дело и с фактом, послужившим другим основанием для предположения о темной материи. Речь идет о том, что без допущения о ее существовании невозможно было объяснить, почему галактики в скоплениях галактик не разбегаются под давлением раскаленного межзвездного газа. Расчеты показывали, что величина взаимного тяготения, создаваемого только массами галактик, оказывалась недостаточной для их удержания, и для объяснения явления требуется дополнительная масса, роль которой и сыграла темная материя.

Да и предположение о существовании инфляционной фазы в расширении Вселенной — также носит характер по-слесказания: нужно было, как отмечалось выше, справиться с некоторыми трудностями космологической модели, в частности с парадоксом горизонта. Явление равенства температур реликтового излучения для очень удаленных друг от друга областей Вселенной также было открыто экспериментально, и современная космологическая теория объяснила его ретроспективно, введя предположение о существовании инфляционной фазы.

Одно из немногих действительных иносказаний современной космологии было сделано С. Хокингом. Суть его — в утверждении о возможном свечении черных дыр. Хокинг выдвинул предположение, что черные дыры не являются такими уж черными и могут светиться. Суть явления в следующем. Рядом с горизонтом событий черной дыры происходит постоянное взаимодействие виртуальных частиц, на мгновение появляющихся из вакуума и аннигилирующих друг с другом. Гравитационная сила черной дыры может засасывать одну из частиц такой пары. Тогда вторая частица, потеряв партнера, не сможет аннигилировать. Напротив, она получает энергию от гравитационного поля черной дыры и выталкивается из нее. Наблюдающий за этим процессом (разумеется, с безопасного расстояния от черной дыры) будет воспринимать его как исходящее из черной дыры излучение. Такое излучение для типичной черной дыры очень слабо. Экспериментально обнаруживаемым оно оказывается только для черных дыр очень малой массы. К сожалению, пока это предсказание Хокинга не нашло своего экспериментального подтверждения. Как шутит он сам, это плохо, потому что если бы оно подтвердилось, он бы сразу получил Нобелевскую премию¹.

Когда-то известный методолог и философ науки Имре Лакатош охарактеризовал теории, которые лишь ретроспективно ассимилируют уже открытые явления, как находящиеся в дегенеративной стадии. Он утверждал, что если есть возможность выбора между теориями, которые активно предсказывают новые, ранее неизвестные факты, и эти предсказания хотя бы изредка подтверждаются (и таким образом находятся в прогрессивной стадии своего развития), и дегенерирующими теориями, ученые должны предпочитать и на самом деле предпочитают первые.

Тем не менее, ретроспективные объяснения существовали и в предшествующем познании. Можно вспомнить в связи с этим об объяснении на основе ОТО явления аномальной прецессии перигелия, открытого в XIX в. Леверье. Суть его в том, что реальная орбита, по которой эта планета вращается вокруг Солнца, не совпадает с той, по которой Меркурий должен был бы вращаться согласно ньютоновскому закону всемирного тяготения. Предлагались самые разные объяснения этого явления — от гравитационного воздействия на Меркурий неизвестной планеты до воздействия межзвездной пыли или сплюснутости Солнца. Но ни одно из них не было признано научным сообществом в качестве верного. Правильное объяснение удалось найти Эйнштейну после того, как он рассчитал орбиту, используя уравнения ОТО. Совпадение с реальной орбитой было прекрасным. Этот успех был одной из главных причин, почему Эйнштейн поверил в свою теорию. «Но большинство других исследователей ожидало предсказания новых явлений, а не объяснения уже известных аномалий», — пишет Грин, ссылаясь на книгу Пайса, подробно описавшего это событие в творческой деятельности Эйнштейна. Тем не менее, несмотря на некоторую неудовлетворенность многих физиков, никто не характеризовал на этом основании ОТО как ироническую науку, и объяснение аномальной прецессии перигелия Меркурия считается одним из важнейших данных, подтверждающих ОТО.

Так что то, что Хорган называет «иронической» наукой, явление не новое, оно неоднократно имело место в истории научного познания, ничуть не помешав ему двигаться вперед. Особенности современной космологии, которые отмечает Хорган, никак не свидетельствуют о приближении науки к ее пределам.

Между тем, как утверждают два известных американских космолога Л. Кросс и Р. Шеррер, современная космология обладает такой особенностью, которая действительно может привести к ее концу, правда в очень отдаленном будущем. К сожалению, Хорган упустил эту сторону дела. Речь идет о специфике самого исследуемого объекта космологии — расширяющейся Вселенной. Ускоренный характер расширения приводит к тому, что с течением времени исчезают наблюдательные данные, свидетельствующие в пользу теории Большого взрыва. Так что астрономы далекого будущего (если, конечно, они еще сохранятся) будут создавать уже совсем другую науку[91]. Остановимся на этом чуть подробнее.

Авторы статьи имеют в виду такие данные, как 1) раз-бегание галактик, 2) реликтовое изучение и 3) химический состав межзвездного газа. Что произойдет с этими данными в далеком будущем? С течением времени далекие галактики уйдут за горизонт событий, в то время как близкие нам галактики (туманность Андромеды и ряд других галактик) благодаря взаимному тяготению сольются с Млечным путем и образуют гигантское скопление звезд. Астрономы будущего будут ощущать себя живущими в островной вселенной, погруженной в пустое пространство (в результате ускоренного расширения вещество будет все больше рассеиваться, а пространство все больше пустеть), как это считалось во времена Ньютона. (Эти воззрения просуществовали до 1908 г.). Реликтовое излучение рассеется, и его невозможно будет зарегистрировать. Такие же метаморфозы произойдут и с ключевым аргументом в пользу справедливости теории Большого взрыва — химическим составом материи Вселенной. Известно, что эта материя почти полностью состоит из водорода и гелия, которые образовались в эпоху первичного нуклеосинтеза (первые три минуты после Большого взрыва, когда температура Вселенной была от 10 до 1 млрд. градусов). Эта ситуация почти не изменилась за все то время, которое прошло после Большого взрыва (14 млрд. лет) Химический состав меняется в результате «деятельности» звезд в сторону увеличения процентного содержания гелия и уменьшения доли водорода: в совершающихся в звездах термоядерных реакциях водород сгорает, превращаясь в гелий. Астрономы далекого будущего, не имея никаких сведений о Большом взрыве и процессах нуклеосинтеза, естественно будут считать, что избыток гелия — это результат только тех процессов, которые совершаются в звездах.

Так что, если космологи будущего не будут знать о работах современных нам космологов, они не будут иметь почти никаких данных наблюдений, которые позволили бы им считать, что их островная вселенная когда-то возникла и расширялась. Собственно, и космологии не будет; на смену ей придет астрономия.

Как утверждают авторы цитируемой статьи, все это произойдет через 100 млрд. лет. Срок настолько огромный, что у многих космологов статья вызывает только улыбку. Авторы и сами понимают, что указываемый ими срок является просто фантастическим. За это время не только человечество может исчезнуть, может исчезнуть и сама Земля, и Солнечная система. Но дело ведь не в сроках, а в принципе. Речь идет о том, что существуют объективные основания для исчезновения космологии как науки. Авторы статьи прогнозируют не на пустом месте. Описываемая ими тенденция существует уже в настоящее время, и их прогноз вполне может реализоваться, если только не вмешаются какие-либо побочные обстоятельства. Вселенная уже сейчас, благодаря ускоренному расширению, как говорят авторы, «стирает следы своего прошлого».

Возвращаясь к основной проблеме нашей статьи и подводя некоторые итоги сказанному, можно утверждать: никаких серьезных оснований так уж иронизировать над современной космологией не существует. Мы просто попали в самую гущу событий. Идет процесс построения современного космологического знания. Выдвигаются модели, сталкиваются мнения и гипотезы; необходимо набраться терпения и ждать. Возможно, ждать придется долго. Но другого пути постичь наш Космос рационально у нас просто нет. Да к тому же, разве это не прекрасно быть свидетелями той «драмы идей», которая разворачивается на наших глазах, и невольными участниками которой мы оказываемся (пусть даже только читая работы космологов и в меру своих сил осмысливая их)? Вспомним слова поэта: «Блажен, кто посетил сей мир в его минуты роковые. Его призвали всеблагие как собеседника на пир»!