Современная космология: философские горизонты

В.Д. Эрекаев

В современной фундаментальной теоретической физике исследования проводятся по нескольким возможным путям. Во-первых, теоретик «плотно» работает с формализмом: он анализирует математические выражения, решает уравнения, ищет связи между их составляющими и т. д. Во-вторых, теоретик не должен забывать об эмпирических данных и их анализировать, пытаясь обнаружить закономерности и эмпирические законы, а также связь с самыми абстрактными теоретическими конструкциями. В-третьих, в своих исследованиях физик должен почаще обращаться к основаниям физики, в том числе к философским (метафизическим), поскольку «Наука без философии слепа…». Как бы на практике кто к философии не относился, но она действительно является «лесами» научного познания, «острием копья», или «невидимой рукой» помощи, протягивающейся к теоретику «из тумана» фундаментальных физических проблем[177]. Естественно, что для решения проблем современной фундаментальной физики требуются философы физики и философствующие физики, способные в итоге объединить в своем творческом методе все три пути.

В данной работе предпринимается попытка рассмотреть проблематику, несомненно, качественно своеобразного уровня (физической) реальности — квантовой Вселенной — с точки зрения концептуальных, философских оснований.

Онтология[178] прошла длительный исторический путь своего содержательного формирования. В классической философии наряду с гносеологией, методологией, логикой, этикой и др. она являлась базовым компонентом различных философских систем. Сам термин «онтология» был введен в XVII в. в качестве эквивалента понятию «метафизика», и во всей классической философии онтология, как правило, содержательно совпадает с метафизикой. В эволюции классической онтологии могут быть выделены два направления. С одной стороны, онтология понимается как метафизика и разворачивается в рамках трансцендентального: стоящее за внешними проявлениями мира внечувственное Бытие элеатов; платоновская концепция эйдосов (мир идей) как идеальных сущностей — образцов земных объектов; трактовка бытия как этапа развития Абсолютной идеи у Гегеля и др.

С другой стороны, параллельно этой интерпретации онтологии развивается ее трактовка как философии природы, возвращающая термину его изначальное смысловое значение и ориентированная на получение позитивных знаний о природе, исходя из нее самой: наивный реализм раннеантичных космогоний; натурализм философии Возрождения; ориентированная на тесное взаимодействие с естествознанием философия природы Нового времени и т. п.[179].

В современной (неклассической) философии под онтологией нередко понимают интерпретации различных способов бытия. При этом, сохраняя свое значение учения о бытии, понятие онтологии стало достаточно плюралистическим в отношении конкретного наполнения его содержания. Например, значительное внимание уделялось связи бытия с сознанием и языком[180].

В физической проекции онтологию можно (хотя и не совсем полно) понимать как учение о наполненности бытия определенной субстанциональностью и объектностью, а также о способах и формах бытия соответствующих объектов физического мира самой различной природы. Так, например, в квантовой физике, которая является одним из основополагающих элементов квантовой космологии, широко используются такие понятия, как квантовые онтологии и квантовая реальность. Поскольку квантовая теория описывает принципиально новую область физической реальности, постольку постоянно предпринимаются попытки более адекватного описания этого радикально нового уровня бытия.

Физически содержательно квантовую онтологию можно, например, раскрыть через приведенные ниже фундаментальные характеристики квантовой реальности, которые специфику квантового мира и его особенности, выражают специфические способы бытия квантовых объектов:

1) квантованность физических величин (действия, величина спина, энергии, пространственное квантование, заряды и т. д.); 2) принципиально вероятностный характер физических событий и предсказаний; 3) индетерминизм, 4) корпускулярно-волновой дуализм; 5) существование радикально нового фундаментального физического объекта — волновой функции[181]; 6) бестраекторность движения квантовых частиц; 7) дополнительность некоторых фундаментальных свойств; 8) взаимозависимая неопределенность некоторых пар физических величин; 9) «Ссылки на лежащую в основании реальность исключены». «Мы не в состоянии описать, что происходит в промежутке между этим наблюдением и последующим» (В. Гейзенберг) (одна из интерпретаций КМ); 10) спонтанный характер квантовых процессов (распад ядра и др.); 11) наличие специфических квантовых корреляций; 12) квантовая несепарабельность; 13) квантовая нелокальность; 14) многомировая структура реальности (одна из интерпретаций); 15) пропенситивность (предрасположенность) квантовых событий (Поппер К.); 16) холистическая природа микромира (одна из интерпретаций)и др.

Можно также привести список особенностей, характеризующих релятивистские онтологии. Для построения онтологии квантовой Вселенной необходимо совместить специфику квантовой и релятивистской онтологий. Именно в этом и состоит концептуальная трудность построения теории квантовой гравитации, которая в объектной репрезентации соответствует квантовой космологии. С другой стороны, имеются серьезные сомнения в том, что сегодня уже существуют соответствующие фундаментальные идеи, необходимые для описания этого уровня реальности. Вопрос в том, насколько далеко могут быть экстраполированы имеющиеся в современной науке представления.

Вселенная — особый объект и предмет исследований. Если с пониманием предметной стороны космологических исследований можно констатировать относительно большую ясность, то понимание Вселенной как объекта научных исследований более проблематично. Следует различать метафизический и физический аспекты понятия Вселенной¹. На наш взгляд, по крайней мере, замкнутые космологические модели вполне естественным образом наделяют Вселенную статусом объектности. Для рассмотрения Вселенной как объекта в других моделях необходимо существенно углублять понятие физической объектности. Современные космологические теории позволяют рассматривать Вселенную как объект в следующем плане. Например, в инфлядионном сценарии наша Вселенная предстает в качестве всего лишь одной из многочисленных минивселенных. Еще одна возможность существует при рассмотрении Вселенной на планковском масштабе. Фундаментальные объекты современных теорий гравитации, такие как струны и браны, претендуют на подобный статус репрезентации всей Вселенной. И действительно, в современных моделях квантовой космологии эти объекты, прежде всего, на планковском уровне² должны полностью определять все свойства Вселенной[182].

Рассуждения о том, что из себя представляет Вселенная, всегда ограничены. Тем не менее, определенные гипотезы и выводы выдвигать все же удается[183]. Так, в рамках рассматриваемой проблематики уже простейшие соображения показывают, что физическая Вселенная, по крайней мере, на определенном этапе своей эволюции должна была находиться в состоянии, которое можно назвать квантовой Вселенной. Согласно модели Большого взрыва Вселенная прошла длительную эволюцию от сингулярности (от планковских размеров при учете квантовой теории) до современных и в настоящее время продолжает расширяться[184]. В рамках этой стандартной модели ранней Вселенной при своем расширении она имела различные размеры. Через ничтожные доли секунды после Большого взрыва Вселенная имела, например, размер порядка размера атома² (10^-8 см)[185].

Предметом стандартной квантовой механики являются в основном объекты атомного и субатомного уровня, в том числе элементарные частицы[186]. Уровень физической реальности, соответствующий этим объектам, называется микромиром, и его то и описывает квантовая механика[187]. Но это должно тогда означать, что Вселенная, эволюционировавшая от планковского масштаба до размеров атома, имела в этот период размеры, соответствующие объектам микромира⁶. А это, в свою очередь, означает, что она являлась квантовым объектом в стандартном понимании квантовой механики.

Назовем период существования Вселенной, в течение которого ее размеры изменялись от планковского до атомного, эпохой квантовой Вселенной или эпохой квантовой космологии. Поскольку мы начали обсуждение на уровне «простейших соображений», то и в этом случае выделение квантовой Вселенной в качестве определенного приближения является вполне допустимым. Такое подробное обсуждение в общем-то известных вещей нам было необходимо для того, чтобы показать важнейший для дальнейшего обсуждения момент: по крайней мере на определенном этапе своей эволюции Вселенная была квантовым объектом¹. Но тогда квантовая Вселенная как квантовый объект (квантовая система) должна обладать квантовой онтологией, описанной в разделе 1. Можно ли сказать, что наша Вселенная как целое действительно обладает всеми этими квантовыми особенностями бытия?

Но это не единственный вариант понимания квантовой Вселенной. Согласно квантовой механике можно написать волновую функцию как для макроскопической экспериментальной установки с «котом Шредингера», так и для всей Вселенной. Получается, что не только микроскопический, но и макроскопический и даже мегаскопический космологический уровень тоже являются квантовыми. С точки же зрения эвереттовского подхода квантовое описание является единственным и истинным, а все остальные — приближения, проекции, которые наше сознание воспринимает как классические миры[188]. С этой точки зрения Вселенная всегда была и остается квантовой. Но каков тогда смысл квантованности всего и вся во Вселенной? Являются ли, например, стол и Галактика квантовыми объек-тами? В частности, обладают ли они свойством корпускулярно-волнового дуализма? Движутся ли они бестраекторно и т. д.? Очевидно, что нет. И здесь в концептуальном плане не помогает точка зрения о том, что эти уровни — всего лишь приближения. В любом исследовании всегда очень важно не пропустить новый уровень эмерджентности — появления нового качества. Макро- и мегауровни физической реальности являются новыми качествами реальности, они обладают принципиально новыми фундаментальными свойствами, и описывать, например, жизнь социума с точки зрения КТП достаточно бессмысленно, если вообще возможно (практически). Хотя, сам социум состоит из элементарных квантовых объектов и именно их взаимодействия, в конечном счете, его и определяют. Возможно, одно из активно развиваемых направлений квантовой механики — теория декогеренции — сможет разрешить проблему появления макроскопических свойств и самих макрообъектов.

И еще один вопрос, выяснение ответа на который может помочь пониманию того, что такое квантовая Вселенная: стремление понять природу квантовой Вселенной ведет к необходимости уточнить и углубить понимание того, что является квантовой теорией. Некоторым этот вопрос кажется почти метафизическим. Для работающих физиков такой вопрос представляется несерьезным. Они настолько привыкли работать в рамках квантовой теории, настолько она хорошо описывает широчайший спектр физических явлений, что с точки зрения эффективности и прагматики попытки выяснять еще какой-то смысл квантованности считаются наивными. Однако философия науки нередко находит материал для исследований именно в таких «безнадежных» вопросах. И действительно, что же такое квантовая механика? Можно ли ее однозначно определить как теорию операторного анализа в гильбертовом пространстве? Или критерием для квантовой теории может служить наличие хороших правил квантования? Или, наконец, может быть квантовой можно называть именно ту теорию, в которой присутствует постоянная Планка, а физические величины квантованы? Или только все это вместе[189]? Естественно, что все эти неясности и нюансы только усложняют создание и понимание квантовой космологии. Для нашего дальнейшего анализа мы будем использовать понимание квантовой теории, в которой определяющую роль играет постоянная Планка и квантованность физических величин.

Таким образом, по крайней мере, на некоторых этапах своей эволюции Вселенная как целое обладала квантовыми свойствами. С методологической точки зрения простой перенос любых существующих представлений на космологический уровень всегда ограничен, хотя в современной космологии подобное нередко происходит. Это тем более справедливо для ранней (квантовой) Вселенной. В космологической литературе часто приводятся расчеты моментов времени, температуры, размеров, плотности и т. д. Вселенной для различных стадий ее эволюции, буквально перенося макроскопические представления на соответствующий космологический уровень. При этом теряется качество этого уровня реальности, и выводы оказываются пригодными только к, так называемым, моделям «игрушечного мира» (toy-world).

Рассмотрим, например, в рамках стандартной космологической модели расширяющуюся Вселенную, когда она имела размеры атома. В рамках теории можно посчитать момент времени, когда это было, соответствующую температуру, плотность и т. д. Как определенное приближение это вполне корректно, однако рассмотрим более внимательно, что может из себя представлять Вселенная-атом[190].

Как мы уже отмечали, подобная Вселенная, как и сам атом, — квантовая система. Но известно, что очень сложные ядра атомов (трансурановые атомы) крайне неустойчивы. И это — при наличии в структуре ядра «всего лишь» порядка сотни протонов[191]. Такой атом в целом также представляет собой крайне неустойчивую систему. Но что тогда можно сказать об атоме, в структуре которого содержится вся наблюдаемая Вселенная? Означает ли это крайнюю неустойчивость атома-Вселенной? Само собой разумеется, что подобный атом — это нечто совершенно другое и сходство с трансурановым может быть только в одинаковости масштабов (порядка 10 ⁸ см). Тем не менее, хорошо бы понять, что собой представляет онтология объекта атомного размера с Вселенной внутри. Можно ли этот объект сопоставить с каким-либо уже известным объектом, а его состояние — с каким-то уже известным состоянием материи? Конечно же, — нет. Но тогда это свидетельствует о том, что уже на космологическом уровне атома-Вселенной следует говорить о существовании новой совершенно особой формы (вида) материи. Выяснение того, что из себя представляет этот вид материи и ее формы существования (т. е. онтология) представляет фундаментальную космологическую задачу. Какую, например, внутреннюю структуру будет иметь атом-Вселенная? Вообще говоря, этот объект уникален. С одной стороны, его целостность представляет собой атом. С другой стороны, его целостность представляет собой Вселенную и имеет космологическое наполнение. Любопытно, что могли бы сказать по этому поводу теория струн или теория петлевой квантовой гравитации? То же самое (только в еще большей степени) относится и к планковскому состоянию Вселенной как еще одной форме материи.

Можно предположить, что в космологии существует многообразие онтологий, большинство из которых нам пока неизвестны. В этом плане можно принять термин П. Теллера о существовании «онтологического плюрализма»[192]. Причем, на наш взгляд, сам плюрализм в данном случае следует понимать сугубо в объективистском смысле.

Поскольку в основании квантовой космологии кроме релятивистских лежат еще и квантовые представления, то физическое содержание этой дисциплины в существенной степени зависит от выбранной интерпретации квантовой механики. Полиинтерпретационный характер квантовой механики ставит множество проблем и в отношении построения квантовой космологии. Так, например, Р. Пенроуз отмечает, что в ранней Вселенной «не существовало экспериментаторов, проводящих «измерения», поэтому не ясно, как следует пользоваться стандартной «копенгагенской» интерпретацией…»[193]. В силу своей нетривиальности, эвереттовская трактовка квантовой механики физически также далека от ясного понимания, и Р. Пенроуз лишь констатирует, что симметричное состояние Вселенной можно представить в виде суперпозиции многих пространственновременных геометрий. В свою очередь, наличие декогеренции, возможно, позволит «трактовать нашу квантовую суперпозицию различных геометрий как вероятностную смесь различных геометрий»[194].

Следует обратить внимание на его точку зрения о том, что «На практике теоретики, по-видимому, склонны придерживаться некоторой формы «практической» интерпретации…»[195]. В целом свой взгляд на концептуальную ситуацию в квантовой теории он формулирует следующим образом. «Ясно, что пока мы далеки от теории, которая смогла бы реально ответить на все эти вопросы. Но я надеюсь, что сумел убедить читателя в фундаментальной необходимости иметь квантовую механику с жизнеспособной онтологией. Эта проблема… представляет не только философский интерес»[196]. Таким образом, ввиду неоднозначности понимания физического содержания квантовой механики как одного из краеугольных камней будущей квантовой теории гравитации в основания этой теории автоматически вкрадывается неоднозначность и неопределенность концептуального порядка.

Для построения квантовой космологии необходимо создать квантовую теорию гравитации. Считается, что квантовая теория гравитации может быть построена именно на планковском масштабе. Но в космологическом плане (момент начала расширения Вселенной) на этом масштабе, возможно, унифицируются все 4 фундаментальные взаимодействия, следовательно, единая теория должна обрести силу на планковском уровне. Отсюда следует, что в определенном смысле квантовая теория гравитации, единая теория, а также Планковская космология тождественны.

Работы по созданию квантовой теории гравитации ведутся уже более полстолетия, и вариантов такой теории было предложено достаточно[197]. В настоящее время наибо-лее перспективными на роль такой теории считаются две теории: теория суперструн (ТСС) и теория петлевой квантовой гравитации (ТПКГ). Существует обширная литература, посвященная этим теориям¹. Нас же в данном разделе будет интересовать вопрос об онтологии фундаментальных, космологообразующих объектов этих теорий. Актуальность онтологического анализа в квантовой космологии определяется необходимостью выяснения природы экстремальных состояний материи[198], прежде всего планковского состояния, а также в связи с глубокой опосредованностью современного физического познания.

Как уже отмечалось, на наш взгляд, на планковском уровне мы имеем дело с принципиально новым видом материального существования, аналогов чему не существует в современной физике. Это обстоятельство в решающей степени затрудняет построение теории квантовой космологии. Поэтому прежде чем обсуждать сами космологические модели, на наш взгляд, необходимо проанализировать ту объектность, которая будет представлять содержательную основу этих моделей. И действительно, фундаментальный объект ТСС — струна будет формировать одну космологию, а петля или Планковская ячейка пространства в ТПКГ — другую. Причем, как отмечает К. Ровелли, обе теории призваны описать планковский масштаб, причем именно на этом уровне они существенно различаются по отношению, например, к проблеме природы пространства-времени[199].

Суперструна как фундаментальный объект квантовой космологии

В ТСС основным объектом является струна[200]. Кратко опишем основные особенности этого объекта, необходимые нам в дальнейшем. Струна представляет собой одномерный физический объект планковского масштаба длины (l_Pl = 10^-33 см), однако исследования показывают возможность существования струн космологических размеров[201]. Исследования показали, что струны обладают суперсимметрией, поэтому называются суперструнами, а теория соответственно — ТСС. В дальнейшем под струной всегда будет пониматься именно суперструна. Согласно теории различные моды колебаний струн представляют собой элементарные частицы и дают не только весь их набор, но и много других частиц. Последнее является одной из трудностей теории[202]. ТСС — теория с фоновой зависимостью. Это означает, что струны находятся в независимо существующем пространстве-времени, в котором могут передвигаться. Поскольку в отличие от ТСС общая теория относительности является фоново-независимой, в которой пространство и время являются динамическими характеристиками, то одной из важнейших задач является построение ТСС как фоново-независимой теории, если строить квантовую теорию гравитации путем квантования ОТО. Подобная стратегия еще больше обостряет проблему выяснения природы пространства и времени и их роли в физической теории.

Онтологически фундаментальным является поиск ответов на следующие три вопроса: 1) материальны ли струны,

2) представляют ли они только лишь геометрическую структуру, онтологию которой еще следует определить, 3) или же они — лишь некое абстрактное математическое средство, математическая конструкция, введенная для теоретически более эффективного (а может быть и чисто прагматического) решения некоторых физических проблем? Среди исследователей мнения по поводу ответов на эти вопросы разделились.

Материальны ли струны? Одним из аргументов сторонников положительного ответа на первый вопрос (в частности, случайного первооткрывателя[203] теории струн Г. Венециано[204]) является, например, то, что различные моды колебаний струн дают физически реальные элементарные частицы. И действительно, логично предположить, что реальные частицы могут порождаться реальными физическими объектами. При этом несомненно, что физическая природа струны отличается от природы элементарной частицы, поскольку природа последней, согласно ТСС, содержится в колебательном процессе. Отсюда следует, что природа известных элементарных частиц чисто феноменологическая. Говоря языком метафизики, их сущность — колебания, которая (сущность) для наблюдателя проявляется в виде феномена «элементарной»[205] материальной объ-ектности. Но в рамках того же метафизического языка, все это означает, что элементарные частицы (электроны, кварки, фотоны) не обладают некоторой первичной субстанциональностью, они — только лишь феномены.

В то же время возникает вопрос о том, обладают ли субстанциональностью сами струны? И какой? Представляется естественным в случае положительного ответа связать с ними принципиально новый вид материи. Причем, возможно, это должен быть вид материальности не меньшей фундаментальности и радикальности, чем фундаментальность электромагнитного поля, введенного в период доминирования механистической картины мира, или открытие искривленного 4-мерного пространства-времени. По-видимому, он должен быть даже еще более высокой степени фундаментальности. Поиск физической онтологии подобного масштаба является, на наш взгляд, актуальнейшей проблемой планковской космологии и всей физики.

Геометрическая природа струн. Этот и ряд других аргументов представляют позицию сторонников положительного ответа на второй вопрос. Нетривиальный образ в этом плане предложил С. Вайнберг. С его точки зрения «Струны можно представить себе как крохотные одномерные разрезы на гладкой ткани пространства»[206]. Перед сторонниками чисто геометрической интерпретации струн стоит задача онтологизации своего подхода. Можно ли придать еще какой-то физический смысл такой геометрической конструкции как суперструна? Можно ли добавить какую-то новую физическую интерпретацию в уже существующее содержание глобальной программы, которая парадоксально формулируется в следующих словах: «Физика есть геометрия»[207]?

Отметим, что в рамках положительного ответа на этот вопрос фундаментальной и глобальной физической субстанцией становится пространство и время. Как вариант, следует говорить о субстанциональности структуры пространства и времени, что выражает большую определенность и локализованность такого характера субстанциональности: геометрической, топологической, топосной и т. д.

В рамках геометрического подхода к природе струн, последние также могут проявлять себя как известные материальные объекты в виде, например, элементарных частиц только феноменологически. Дело в том, что в рамках программы геометризации физики¹ предпринимались и предпринимаются попытки представить все элементарные частицы в виде чистых структур геометрии пространства-времени (не обязательно 4-мерного), например, в виде локальных микроскопических областей сильно искривленного пространства-времени. Эти геометрические структуры воспринимаются как реальные феноменологические физические объекты, в частности, частицы, только по отношению к макроскопическому наблюдателю антропоморфной природы[208].

Струны как абстрактное вспомогательное средство физического описания. Является ли струна формальным вспомогательным математическим конструктом типа волновой функции, лагранжиана, траекторий в фазовом пространстве и т. д.? Этот вариант вряд ли адекватен в бук-вальном смысле, поскольку моды колебаний струны дают все реальные элементарные частицы. В связи с последним струна, по-видимому, должна быть принципиально новым элементарным объектом физики и природы.

О физической элементарности струн. В рамках ТСС струна является элементарным, первичным физическим объектом. Но — протяженным! Последнее, как считается, дает возможность обойти труднейшую проблему квантовой теории поля — проблему бесконечных значений физических величин, возникающую из-за постулирования точечного характера элементарных частиц. Однако сочетание элементарности и протяженности приводит к некоторым концептуальным трудностям.

С одной стороны, в концептуальном и метафизическом плане здесь можно усматривать возврат к декартовской субстанциальности протяженности. Вряд ли в современной физике метрическое свойство протяженности можно рассматривать в качестве субстанции или даже особой субстанции. В рамках программы полной геометризации физики гораздо легче представить в качестве субстанции геометрию как более богатую сущность. Но, возможно, протяженность можно было бы рассматривать в качестве атрибута (материи)? И, возможно, это было бы неплохо на новом уже современном витке эволюции познания, однако, насколько философски корректно сегодня считать протяженность атрибутом? Атрибутом в плане всеобщего свойства, по крайней мере, природы? Квантовая механика приучила как раз к противоположному — к атрибутивности дискретности, квантованности физического мира. И именно эта атрибутивность радикализуется на планковском космологическом уровне, на уровне слияния минимально (предельно) дискретного и максимально большого (всей Вселенной). По-видимому, справедливы принцип дополнительности и те философские концепции, которые предлагают рассматривать единство бинара непрерывное-диск-ретное. Но сводится ли непрерывность к дискретности? Видимо, вопрос в отношении элементарности протяженной струны стоит примерно так: как можно онтологически понимать элементарность (неделимость) протяженности? Каким образом понимать подобную протяженную элементарность в том случае, если протяженность достигает космических масштабов, т. е. в случае возможного существования космических (космологических) струн?

Наше дострунно-парадигмальное сознание очень хочет задать вопрос: а не состоит ли протяженная струна из частей? Так же, как линия состоит из точек. Но линия состоит из точек и не состоит из них. Такое понимание линии не-доопределено, поскольку здесь в теоретическую игру вмешивается теория континуумов, которая, для примера (геометрической неопределенности или недоопределенности), утверждает, что прямая и квадрат обладают одинаковой мощностью континуума. Другими словами, количество точек на (одномерной) прямой равно количеству точек в (2-мерном) квадрате. Так что же представляет собой элементарность струны в физическом и геометрическом планах?

О концептуальном статусе бран в ТСС. Недавно выяснилось, что в теории струн наряду с одномерными струнами могут существовать и объекты других размерностей — браны: двумерные (2-браны или мембраны), 3-браны, играющие важную роль в космологии, и вообще р-браны (где p — любая размерность)[209]. Существуют и 0-браны, аналог точки. Они также играют определенную роль в теории, поскольку концы открытых (незамкнутых) струн являются как раз 0-бранами. Струны, например, могут прикрепляться своими концами к бранам и таким образом по ним перемещаться, что имеет важный физический смысл.

Так может, струна состоит из 0-браны, и именно они играют первичную фундаментальную роль? Казалось бы, это наиболее простой и очевидный подход. Однако в ТСС не спешат с таким выводом. Струнные теоретики пока предпочитают вариант, согласно которому все браны фундаментальны. Очевидно, что и этот взгляд требует дальнейших пояснений и уточнений.

В концептуальном плане, возможно, худшее состоит в том, что в данном подходе от существования первоэлемента физического бытия — струны — вновь возвращаются к многообразию «первичности». Но многоэлементность бытия с трудом согласуется с единством физического бытия, если, конечно, не рассматривать его в духе B.C. Соловьева, или одного из вариантов трактовки диалектического материализма как единства многообразия. Похоже, что концептуально и методологически современная фундаментальная физика настроена все же на поиск некоторой первичной объектности, будь то геометрия пустого пространства-времени, суперструна, кванты пространства и времени в ТПКГ и т. д.

Пространство из струн. Одной из интереснейших, но одновременно и труднейших в концептуальном плане моделей в теории струн является модель пространства как тотального когерентного ансамбля струн. Суть этой идеи состоит в следующем[210]. В самом общем случае струны могут быть направлены в различные стороны, они могут вибрировать совершенно произвольно, хаотически. Но при определенных условиях они могут синхронизироваться, начать вибрировать в одной фазе, становясь когерентным множеством. Для внешнего наблюдателя они будут восприниматься как непрерывное многообразие. Нередко подобную картину сравнивают с полотном ткани, в которой отдельные нити переплетены в строго геометрическом порядке[211].

Согласно такому подходу никакого пространства как некой реальности не существует. Пространство становится не только реляционным, но и феноменологическим по своей природе. Однако здесь возникает трудность с трактовкой природы пространства и ТСС как фоново-зависимой теории. И действительно, если сами струны в когерентном состоянии образуют пространство, то как быть с независимостью существования самого пространства (на фоне которого движутся струны)?

Далее, в рамках такого подхода пространство теряет свою атрибутивность, всеобщность, ведь пространство может возникнуть только там, где есть когерентный набор струн. Вполне логично предположить, что струны могут быть когерентны локально[212]. Отсюда следует далеко идущий вывод: в этом случае можно говорить о существовании локальных пространств в более широкой «области реальности», в которой пространства нет! Это должно порождать новую космологическую онтологию локального существования в пространстве.

Наконец, космические струны, становясь когерентными[213], также должны создавать новый вид (тип) пространства! В этом случае феноменологическая струнная ткань пространства «сшита» космологическими «нитями»-струнами. Можно выдвинуть предположение о том, что различные типы когерентности, которые могут проявлять струны, могут порождать различные типы пространств. Закономерен вопрос о том, чем именно, и прежде всего, чем именно концептуально отличаются все эти возможные типы пространств? Вполне вероятно, что могут существовать пространства различной природы, причем различной не только в геометрическом плане, но и в онтологическом. Фактически это означает, что объектность порождает пространство. Еще раз подчеркнем, что это — далеко идущий не только физико-теоретический, но и философский вывод. С одной стороны, он тесно коррелирует с реляционной концепцией пространства, с другой — имеет существенную специфику, поскольку пространство образуют не все объекты реальности (как в реляционном подходе), а только объекты планковского масштаба или, может быть, первичные элементы реальности, которые в данном случае представлены струнами. Несколько конкретизируя принцип онтологического плюрализма, можно предложить еще и принцип онтологического пространственного плюрализма. Кроме того, важный философский вывод состоит в том, что пространства (и, по-видимому, время) создаются! Создаются в больших количествах и разной природы. Правда, хорошо, что пока все еще естественным образом…

О природе когерентности струн. Важно также ответить на непростой вопрос о том, что заставляет огромное количество струн начать колебаться в одной фазе и стать когерентными? С одной стороны, эта сила (или причина) должна быть тотальной, чтобы действовать во всем пространстве существующей сегодня Вселенной[214], с другой — она должна быть локальна (квантована), чтобы воздействовать на каждую струну. По существу, это должна быть либо некая метасила (метапричина), определяющая (по существу, создающая) все пространство всего мироздания, и в этом случае вряд ли имеет силу принцип близкодействия.

В качестве гипотезы можно предположить, что здесь могут функционировать квантовые корреляции, которые были обнаружены при анализе ЭПР-парадокса и многочисленных белловских экспериментов. В качестве такой силы или причины можно также рассматривать, например, существующее в ТСС дилатонное поле, которое «определяет общую силу всех взаимодействий» (Г. Венециано). Приведенные слова Г. Венециано, если их понимать буквально, должны требовать существования многих взаимодействий, что, в свою очередь, должно означать ситуацию, далекую от единой теории. С другой стороны, если дилатонное поле определяет силу всех взаимодействий, то у этого поля просматривается определенная функция, связанная с единством всех сил. А это означает, что на планковском масштабе, где и происходит объединение всех сил, это поле должно играть центральную, фундаментальную роль. По-видимому, наличие такого поля на планковском масштабе, а также его природу еще требуется выяснять. Дело в том, что любое квантованное поле состоит из квантов этого поля, которые являются элементарными частицами[215]. Но элементарные частицы (кванты соответствующих полей) являются модами колебаний струн. Отсюда следует, что любое поле, в том числе дилатонное, не является фундаментальным физическим объектом. Им в рамках ТСС остаются только струны[216].

Интересно, что «Величину дилатона можно истолковать как размер дополнительного пространственного измерения — 11-го по счету» (Г. Венециано). Это — несомненно, интересный результат теории. Если вывод теоретиков верен, то еще предстоит выяснить более глубокую природу такого физического отождествления: поля и одного из измерений пространства. Этот результат можно выразить в виде нового принципа эквивалентности: величина физического поля эквивалентна измерению пространства. Но, как нетрудно видеть, и здесь остается много вопросов. Любое поле эквивалентно любому измерению? Если нет, то какова более конкретная формулировка подобной эквивалентности? Имеет ли какую-то физическую содержательную выделенность именно 11-е измерение пространства? Не скрыто ли за такой эквивалентностью чего-то большего, какого-то нового физического содержания? И т. д.

Онтология свернутых размерностей. В теории струн продолжается развитие идеи Калуцы о многомерности пространства и свернутом (компактифицированном) характере дополнительных измерений, которые, тем не менее, приводят к наблюдаемым физическим эффектам[217]. Но обязательно ли все дополнительные измерения должны быть свернуты? Выбор свернутого характера измерений объясняет их ненаблюдаемость и дает возможность математического описания. Но является ли компактификация единственной возможностью? Дополнительные измерения или даже параллельные миры в принципе могли бы существовать и в несвернутом виде. Весь вопрос в том, как объяснить их ненаблюдаемость и научиться эффективно описывать.

В частности, причина 3-мерности пространства может заключаться в том, что трехмерен сам наблюдатель. Если бы он был другой пространственно-геометрической природы, например, был бы пространственно 4-мерным[218], то, возможно, он бы воспринимал окружающее его пространство также 4-мерным. Эту гипотезу можно рассматривать как своеобразное расширение антропного принципа: пространство таково (а именно 3-мерно) именно потому, что 3-мерен существующий в нем человек.

0 поиске новых принципов. Б. Грин неоднократно и настойчиво призывал искать некий фундаментальный принцип в теории струн: «… является ли сама теория струн необходимым следствием некоторого более широкого принципа, — возможно, но необязательно, принципа симметрии, — в том же самом смысле, в котором принцип эквивалентности с неизбежностью приводит к общей теории относительности, а калибровочные симметрии приводят к негравитационным взаимодействиям? К моменту написания данной книги ответ на этот вопрос никому не известен»[219]. Он выражает надежду, что подобный принцип существует: «… центральный организующий принцип, который охватывает эти открытия, а также другие свойства теории в рамках одного универсального и систематического подхода, который делает существование каждого ингредиента абсолютно неизбежным, все еще не найден. Открытие этого принципа было бы центральным событием в развитии теории струн, так как это, вероятно, раскрыло бы внутренние механизмы теории с недостижимой ранее ясностью. Конечно, нет гарантии, что такой фундаментальный принцип существует, однако эволюция физики в течение последнего столетия дает теоретикам основания надеяться, что он все-таки есть. Так как мы рассматриваем следующую стадию развития теории струн, нахождение ее «принципа безальтернативности» — той базовой идеи, из которой вся теория появится с необходимостью, — имеет высший приоритет»[220]. Подобная точка зрения в своеобразной форме поддерживается и С. Вайнбергом. С его точки зрения, «Хотя и нетрудно представить окончательную теорию, которая не имеет объяснений с помощью более глубоких принци-лов, очень трудно вообразить окончательную теорию, которая не нуждается в таком объяснении»[221].

Квантовая петля и Планковская ячейка пространства как фундаментальные объекты петлевой квантовой космологии

В теории петлевой квантовой гравитации теория относительности сохраняется по существу нетронутой, изменяется только процедура ее применения в квантовой механике. В последние годы сторонники петлевой квантовой гравитации добились больших успехов и достигли глубокого понимания, однако их подход, по-видимому, недостаточно кардинален для решения фундаментальных проблем квантования тяготения[222].

Создателями «петлевой квантовой теории гравитации» (в 80-е годы XX века) являлись Ли Смолин, Абэй Аштекар, Тэд Джекобсон и Карло Ровелли. Согласно этой теории, пространство и время состоят из дискретных частей, представляющих собой квантовые ячейки пространства. Они определённым способом соединены друг с другом так, что на больших масштабах плавно переходят в непрерывное гладкое пространство-время. Если многие космологические модели могут описать поведение Вселенной только на большом удалении от планковского времени (после Большого взрыва), авторы петлевой квантовой гравитации считают, что их теория может описать сам процесс взрыва, и даже заглянуть в эпоху до него.

Вместе с тем, пока общепризнанная физика петель отсутствует, по крайней мере, она нигде четко не прописана.

Этой физики нет ни у Ровелли, ни у Смолина и т. д. В частности, на наш взгляд, существует трудность онтологической интерпретации петель и квантовых ячеек пространства.

Так же, как и в ТСС, в ПТКГ существуют фундаментальные объекты. Как уже отмечалось, можно выделить три таких объекта: петли, квантованные (планковские) площади и объемы. К. Ровелли даже считает, что «между двумя теориями (ТСС и ПКТГ — В.Э.) существуют несомненные сходства: прежде всего тот очевидный факт, что обе теории начинают с допущения (idea), что значимые (релевантные) возмущения на планковском масштабе представляют собой одномерные объекты — назовем их петлями или струнами»[223]. Это означает, что К. Ровелли онтологически отождествляет петлю и суперструну.

Ключевая идея петлевой квантовой гравитации состоит в описании поля, подобного электромагнитному, непосредственно в терминах линий этого поля. Было показано, что ОТО можно выразить на языке калибровочных полей. Метрика пространства-времени при этом оказывается чем-то подобным электрическому полю. При этом в отсутствие вещества линии поля могут замыкаться, формируя петли. В итоге квантовая геометрия представляет собой определенный вид графа, а квантовое пространство-время есть последовательность событий, по которым эволюционирует граф через локальные изменения в своей структуре[224]. «Состояния частиц ассоциируются с графами, растянутыми в трехмерном пространстве»[225].

Рассмотрим по отношению к петлям и планковским ячейкам пространства те же онтологически значимые вопросы, которые мы поставили в отношении природы струн: 1) материальны ли петли и планковские ячейки, 2) представляют ли они только лишь геометрическую структуру, онтологию которой еще следует определить, 3) или же они — некое абстрактное математическое средство, математическая конструкция, введенная для теоретически более эффективного (а может быть и чисто прагматического) решения некоторых физических проблем? Среди исследователей мнения по поводу ответов на эти вопросы также разделились.

Материальны ли фундаментальные объекты ПТКГ? Можно ли след матрицы вокруг замкнутой петли в пространстве рассматривать как материальный объект? По-видимому, нет. Возможно, в петлевой квантовой гравитации подобное допустимо только уже на уровне элементарных частиц. Причем была найдена и объединяющая модель — модель преонов, первичных частиц, различные комбинации из которых дают все известные элементарные частицы. «Но одна вещь ясна. Теория струн больше не является единственным подходом к квантовой гравитации, который также унифицирует элементарные частицы… Петлевая квантовая гравитация уже имеет в себе элементарные частицы, и недавние результаты наводят на мысль, что это в точности правильная физика частиц — стандартная модель… петлевая квантовая гравитация относится не только к квантовому пространству-времени — она уже содержит в себе физику элементарных частиц»[226].

Причем, и в этом случае материальность возникает, фактически, как эмерджентный феномен. Л. Смолин следующим образом трактует основную идею в этом плане Ф. Маркопоулоу: «частица должна быть некоторым видом эмерджентного возбуждения квантовой геометрии, путешествующего через геометрию, почти как волна путешествует через твердое тело или жидкость. Однако, чтобы была воспроизведена известная нам физика, эти эмерджентные частицы должны описываться как чисто квантовые частицы, игнорируя квантовую геометрию, через которую они путешествуют»[227]. Можно «идентифицировать такую квантовую частицу и показать ее движение, как если бы она была в обычном пространстве. В ее аналогии окружением является квантовое пространство-время, которое, будучи динамическим, постоянно изменяется. Квантовая частица должна двигаться через него, как будто бы оно было фиксированным, нединамическим фоном.

Используя эти идеи, Ф. Маркопоулоу и ее сотрудники смогли показать, что некоторые фоново-независимые теории квантовой гравитации имеют эмерджентные частицы. Но что это за частицы? Соответствуют ли они чему-либо, что наблюдается?»[228]. А вот все дальнейшее, вся дальнейшая онтология выражается через перекручивания ребер графов\ Смолин трактует это следующим образом: «Состояния частиц ассоциируются с графами, растянутыми в трехмерном пространстве. Пространство является фоном, но оно не имеет свойств, кроме своей топологии; вся информация об измерениях геометрии — вроде длин, площадей и объемов — происходит от графов. Но поскольку графы растянуты в пространстве, теория содержит в себе очень много дополнительной информации, которая, кажется, не должна ничего делать с геометрией. Это происходит вследствие бесконечного числа способов, которыми ребра графов могут запутываться, связываться и заплетаться в трехмерном пространстве… различные способы сплести и запутать ребра графов в квантовом пространстве-времени должны быть различными видами элементарных частиц»[229].

Эти теоретические конструкции в петлевой квантовой гравитации еще раз показывают углубляющуюся тенденцию в фундаментальной физике: за онтологическим уровнем известных элементарных частиц стоят очень абстрактные математические структуры, а материальность, физическая субстанциальность, физическая онтология появляется как эмерджентность этих структур.

Геометрическая природа петель. Петли можно рассматривать скорее как своеобразные геометрические конструкции, обладающие рядом специфических особенностей. Так, например, эти геометрические конструкции включают в себя движение (параллельный перенос спина вокруг замкнутой кривой).

Петли как чистые абстракции. Для петлевой гравитации этот вариант вопроса значительно актуальнее. Прежде всего, сама петля — с точки зрения физической объектности очень абстрактный теоретический объект. В то же время ОТО и квантовая теория нас научили, что физический смысл и физическую объектность могут обрести самые абстрактные математические конструкции (в данном случае — риманова геометрия и операторный анализ в гильбертовом пространстве). Все это ведет современных теоретиков к поиску неких новых ориентиров. Л. Смолин считает, что руководящим принципом создания петлевой теории квантовой гравитации было следующее: «Главная объединяющая идея проста для постановки: не стартовать с пространства или с чего-либо, движущегося в пространстве. Стартовать с чего-либо, что является чисто квантовомеханическим и имеет, вместо пространства, некоторый вид чисто квантовой структуры»¹.

На наш взгляд, вопрос о фундаментальных объектах в обеих теориях остается открытым. Смолин дает следующие трактовки фундаментальности первоначал обеих теорий. «Фундаментальные возбуждения являются протяженными объектами. Они включают одномерные возбуждения и двумерные (а возможно, и более высоких размерностей) мембрано-подобные возбуждения»[230]. Т. е. струны и петли не стабильны. Они — возбуждения. Это означает, что в подобных вариантах единых теорий не существует неких фундаментальных объектов, по своей онтологии сравнимых со статусом атомов, апейрона и других античных первоначал. В этом пункте две теории не предлагают нам неких абсолютных первоэлементов. Казалось бы, все это в начале XXI века можно и не обсуждать, поскольку наука давно уже отказалась от существования в физике, а соответственно, и в природе чего-то абсолютного[231]. Стоит лишь еще раз зафиксировать, что и в намечающейся «окончательной теории»[232] может не оказаться каких-то абсолютных субстанций, что, казалось бы, должно быть естественно для подобной теории. С некой метафизической точки зрения онтологический статус подобных объектов невысок: они являются «всего лишь» квантовыми возбуждениями. Каков же статус такой фундаментальности?

Если петли и струны, как и любые другие объекты реальности, нестабильны, т. е. имеют некоторое конечное время своего существования, и если учесть, что имела место их креация в некоторый момент времени, то логично предположить, что наступит космологический момент времени, когда они в космологически значимых количествах начнут распадаться. Но тогда возникает вопрос: распадаться на что? Этот вариант более близок квантовополевым представлениям. Однако КТП, а следовательно и ее фундаментальные представления, являются только лишь низкоэнергетическим приближением теории струн и ТПКГ. Кроме того, в этом случае теряется их статус «окончательной» фундаментальности последних. Вопрос состоит в том, что представляет собой возможный процесс распада струн, петель или планковских элементов объема как первичных элементов реальности? Или, может быть, они начнут исчезать, становясь принципиально ненаблюдаемыми в нашем мире (в нашей Вселенной?)?

Не менее нетривиальным является утверждение о протяженности фундаментального (квантового) возбуждения. Как возникает протяженное квантовое возбуждение? Какие условия заставляют возбуждение «вытягиваться»? И при этом оставаться достаточно стабильным? Вообще говоря, по-видимому, достаточно нетривиальным является вопрос о том, насколько стабильны струны, петли и квантовые ячейки пространства? Что такое протяженный квант?

Обе теории ведут к онтологической двойственности: «В основе теории струн и петлевой квантовой гравитации лежат одномерные протяженные объекты, которые за счет дуальности соответствуют линиям электрического потока квантованного калибровочного поля, являясь фундаментальными степенями свободы теории»[233]. Фактически, получается, что струны и петли имеют двойное онтологическое толкование: это и 1-мерные протяженные объекты, и одновременно (но дуально) линии электрического потока квантованного калибровочного поля. Если это верно, то можно говорить об онтологической двойственности физической реальности на ее самом фундаментальном первичном уровне.

Анализ этих двух теорий выявляет существенные расхождения в онтологических трактовках перечня имеющейся в них фундаментальной объектности. С одной стороны, фундаментальными объектами теории струн являются сами струны[234]. С другой стороны, независимый от них фон, в котором они передвигаются (фактически, пространство) и который характеризуется «метрикой и другими классическими полями»[235]. Получается, что метрика и классические поля являются не менее фундаментальными объектами ТСС, поскольку определяют независимое (классическое) пространство. На самом деле онтология независимого фона в ТСС еще сложнее, поскольку сам фон «фиксируется выбором» этих полей и метрики. Но тогда эти поля через особенности задаваемого ими фона (пространства) оказывают воздействие на специфику движения и, вероятно, другие особенности самих струн. Получается, что струны (на квантовом уровне) определяют классические поля, а они, в свою очередь фиксируют основу фундаментальных физических свойств струн — движения и вибраций[236]. Получается замкнутое и достаточно красивое взаимодействие струн, полей и фона. Но — в отсутствии некоего фундаментального единства.

Нечто подобное относится и к петлевой гравитации. Хотя «петли существуют на более фундаментальном уровне, на котором нет классических полей и метрики», в ПТКГ наряду с петлями и квантовыми ячейками пространства как фундаментальными объектами теории существует также скалярное поле, которое, в частности, как предполагается в теории, определяет такое фундаментальное (атрибутивное) понятие всей существующей физики, как время¹. Существуют также квантовые ячейки пространства. Все это также пока далеко от ожидаемого единства. Сколько же в итоге существует в этих теориях фундаментальных объектов?

Следуя традиции, которая берет свое начало с И. Ньютона, появление новой теории гравитации, даже если она представляет собой не полную теорию, а только видоизменение уже существующих теорий, традиционно сопровождается попытками применения ее к описанию Вселенной, т. е. возникновением очередной космологической модели. ТСС и ТПКГ продолжают эту традицию. В этом разделе мы рассмотрим несколько моделей ранней Вселенной, основанных на разрабатываемых теориях квантовой гравитации.

Струнная космология. Теория струн модифицирует стандартную космологическую модель в следующих трех пунктах. Во-первых, Вселенная должна иметь минимально допустимый размер. Этот вывод меняет представление о сингулярном состоянии Вселенной непосредственно в момент Большого взрыва.² Во-вторых, в космологии, особенно на планковском масштабе, во многом определяющее значение имеет понятие Т-дуальности (топологической дуальности) в ТСС, то есть дуальности малых и больших радиусов (в его тесной связи с существованием минимального размера). В-третьих, поскольку число пространственновременных измерений в теории струн больше четырёх, космология должна описывать эволюцию всех этих измерений[237].

Конечно же, для космологов вопрос первостепенной важности — что же происходило в момент «начала»? Согласно теории струн, возможно, никакого начала мироздания и не было. В струнной космологии предлагаются модели того, что представляла собой Вселенная до Большого взрыва, и сценарии перехода через него. Сейчас наиболее популярны две модели.

В конце 1980-х гг. Р. Бранденбергер и К. Вафа, применив теорию струн, получили следующий космологический сценарий. По мере приближения к моменту Большого взрыва температура продолжает расти до максимума на планковском масштабе и затем начинает уменьшаться. Этому способствует наличие Т-дуальности. «На интуитивном уровне нетрудно понять причину этого явления. Предположим для простоты (следуя Бранденбергеру и Вафе), что все пространственные измерения Вселенной циклические. При движении назад во времени радиус каждой окружности сокращается, а температура Вселенной увеличивается. Из теории струн мы знаем, что сокращение радиусов сначала до и затем ниже значений планковской длины физически эквивалентно уменьшению радиусов до планковской длины, сменяющемуся затем их последующим увеличением. Поскольку температура при расширении Вселенной падает, то безрезультатные попытки сжать Вселенную до размеров, меньших планковской длины, приведут к прекращению роста температуры и её дальнейшему снижению»[238].

В начальный момент существования Вселенной все пространственные измерения свернуты до планковских размеров, совершенно равноправны и полностью симметричны. Затем в тот же планковский момент времени происходит нарушение симметрии, и три пространственных измерения отбираются для последующего расширения за счет аннигиляции намотанных на измерения струн и антиструн или, другими словами, «снижения сдерживающего действия намотанных струн» только для трех измерений[239]. Остальные измерения пространства сохраняют исходный планковский размер. Затем на арене этих трех измерений происходит инфляционное раздувание Вселенной, после которого наступает период фридмановского расширения.

«Првдвзрывной сценарий». А вот как выглядит вариант струнной космологии, который носит название «пред-взрывной сценарий», с точки зрения первооткрывателя теории струн итальянского теоретика Г. Венециано, в настоящее время активно занимающегося построением космологических моделей на основе своего детища — теории струн[240]. Было время, когда «В размышлениях о том, что было до Большого взрыва, космологи видели не больше смысла, чем в поисках пути, идущего от Северного полюса на север»[241]. Действительно, попытка искать ответ на вопрос о том, «что было, когда ничего не было»[242], кажется безумной даже в позитивном безумном боровском смысле[243]. Но развитие теоретической физики все чаще заставляет космологов задумываться о том, что могло быть до известного начала мира[244]. И определенные конструктивные решения удалось получить. На наш взгляд, это действительно конструктивные решения, и им явно не хватает концептуальной новизны и глубины. В теории струн было показано, что Большой взрыв не был началом образования Вселенной, а лишь следствием ее предыдущего состояния.

В отличие от предыдущей модели, в которой Вселенная рождается из комка планковских размеров, и этот момент можно рассматривать в качестве начала существования мироздания, Г. Венециано и М. Гасперини предположили, что Вселенная существовала всегда. В далеком, возможно, бесконечно далеком прошлом она была бесконечно протяженной, холодной и почти пустой. Силы природы, управляемые дилатонным полем, были настолько слабы, что частицы практически не взаимодействовали друг с другом. «Такие силы, как гравитация, были слабы»[245]. «Затем, как следует из уравнений теории струн, во Вселенную вторглась нестабильность, и все её точки стали, как и в эпоху инфляции по Гуту, стремительно разбегаться в стороны. Гасперини и Венециано показали, что из-за этого пространство становилось всё более искривлённым, и в результате произошёл резкий скачок температуры и плотности энергии»[246]. «Силы постепенно росли, и материя начала сгущаться»[247]. В некоторых областях плотность возросла настолько, что сформировалась черная дыра, которая разрасталась с ускорением. «Вещество внутри таких областей оказывалось отрезанным от окружающего пространства, т. е. Вселенная разбивалась на обособленные части»[248].

Плотность вещества, устремлявшегося к центру дыры, возрастала, пока не достигла предела, определяемого теорией струн. Когда плотность материи достигла максимально допустимой величины, квантовые эффекты привели к Большому взрыву. «…Трёхмерная область миллиметровых размеров внутри этих бескрайних просторов преобразилась в раскалённое и плотное пятно, тождественное пятну, которое образуется при инфляционном расширении по Гуту»[249]. Тем временем снаружи возникали другие черные дыры (ЧД), которые затем тоже становились вселенными. Важная особенность данной модели состоит в том, что Вселенная расширялась как до Большого взрыва (ускоренное расширение), так и после него (расширение с замедлением). «Большой взрыв, возможно, был не моментом возникновения Вселенной, а просто внезапным переходом от ускорения к замедлению»[250].

Нужно отметить, что в отношении каждого сценария возникает много вопросов. В частности, по поводу приведенного утверждения Г. Венециано о возникновении и эволюции космологической ЧД в его модели возникают следующие вопросы. Что такое материя и вещество снаружи ЧД? Что именно засасывала ЧД? Далее, существовало ли только одно дилатонное поле или были и другие формы материи? Планковское состояние Вселенной включало в себя уже не одно (что было бы предпочтительно с точки зрения единой теории), а по крайней мере, два материальных субстрата: материальные струны и дилатонное поле? И другие.

Согласно Г. Венециано, если проигрывать историю Вселенной назад, то кривизна пространства-времени будет расти, но не достигнет бесконечного значения, как в сингулярности, а в некоторый момент ее значение достигнет максимума и снова начнет уменьшаться. С точки зрения Г. Венециано, это — чистый вариант устранения сингулярности: «До появления теории струн физики отчаянно пытались придумать механизм, который мог бы так чисто устранить сингулярность»[251].

«В соответствии с такой моделью Вселенная перед Большим взрывом была почти идеальным зеркальным изображением самой себя после него»[252]. Но с этим трудно согласиться, либо необходимы какие-то дополнительные обоснования. По-видимому, Вселенная не может тождественно повторяться. Дело в том, что информация при коллапсе Вселенной, даже не доходя до сингулярности, а уже у планковского порога, разрушается. Это может происходить, например, вследствие действия мощных приливных сил, разрушающих любые структуры сжимающейся Вселенной, и следовательно, при этом происходит потеря информации о структурном устройстве Вселенной. Поэтому зеркального повторения Вселенной быть в принципе не может. Хотя Вселенная и может воспроизводиться, видоизменяясь. Эту особенность можно назвать принципом неповторимости нашей Вселенной.

Что же представляет собой Большой взрыв? Авторы этого сценария считают, что «Внутри черной дыры пространство и время меняются ролями: ее центр — не точка пространства, а момент времени. Падающая в черную дыру материя, приближаясь к центру, становится все более плотной. Но, достигнув максимальных значений, допускаемых теорией струн, плотность, температура и кривизна пространства-времени внезапно начинают уменьшаться. Момент такого реверсирования и есть то, что мы называем Большим взрывом. Внутренность одной из описанных черных дыр и стала нашей Вселенной»[253].

Г. Венециано проводит различие между струнной космологией и космологией на основе ОТО. «Общая теория относительности подразумевает конечность бытия — расширяющаяся Вселенная должна была возникнуть в результате Большого взрыва»[254]. Но ОТО — классическая теория, и она предсказывает возникновение Вселенной из физически бессмысленного с точки зрения этой теории сингулярного состояния. Все дело в том, что «в самом начале Большого взрыва теория относительности не действовала, поскольку все происходившие в тот момент процессы носили квантовый характер»[255]. В любом квантовом обобщении космологии сингулярность устраняется и все начинается с планковского состояния Вселенной. Вселенная, возможно, существовала и до планковской эпохи. «Симметрия теории струн предполагает, что у времени нет ни начала, ни конца. Вселенная могла возникнуть почти пустой и сформироваться к моменту Большого взрыва или пройти несколько циклов гибели и возрождения»[256]. В космологии «начала» космологи предложили следующие две альтернативы, связанные с объяснением однородности Вселенной: на начальной стадии развития Вселенная была либо намного меньше, либо намного старше, чем считалось раньше. Первая альтернатива связана с популярной в настоящее время моделью инфляционного расширения, которая объясняет ряд космологических проблем, однако в ней остаются пока без объяснения, по крайней мере, две концептуально важные вещи: что представлял собой инфлатон и откуда у него взялось столько потенциальной энергии? Согласно второй альтернативе не было никакого начала. «Если время началось не в момент Большого взрыва, а Вселенная возникла задолго до начала нынешнего космического расширения, то у материи было достаточно времени, чтобы плавно самоорганизоваться»[257].

Экпиротический сценарий. Другая популярная модель, подразумевающая существование Вселенной до Большого взрыва, — экпиротический сценарий (от греч. ekpyrotic — «пришедший из огня»), разработанный Д. Каури, П. Стейнхардтом, Б. Оврутом, Н. Зейбергом и Н. Тьюроком. Он основан на предположении, что наша Вселенная — одна из многих D-мембран, дрейфующих в многомерном пространстве. Мембраны притягиваются друг к другу, а когда они сталкиваются, в них может произойти то, что мы называем Большим взрывом.

Если наша Вселенная — многомерная мембрана, плавающая в еще более многомерном пространстве, то Большой взрыв, возможно, был результатом ее соударения с параллельной мембраной. Вот как этот процесс комментирует Г. Венециано: «Притягиваясь друг к другу, две почти пустые мембраны сжимаются в направлении, перпендикулярном направлению движения. Мембраны соударяются, и их кинетическая энергия преобразуется в материю и излучение. Это соударение и есть Большой взрыв. После удара мембраны расходятся и начинают расширяться с убывающей скоростью. Материя собирается в скопления галактик. В циклической модели силы притяжения замедляют движение расходящихся мембран. Материя разреживается. Мембраны останавливаются и снова начинают сближаться, расширяясь при этом с возрастающей скоростью»[258].

«Не исключено, что коллизии происходят циклически. Две мембраны могут сталкиваться, отскакивать друг от друга, расходиться, притягиваться одна к другой, снова соударяться и так далее. Расходясь после удара, они немного растягиваются, а при очередном сближении снова сжимаются. Когда направление движения мембраны сменяется на противоположное, она расширяется с ускорением, поэтому наблюдаемое ускоряющееся расширение Вселенной может указывать на предстоящее столкновение»[259].

«У предвзрывного и экпиротического сценариев есть общие особенности. Оба они начинаются с большой, холодной, почти пустой Вселенной, и обоим свойственна трудная (и пока нерешенная) проблема перехода от состояния перед Большим взрывом к стадии после него. Математически главное различие между двумя моделями заключается в поведении дилатона. В предвзрывном сценарии это поле и, соответственно, все силы природы изначально очень слабы и постепенно усиливаются, достигая максимума в момент Большого взрыва. Для экпиротической модели справедливо обратное: столкновение происходит тогда, когда значения сил минимальны.

Разработчики экпиротической схемы вначале надеялись, что слабость сил облегчит процедуру анализа столкновения, однако им приходится иметь дело с высокой кривизной пространства-времени, поэтому пока нельзя однозначно решить, удастся ли избежать сингулярности. Кроме того, этот сценарий должен протекать при весьма специфичных обстоятельствах. Например, перед самым столкновением мембраны должны быть почти идеально параллельны друг другу, иначе вызванный им Большой взрыв будет недостаточно однородным. В циклической версии эта проблема стоит не так остро: последовательные соударения позволили бы мембранам выровняться»[260].

Этот сценарий также ставит ряд концептуальных проблем. Прежде всего, сама модель столкновения вселенных. Даже если она верна, то это, на наш взгляд, — очень примитивное устройство реальности. По существу, этот сценарий остается в рамках корпускулярной парадигмы: «частицы» (частицеподобные объекты) движутся в пространстве и сталкиваются. Такой подход лишний раз доказывает, что в космологии не появилось новых фундаментальных представлений, новой парадигмы. Столкновение вселенных на бранах по существу сводится к онтологии (парадигме) столкновений макрообъектов или микрочастиц. Будем называть это корпускулярной парадигмой. Вселенная концептуально рассматривается здесь как отдельная частица, которая движется в пространстве и времени, потом «налетает», сталкивается с другой корпускулой-вселенной, происходит (гигантский) взрыв-отскок, и далее инфляционно-фридмановский сценарий эволюции каждой из столкнувшихся вселенных.

Но в этом сценарии каждая из вселенных на 3-бране должна сохраняться, поскольку в противном случае должна последовать вся дальнейшая идеология столкновения обычных объектов или микрообъектов: они либо должны развалиться на составляющие, либо должно будет произойти перемешивание разлетающихся осколков обеих вселенных и сформироваться смесь вселенных (термодинамически более предпочтительный вариант подобного рассмотрения должен вести к рассеиванию остатков сталкивающихся вселенных), либо должны родиться струи частиц-вселенных по аналогии с физикой высоких энергий, поскольку сталкивающиеся браны могут иметь планковский масштаб. Этот вариант предполагает также, что вселенные на бранах могут сталкиваться на любом этапе своей космологической эволюции: от квантового масштаба и даже планковского до мегаскопического.

Неясно, в каком смысле можно понимать предлагаемую трактовку столкновения бран как космологический Большой взрыв? И действительно, если сами браны остаются целостными и всего лишь деформируются (допускаем даже, что их целостность также может претерпеть небольшие изменения), то все, что внутри постоянно (по космологическим меркам), разрушается и вновь созидается. Но это только еще больше актуализирует проблему природы целостности браны-вселенной. С моей точки зрения, несомненно, что на уровне столкновения вселенных (если, конечно, же, он имеет место быть) необходимы принципиально новые космологические представления.

Возникает концептуальная дилемма: 1) распространить корпускулярные представления на всю наблюдаемую Вселенную и продолжать рассматривать ее в качестве, грубо говоря, бильярдного шара, который соударяется с другими шарами (хотя и с некоторыми частными различиями между шарами и вселенными); 2) искать принципиально новое понимание самой Вселенной¹. Если принять первую точку зрения, то соударение движущихся в пространстве 3-бран, фактически, продолжает механистическую парадигму. И действительно, здесь не предложено никакой концептуально новой формы движения — только перемещение в пространстве. Не предложено также никакой принципиально новой формы материи такого же уровня фундаментальной новизны, как электромагнитное поле в XIX веке или искривленное пространство-время в начале XX в. В принципе браны также можно рассматривать в качестве принципиально нового фундаментального физического объекта. Однако, согласно теории, с концептуальной точки зрения браны — это движущийся деформируемый р-мерный геометрический объект, и в этом вся новизна. И в принципиальном плане ситуацию не спасает то, что браны родились в муках в результате второй революции в теории струн. В этом плане для нахождения новой квантово-гравитационной онтологии можно привлечь мысль Б. Грина о необходимости поиска нового физического принципа, по мощности не уступающего принципу эквивалентности в ОТО[261].

В дополнение к этой принципиальной трудности можно добавить весьма специфическое требование параллельности бран при столкновении. Это необходимо для того, чтобы выдержать условие однородности Вселенной. Поскольку для произвольного движения двух бран вероятность их параллельности в момент соударения очень мала, то можно сделать вывод о том, что наша Вселенная в наблюдаемом виде — чрезвычайно случайное явление. Хотя, безусловно, можно придумать уточнение этой модели, скажем, допустив, что эти браны взаимодействуют друг с другом таким образом, чтобы при сближении все больше и больше параллелиться. А можно и другую версию. Это все допустимо и представляет собой производство моделей в теоретической физике, но здесь не хватает фундаментальности подхода. В настоящее время модельный подход в космологии является доминирующим теоретическим средством, и по-другому пока нельзя. Именно поэтому различные описания Вселенной и называют космологическими моделями. И именно поэтому пока не появилось фундаментальной теории Вселенной (хотя это словосочетание и режет слух).

Или еще проблема замкнутой целостности Вселенной. Что именно, какие силы, какие условия делают Вселенную целостным квазикорпускулярным объектом? Что делает ее целостной 3-браной? Что определят границу 3-браны как Вселенной? Наконец, не ясно, в каком смысле можно понимать предлагаемую трактовку столкновения бран как космологический Большой взрыв?

В современной космологии все яснее намечается методологический сдвиг в отношении понимания квантованно-сти. Квантовая механика как лабораторная наука, в которой, скажем, появление корпускулярных и волновых свойств, а соответственно, и корпускулярно-волнового дуализма определялось наличием макроскопических приборов определенного типа, выходит, так сказать, на арену своего чистого космологического существования. Чистого — в смысле нелабораторного, бесприборного. Каковы свойства квантовых объектов и процессов в этом случае? Современная физика экстраполирует лабораторную квантовую механику на уровень квантовой Вселенной, однако, на этом уровне необходима новая (в том числе квантовая) онтология. Да и будет ли сохранена квантовость в прежнем понимании на этом уровне — тоже большой вопрос.

Космологические модели с отскоком. В этих моделях Вселенная при сжатии не достигает сингулярности, а на уровне планковского масштаба испытывает своего рода большой отскок (Big Bounce) и вновь начинает расширяться. Вот как представляет себе процесс космологического отскока JI. Смолин. Исходным являются сильно изменяющиеся во времени геометрии внутри черных дыр, эволюцию которых позволяет описывать петлевая квантовая гравитация. Согласно расчетам, «время может продолжаться и за пределами точки, в которой классическая ОТО предсказывает, что оно должно закончиться»[262]. Где это происходит? По-видимому, внутри «вновь созданных областей пространства-времени», в которых сингулярность заменяется так называемым «пространственно-временным отскоком». «Прямо перед отскоком материя внутри черной дыры сжимается. Сразу после отскока она расширяется, но внутрь нового региона, который не существовал ранее»[263].

В отношении такой картины возникает множество вопросов. Не ясны слова о том, что «перед отскоком материя внутри черной дыры сжимается». Это довольно странно для черной дыры, в которой материя коллапсирует если уж не в сингулярность, то в планковское состояние. Если имеется в виду некоторая еще несколлапсированная «до планка» материя, то вряд ли этот процесс является определяющим. Если имеется в виду постоянно падающая на черную дыру материя, то в этом случае следует говорить о перманентном квантовом отскоке, что также вызывает сомнения.

Существует еще один перевод этого космологического процесса: космология Большого хлопка (Big Bounce). На мой взгляд, этот вариант не менее нагляден, если под руками, осуществляющими хлопок, понимать сначала кол-лапсирующую и затем расширяющуюся Вселенную. Поскольку схлопывается и расширяется одна и та же Вселенная, то вселенский хлопок можно ассоциировать с известным дзенским коаном, согласно которому нужно попытаться представить хлопок одной ладонью. Этот образ более адекватен этой космологической модели и даже более эзотеричен. К сожалению, поскольку дзенские коаны, по-видимому, невозможно постигнуть рационально, то дальнейшее осознание этого варианта может быть связано только с богатой интуицией теоретиков.

Отскок как повторяющееся событие маловероятен. Звезды и галактики не восстанавливаются. Можно предложить другую гипотезу. Коллапсируя, Вселенная сжимается до планковского масштаба, поэтому все размерности в этот момент одинаковы. Можно предположить, что все состояния Вселенной при этом равновероятны. Это можно рассматривать в качестве некоторого принципа квантовой космологии — принципа равновероятности состояний в планковском режиме. После Большого взрыва или отскока при расширении струны не обязательно должны будут намотаться на те же самые измерения. Поскольку все состояния равновероятны, то они могут намотаться на другие свернутые измерения, которые начнут распрямляться (расширяться). Вопрос состоит в следующем: если они намотаются на другие измерения, будет ли это та же самая, предыдущая Вселенная?

В модели космологического отскока М. Боджовальда присутствуют два «свободных» параметра, один из которых относится к предыдущей Вселенной, а другой — к нынешней. Однако у этих параметров есть интересная особенность — каждый из них не влияет на решения, относящиеся к другому периоду. Эти параметры являются комплементарными, отражающими квантовую неопределенность в объеме Вселенной до и после Большого хлопка. В рамках ПТКГ М. Боджовальд получил и другой важный вывод — по крайней мере один из параметров, описывающих Вселенную, не сохраняется при Большом хлопке, а это значит, что нам никогда не удастся получить точное описание предыдущей Вселенной, как и нельзя в точности ее воспроизвести в следующей «реинкарнации». Это свойство Вселенной М. Боджовальд назвал «космической забывчивостью».

Большинство современных космологических моделей рассматривают нашу Вселенную как гигантское по макроскопическим меркам образование, но все же локальное. При этом существует реальность за пределами Вселенной. На наш взгляд, это существенно снижает мировоззренческий статус Вселенной, но зато расширяет само мироздание. Наблюдаемая Вселенная становится физическим объектом и уже не может претендовать на всеобщность.

Примечания редактора (А.Д. Панов)

* В литературе нередко имеет место путаница, во-первых, по поводу того, что понимается под Большим взрывом, и, во-вторых, по поводу размеров Вселенной в момент Большого взрыва и после него.

Понятие Большого взрыва возникло в связи с космологическими моделями Фридмана-Робертсона-Уокера (ФРУ), которые имеют начальную сингулярность и расширение Вселенной из этой начальной сингулярности. Поэтому, на наш взгляд, корректным употреблением термина «Большой взрыв» следует считать его использование именно для обозначения Большого взрыва моделей ФРУ. В этом контексте Большой взрыв является «горячим Большим взрывом» — состоянием Вселенной с доминированием излучения и вещества (но не вакуума, квинтэссенции, скалярного поля в любой форме) при очень высокой начальной плотности и температуре и с быстрым последующим расширением. Именно таким способом понятие Большого взрыва трактуется в фундаментальной монографии Д.С. Горбунова и В.А. Рубакова «Введение в теорию ранней Вселенной. Теория горячего Большого взрыва» М.: Издательство ЛКИ, 2008. Однако далеко не все авторы так поступают. Несмотря на появление различных инфляционных и бранных космологических сценариев, понятие горячего Большого взрыва полностью сохраняет свое значение, так как горячий Большой взрыв почти заведомо остается одной из фаз в эволюции Вселенной. Чтобы не возникала путаница, все другие употребления понятия Большого взрыва надо бы явно оговаривать, что, однако, делается далеко не всегда (в частности, нельзя путать инфляционное расширение Вселенной с горячим Большим взрывом).

Если предположить, что в статье В.Д. Эрекаева под «Большим взрывом» понимается именно горячий Большой взрыв в смысле моделей ФРУ (а это подтверждается упоминанием высокой температуры и плотности вещества в момент Большого взрыва), то утверждение, что через какое-то время после Большого взрыва Вселенная имела размер порядка размера атома (10^-8 см), неверно.

Действительно, даже размер области, отвечающий видимому сейчас горизонту событий (т. е., отвечающий пространству и веществу, которое заведомо существует), уже в планковское время (порядка 10^-43сек), считая от момента формальной сингулярности космологической модели ФРУ, должен был составлять величину порядка 10^-4 см — в 10000 раз больше размеров атома. Эта величина легко получается в плоской модели ФРУ, к которой очень близка наблюдаемая Вселенная. Но ведь Метагалактика внутри наблюдаемого горизонта — это, скорее всего, лишь ничтожная часть нашей Вселенной, так что размеры Вселенной в планковское время надо считать еще много большими. Это тем более должно было иметь место во все более поздние времена (после горячего Большого взрыва), а более ранние времена (в модели ФРУ) рассматривать нет смысла, т. к. это заведомо квантовогравитационный режим, в котором фридмановская космология не работает. Горячая Вселенная, т. е. Вселенная в любой момент времени после горячего Большого взрыва, никогда не имела размера атома, а всегда была много больше (фактически — в неисчислимое число раз больше).

Дадим небольшой комментарий по поводу понятия «размера Вселенной» в моделях ФРУ, так как по этому поводу в литературе часто допускаются «наглядные», но очень упрощенные и неточные утверждения (вроде: Вселенная возникла из точки).

Однородные и изотропные космологические модели бывают трех типов: открытые, плоские и закрытые. Все типы моделей формально содержат начальную сингулярность. Все три типа моделей характеризуются масштабным фактором, который вблизи сингулярности стремится к нулю, а со временем увеличивается, что и интерпретируется как расширение Вселенной (взрыв). Но если в закрытой модели масштабному фактору действительно можно придать смысл размера или радиуса Вселенной, то в открытой и плоской модели масштабные факторы не являются размером чего-либо, а являются просто произвольным масштабом размерности длины, который используется для вычисления реальных значений координат, и для которого имеет смысл только относительное увеличение[264]. При этом открытая и плоская модель в любой момент времени вплоть до сингулярности имеют бесконечный объем, и только объем закрытой модели действительно растет, начиная с нуля. Важно следующее: уже в момент рождения плоская и открытая Вселенная в модели ФРУ должна рассматриваться как бесконечная, и в дальнейшей эволюции эта бесконечность только «еще больше растягивается».

Таким образом, в космологических моделях ФРУ можно говорить о размере только закрытой Вселенной. Строго говоря, точно неизвестно, является ли наша Вселенная открытой, плоской, или закрытой с точки зрения космологии ФРУ. Может быть, если она закрытая, то все-таки можно говорить об очень маленьком начальном размере в момент Большого взрыва? Нет, в момент, когда Вселенная перешла в горячее состояние, что и следует отождествлять с реальным началом горячего Большого взрыва нашей Вселенной, она уже была практически плоской, т. е. радиус соответствующей замкнутой Вселенной должен быть огромен, огромны и ее размеры (что и подтверждается оценкой размера горизонта, приведенной выше). Даже если наша Вселенная замкнута, на стадии горячего взрыва она никогда не имела малый размер.

Откуда же берутся утверждения, постоянно встречающиеся в популярной (и не очень) литературе, что «Вселенная возникла из точки»? Это утверждение может иметь два различных источника. Во-первых, оно может быть понято как метафора, в том смысле, что любые два объекта, между которыми сейчас расстояние конечно или даже велико, когда-то были крайне близки (помещались «в одной точке»). Во-вторых, утверждение может относиться не к горячему Большому взрыву, а к начальной стадии инфляции из квантовой флуктуации поля инфлатона (которая, в общем случае, не обязана присутствовать в космологическом сценарии: ее нет в бранных сценариях).

О малых начальных размерах Вселенной действительно можно говорить, если подразумевать под ними не ее размер в момент горячего Большого взрыва или после него, но размер раздувающегося пузыря нашей локальной Вселенной (или какой-нибудь другой), в рамках инфляционной космологии, имея в виду период от возникновения квантовой флуктуации ДО момента горячего Большого взрыва. Здесь размер пузыря действительно может (хотя и не обязан) меняться от микроскопического в момент начала раздувания, до чудовищного в момент разогрева Вселенной в Большом взрыве (он может пройти и через размер атома, который, однако, в этом сценарии ничем не выделен, и не означает перехода от квантовой стадии эволюции к классической). Если уж говорить о малом начальном размере Вселенной, то надо четко обозначать, что это понятие, во-первых, имеет отношение к истории Вселенной ДО горячего Большого взрыва — к квантовому рождению и последующей инфляционной стадии; во-вторых, надо понимать, что вопрос о размере начальной квантовой флуктуации пока неясен; и, в-третьих, не следует забывать, что есть космологические сценарии (бранные), в которых вообще нет никакого квантового рождения Вселенной из флуктуации и нет малых размеров чего-либо, связанного с этим событием. Часто все эти тонкости опускаются, что вводит читателей в заблуждение.

** «Этот вывод меняет представление о сингулярном состоянии Вселенной непосредственно в момент Большого взрыва».

Инфляционная космология, как и бранная, вообще говоря, не содержит представлений о сингулярном состоянии Вселенной ни в момент горячего Большого взрыва, ни когда бы то ни было до него. Никакой неизбежной сингулярности в современной, но неквантово-гравитационной, космологии нет. И в инфляционной, и в бранной космологии Вселенная в момент горячего взрыва очень велика и обладает конечной плотностью и температурой (которая в инфляционной космологии определяется плотностью энергии поля инфлатона на момент фазового перехода). Начальная сингулярность инфляционного периода (до горячего Большого взрыва! см. предыдущее примечание) в большинстве инфляционных сценариев явно устраняется началом расширения Вселенной из предполагаемой квантовой флуктуации скалярного поля инфлатона, которая имеет конечный размер, и для описания которой, вообще говоря, квантовая гравитация может и не потребоваться (это обычная квантовая флуктуация поля вроде той, которая определяет наблюдаемый эффект Казимира). По этому поводу А. Линде написал¹: «В этом отношении инфляционная космология обладает очень важным преимуществом: она работает практически независимо от решения проблемы сингулярности. Она одинаково хорошо работает после сингулярности, после отскока, или после квантового рождения вселенной. Этот факт особенно ясен в сценарии вечной инфляции: вечная инфляция делает процессы, которые происходят в области большого взрыва

’ A. Linde. Inflationary Cosmology // Lect.Notes Phys. V. 738(2008). P. 1–54 (arXiv:0705.0164v2 [hep-th]).

практически не имеющими отношения к последующей эволюции вселенной» {перевод с англ. А.П.). Заметим, что в цитированном отрывке А. Линде понимает под большим взрывом не горячий Большой взрыв, и даже не начало инфляции нашей Вселенной, но начало первого в Мультиверсе инфляционного расширения (если таковое вообще было, по поводу чего Линде в цитированном обзоре высказывает сомнение), с которого все началось, или даже начало самого Мультиверса — начало процесса вечной инфляции. То, что есть необходимость в начале Мультиверса — тоже, как считает Линде, сомнительно.

Представление о сингулярности содержит классическая фридмановская космология (и другие классические космологии), что делает классические решения расходящимися. В этом состоит классическая проблема сингулярности в космологии. Теория струн вместе с ПТКГ показывают, что даже из идеализированного классического сценария (который игнорирует проблему происхождения горячего Большого взрыва) можно устранить сингулярность благодаря эффектам квантовой гравитации. Точное утверждение состоит в том, что из-за эффектов квантовой гравитации перестает работать теорема Пенроуза о сингулярности. Целью анализа космологической сингулярности в квантовых теориях гравитации является не столько вопрос о том, как на самом деле Вселенная решает проблему сингулярности, сколько более формальный вопрос о том, не являются ли решения ОТО противоречивыми, и является ли сингулярность в решениях ОТО неизбежной. В литературе иногда перемешивается одно с другим (устранение сингулярности в инфляционном сценарии и в космологии вообще и устранение сингулярности из классических решений ОТО), что порождает путаницу. Эта путаница присутствует, например, у Б. Грина в «Элегантной Вселенной»[265]: «…для исключения бесконечной температуры и плотности энергии, которые возникают в стандартной и инфляционной модели….» (стр. 234). В действительности, в стандартной модели бесконечная температура и плотность энергии возникают, а в инфляционной — нет. Этой неточности уже нет в новой книге Б. Грина «Ткань космоса»[266].

Другим выражением путаницы является то, что некоторые авторы, работающие в области квантовой космологии и квантовой гравитации, то ли не очень понимают, то ли сознательно игнорируют, что в инфляционной космологии проблема сингулярности не встает. Так Мартин Боджовальд в обзоре «Петлевая квантовая космология»[267] так представляет задачу квантовой гравитации в космологии: «Ожидается, что квантовая гравитация будет необходима для понимания ситуации в случаях, когда классическая общая теория относительности терпит неудачу. В частности, в космологии приходится иметь дело с начальными сингулярностями, иначе говоря, с тем фактом, что обратная эволюция классического пространства-времени неизбежно приходит к концу за конечное собственное время. Это представляет собой крах классической картины и требует для описания расширенной теории» (перевод с английского А.П.). То, что в инфляционной космологии проблема сингулярности вообще говоря не встает, Мартин Боджовальд не отмечает, вместо этого он настаивает на использовании расширенной теории (квантовой гравитации), и, более того, среди 314 литературных ссылок в цитированном обзоре нет ни одной ссылки на ставшие уже классическими статьи по инфляционной космологии (что по меньшей мере странно для фундаментального обзора по космологии).

Эта путаница еще более усиливается из-за того, что формальное решение проблемы космологической сингулярности с использованием квантовой гравитации приносит неожиданный бонус: оказывается, что некоторые теории квантовой гравитации (в частности, петлевая гравитация) не только устраняют сингулярность, но могут описать и некоторые варианты процесса инфляции, в которой инфляция имеет чисто квантово-гравитационное происхождение². То есть, естественное устранение проблемы сингулярности в теориях инфляции не следует путать с тем, что некоторые квантовые теории гравитации способны формально (т. е. независимо от проблемы происхождения горячего Большого взрыва) устранить сингулярность из классических космологических решений, и при этом еще предложить квантово-гравитационную модель инфляции.