Современная космология: философские горизонты

Я. В. Тарароев

Ретроспективно рассматривая историю развития космологии от мифа и античности до релятивистской космологической парадигмы, можно констатировать, что, несмотря на содержательное отличие друг от друга различных космологических концепций, всем им было присуще одно свойство, на обобщении которого и был сформулирован ещё один, уже не собственно космологический, а скорее философско-космологический концепт, который может быть назван «Универсумом». Его суть заключается в том, что космос, даже вне зависимости от того, конечен он или бесконечен в пространстве, представлялся единственным и неповторимым, «вбирающим» в себя все потенциальные и актуальные формы материи. Физическая реальность космоса во всех космологических концепциях представлялась онтологически универсальной в том смысле, что никаких форм и видов материи вне космоса не существовало. В случае пространственно конечной Вселенной все чувственно воспринимаемые типы реальности находились «внутри» её[294]. Даже в релятивистской космологии, где закрытая модель не имела границ, объем Вселенной был конечен и вопрос о физической реальности вне этого объёма считался некорректным. Как отмечал один из крупнейших астрофизиков XX столетия И.С. Шкловский: «…если Вселенная замкнута, то что же находится за её пределами? Конечно, можно было бы представить себе и другие Вселенные, более или менее сходные с нашей, если бы Мир (или «Сверхвселенная») был многообразием пяти или большего количества измерений. Нет, однако, никаких серьёзных оснований в пользу этого произвольного предположения…»[295]. В случае пространственно бесконечной Вселенной концепт Универсума предполагал, что космос пространственно однороден, и мы наблюдаем типичную часть Вселенной. Таким образом, в содержании понятия «Универсум» с необходимостью присутствовали качества, которые можно охарактеризовать, как «единственность» и «однородность», некая «монолитность» и «универсальность» физических форм бытия.

Инфляционная парадигма нарушила эту многотысячелетнюю традицию. Действительно, реализация инфляционного сценария, т. е. раздувание пространства Вселенной на самых ранних этапах её эволюции, требует того, чтобы подобное событие происходило не однажды и не единственный раз. В теории хаотической инфляции А.Д. Линде стремительно расширяется не один пространственно временной пузырёк планковских размеров, раздувание пространства происходит везде, по всему «объёму»[296] высокоэнергетического физического вакуума, где для этого случайным образом появляются необходимые условия. Те из пузырьков, где подобные условия появились, раздуваясь, рождают собой новые вселенные, одной из которых есть наша. Причём, свойства и характеристики физической реальности «внутри» этого пузырька (а значит и свойства каждой из вселенных) определяются случайным образом квантовыми характеристиками пузырька на момент начала раздувания. Эти характеристики могут быть совершенно разными для каждого из пузырьков планковского размера, и именно эта неоднородность высокоэнергетического физического вакуума, выраженная, в том числе, и в квантовом характере пространственно-временных характеристик, является основой мультиверсального представления мира в целом. Раздувающиеся пузырьки (вселенные) могут, согласно А.Д. Линде, иметь различные виды и типы элементарных носителей полей и элементарных частиц вещества (а значит и другие типы и виды более высокоорганизованной материи или же не иметь таковой вообще), другие пространственные и временные характеристики (например, размерность пространства-времени может быть не как в нашей Вселенной 3+1 (3 пространственных компоненты, а 1 — временная), а допустим 3+3 или 1+3). Можно сделать предположения, что эти другие вселенные могут отличаться от нашей более кардинальным образом. Кроме вещества и поля (или вместо них) они могут состоять из других, совершенно не ведомых нам форм материи, соответственно, и описываться не пространственно-временными, а ещё более общими характеристиками, для которых пространство и время выступает частным случаем. При этом не исключено, что эти иные вселенные могут характеризовать не пространственно-временные, а иные, равнозначные и соподчинённые им параметры.

Все эти вселенные, вместе с нашей, существуют не потенциально, а актуально, и с точки зрения онтологии являются такими же элементами реальности, как и чувственно воспринимаемая нами Вселенная. Нельзя исключить, что они смогут быть восприняты нашими органами чувств, однако способности последних слишком ограничены, чтобы мы могли говорить об этом всерьёз. Впрочем, даже по имеющимся эмпирическим данным, в частности, по наблюдениям анизотропии реликтового излучения делаются попытки каким-либо образом получить количественные характеристики Мультиверса[297]. Однако эти попытки ещё слишком просты по итоговым результатам. Концепция Мультиверса в этом смысле опирается на весьма скудную опосредованную эмпирическую базу и является теоретическим концептом, а не эмпирической данностью. Эта неординарная, по крайней мере, для предшествующей физики, ситуация стала объектом пристального анализа и исследования не только и не столько философов, сколько самих творцов мультиверсальной картины мира — космологов и физиков, подталкивая их к достаточно интересным, а порой и радикальным философским следствиям. Наиболее фундаментальные проблемы, возникающие в связи с мультиверсальным представлением мира, традиционно могут быть отнесены к двум наиболее значимым разделам философии: гносеологии (и отчасти методологии) и онтологии. Гносеологическо-методологический аспект рассматривает процесс познания, решая проблему его развития в отсутствии непосредственных эмпирических данных². Онтологическая составляющая мультиверсальной проблемы связана с постановкой вопроса об основах физической реальности. В качестве примера решения этого вопроса можно указать подход М. Тегмарка³, в котором оно (решение) определяется в контексте ещё античного спора Платона и Аристотеля о значимости чувственных составляющих окружающей нас реальности. Концепция М. Тегмарка, разрабатываемая им на основании мультиверсальной картины мира, «реабилитирует» платонизм в его традиционном классическом понимании как примат «вне, сверхчувственного» над «чувственным», и соответственно рассмотрение идеальных логических и математических конструкций как «порождающих моделей» мира в целом. Кроме того, достаточно широкое развитие и освещение в контексте мультиверсальных космологических представлений получила тема антропного принципа[298]. Как самостоятельная проблема она была сформулирована ещё во второй половине XX столетия, до возникновения и инфляционной космологии, и мультиверсальной картины мира, но именно в них она нашла свое «физическое решение».

Космологическая картина множественности вселенных, возникающих из первичного высокоэнергетического физического вакуума, физические основы которой были заложены в 80-х годах XX столетия, в смысле описания реальности как множества имела более ранний «прообраз». Его появление связано с квантовой механикой, а само представление о множественности реальностей получило название «многомировая интерпретация квантовой механики». Её суть заключена в том, что её авторы, Эверет и Уилер, предлагают[299] решение проблемы редукции волновой функции путём элементарного отказа от самого феномена редукции. Суперпозиция волновой функции Ψ(х) = Ψ^/₁(х)+ Ψ₂(х)+…+Ψ_k(х) описывает не потенциальные, а актуальные состояния. Иными словами, каждая волновая функция Ψ_i(х) описывает свою, отдельную, вполне актуально существующую вселенную. Сама же редукция волновой функции (т. е. акт измерения) означает, что наблюдатель обнаружил себя в одной из эверетовских вселенных, тогда как другие вселенные остались без него. Таким образом, многомировая интерпретация отказывается от одного из основных положений квантовой механики — о потенциальном существовании квантовых объектов в форме потенциального многообразия состояний и актуализации одного из них в акте измерения. Взамен этого она утверждает положение об актуальном существовании многообразия состояний и переход к эмпирическому восприятию одного из них в процедуре измерения. Каждый акт измерения выявляет свой пласт новых вселенных. Слабость этой концепции заключается в том, что она не даёт ответа на вопрос: «Как данный наблюдатель оказался в данном эверетовском мире?», т. е. каков механизм «переноса» в акте измерения наблюдателя из одной вселенной в другую. Однако, несмотря на это, многомировая интерпретация квантовой механики привлекает к себе внимание и имеет своих сторонников[300]. Очевидно, что многомировую интерпретацию квантовой механики действительно можно назвать «прообразом» мультиверсальной картины мира, поскольку она носит логически-объясняющий характер, постулируя идею множественности физической реальности, но не предлагая никаких, кроме описания при помощи вероятности, физических механизмов описания и «функционирования» этой множественности. «Обобщённая» физическая реальность[301], описываемая теорией Мультиверса (частным случаем которой является наша и другие вселенные), для своего описания требует нового языка и генезиса новых физических концептов. Процессы инфляции (раздувания пузырей (они же домены)), процессы их рождения, «формирование» физических и геометрических свойств вселенных есть, прежде всего, процессы, происходящие на уровне микромира — на планковских масштабах, причём, с огромными энергиями. Квантовая механика не может в полной мере выполнить эти задачи, поскольку её эмпирическая составляющая и её теоретический аппарат были сформированы для физических процессов, происходящих на больших масштабах и с меньшими энергиями.

Основным «претендентом» на описание такой «интегрированной физической реальности» как оснований физического мира является теория струн/М-теория.

В своём интервью[302] российскому сайту «Элементы» Дэвид Гросс говорит о том, что современные тенденции дальнейшего развития теории струн ведут к генезису принципиально нового обобщённого физического концепта, для которого концепт пространства-времени будет производным, частным. «Переходной формой» (в логико-содержательном смысле) от этого «обобщённого концепта» к современному физическому представлению четырёхмерного пространства-времени нашей Вселенной, воспринимаемого нашими органами чувств, является многомерное пространство-время теории струн/М-теории, так называемое пространство Калаби-Яу. В настоящий момент именно многомерное пространство-время, как уже достаточно разработанный физический концепт, «несёт ответственность» за «реализацию» в современной физике и космологии принципов мультиверсальности, т. е. представление физической реальности как качественного многообразия форм и видов материи.

Проблема редукции (сведения) многомерной физической реальности к четырёхмерному пространству-времени (очевидно, что на языке космологии эта проблема интерпретируется как проблема возникновения нашей Вселенной) сложна не только в аспекте своего математического формализма, но и в смысловом и содержательным аспектах. На первых этапах своего развития и становления теория струн/М-теория предполагали, что в процессе возникновения нашей Вселенной дополнительные размерности пространства-времени компактифицировались, т. е. замыкались сами на себя, «сворачивались в трубочку» с радиусом, порядка планковских (10^-33) масштабов. Однако, как отмечает в вышеупомянутом интервью Д. Г росс, в последнее время было высказано предположение, что дополнительные измерения могут быть макро- и мегаскопическими, и находятся вне наших эмпирических возможностей только потому, что мы сами существуем на четырёхмерной бране, которую можно рассматривать как «сечение» пространства-времени более высоких размерностей.

Описание возникновения этого «сечения», а равно как компактификации остальных, больших, чем 4 размерностей пространства-времени, также сталкивается с идеей множественности, или качественного многообразия физических форм объективной реальности и вновь «выходит» на антропную тематику (хотя значительная часть специалистов, в том числе и Д. Гросс, с таким подходом не согласны). Проблема теории струн/М-теории заключается в том, что существует порядка 10¹⁰⁰ + 10¹⁰⁰⁰ возможных вариантов перехода от многомерия к четырёхмерию, в том числе и вариантов компактификации[303]. Каждому варианту перехода (метастабильному ложному вакууму) соответствует свой мир, эквивалентный в концепции мультиверсума отдельной вселенной, «пузырю» пространства-времени, имеющий свои физические формы материи, свои физические и геометрические законы и т. п. По крайней мере, на современном этапе развития теории струн/М-теории не существует однозначного теоретического механизма сведения многомерной физической струнной реальности к наблюдаемым нами физическим чувственным формам материи и пространства-времени. В силу этого сторонниками антропного решения этой проблемы утверждается, что множество метастабильных ложных вакуумов (множество миров) существуют актуально, а мы живём в одном из них, поскольку его свойства благоприятны для нашего существования. С лёгкой руки Л. Сасскинда эта проблема получила название «проблема ландшафта» теории струн/М-теории. Под «ландшафтом» здесь понимается[304] совокупность всех возможных четырёхмерных[305] миров (вселенных пузырей). Спор, который возник в связи с этой проблемой среди специалистов, носит скорее методологический (с оттенком онтологии) характер и касается того, существует ли актуально или нет множество метастабильных вакуумов (миров), и если да, то достаточно или нет антропного объяснения, который и предложил Сасскинд, для решения этой проблемы. Перспективы этого спора сейчас не берется предсказать никто, поскольку, как отмечает тот же Д. Гросс, теория струн/М-теория ещё очень далека от своего завершения, в том числе и в своих космологических приложениях, однако сам факт его наличия говорит о том, во-первых, что идея множественности представлений физической реальности или мультиверсальности проникает в самую основу физического знания[306], и, во-вторых, «наличие» антропного объяснения в космологии и связанной с ней теории струн/М-теории, проблема наблюдателя в квантовой физике, проблема операциональных измерений в ОТО и СТО говорят о том, что физическое знание приобретает всё более заметную «антропологическую составляющую», вне которой физико-космологическое знание не может в полной мере раскрыть своё научное содержание. Впрочем, анализ собственно антропного принципа — тема отдельной работы[307], а сейчас кратко подведём итоги становления и развития космологических концептов — космос, Вселенная, мир в науке XX и XXI столетий.

Рассматривая концепт космоса, Вселенной и мира в целом, которые в представлении универсума в значительной степени отождествлялись, можно, по нашему мнению, констатировать, что со времён античности и вплоть до XX столетия этот концепт формировался, исходя из непосредственной чувственной данности, наполняясь, по мере развития науки, новыми содержательными чертами. Говоря языком формальной логики, космос как объект исследования и анализа, а значит, как логический субъект S, был дан нам, прежде всего, чувственно, и уже при помощи теоретических и эмпирических исследований мы раскрывали его содержание. С этой точки зрения Вселенную, как единое целое, можно было рассматривать как субстанцию, как аристотелевскую «вещь», данную нам, прежде всего, непосредственно чувственно. Такой подход в космологии целиком и полностью укладывался в субстанциональную онтологическую схему оснований физических знаний¹, в которой субстанция (логический субъект S) раскладывалась в предикативный ряд S = ∑P_i, причём P_i, могли носить как эмпирический, так и теоретический характер. Одним из теоретических предикатов можно назвать принцип, называемый принципом Бруно, а также космологическим принципом. Согласно этому принципу, Вселенная, вне зависимости от местоположения наблюдателя, везде одна и та же. В ней не существует «особых мест», из которых картина мира «виделась» бы принципиально иной, чем из других. Легко понять, что такой подход и лежит в основе концепции универсума (за исключением античной концепции конечного космоса), и предполагает собой представление об однородности и изотропии Вселенной.

Ситуация существенным образом изменилась с возникновением и развитием релятивистской космологии. И хотя стационарная модель Эйнштейна, модели де Ситтера и Фридмана строились, исходя из предположения об однородности и изотропии пространства Вселенной, и охватывали собой наблюдаемую часть Вселенной (Метагалактику), причем предполагалось, что ненаблюдаемая часть тождественна наблюдаемой, проблемы релятивистской космологии, о которых говорилось выше, показали неэффективность и исчерпаемость такого подхода. Выйдя далеко за рамки непосредственных чувственных данных, мы тем самым теряем субстанциональность Вселенной и её целостную чувственную данность. Теперь объекты исследования S не даны нам непосредственно, и задачей исследования не является их разложение S = ∑P_i. С приходом и утверждением инфляционной парадигмы мы вынуждены конструировать космологические концепты из имеющихся в нашем распоряжении чувственных и теоретических предикатов согласно закону S = f(P_i). При этом функция f играет ту же роль, которую она играет и в сугубо физических концептах, подразумевая, прежде всего логические нормы, правила и принципы. В космологии, опирающейся на астрономические наблюдения, которые, в отличие от микромира, недостаточно «удалены» от повседневного человеческого опыта, в котором и «работает» логика Аристотеля, на современном этапе в генезисе основных космологических концептов, по крайней мере, до настоящего времени под функцией f можно понимать те же логические законы, которые использовались и при разложении в предикативный ряд в предшествующей онтологической парадигме. Однако переход от одной парадигмы к другой всё-таки имел последствия, которые заключались в разведении понятий «космос», «Вселенная», «мир». Каждое из них сконструировано из своих предикатов. Понятие «космос» после начала космической эры носит, в основном, прикладной характер, и под ним понимается та внеземная реальность, которую человек практически познает и осваивает в процессе своей жизнедеятельности. Понятия «ближний космос», «дальний космос», «открытый космос» как раз и характеризуют такое его понимание.

Понятие «Вселенная» отождествляется с нашим пузырём или доменом — областью пространства, которая имеет те же физические и пространственно-временные характеристики, что и непосредственно наблюдаемая нами область. Тёмная энергия, скрытая масса, относительная плотность, постоянная Хаббла, микроволновое излучение, инфляционное расширение и другое — вот те предикаты, из которых сконструирован данный концепт. Они носят как теоретический, так и эмпирический характер. Понятие Вселенной в этом смысле зависит от них функционально, и в случае каких-либо трансформаций в них изменяется и представление о Вселенной в целом. Так было, например, с открытием тёмной энергии, которое существенным образом заставило пересмотреть концепцию Вселенной. Собственно, это уже было очевидно в релятивистской космологии, где значение средней плотности определяло модель Вселенной в целом. В настоящее время количество таких параметров увеличилось (появилась, например, зависимость модели Вселенной от параметров микроволнового фона), и концепт «Вселенная в целом» стал функцией многих переменных.

Понятие «мир в целом» в связи с развитием мультивер-сальных представлений также претерпело существенные трансформации. Оно приняло разные формы (например, гиго-мир, мультиверсум), однако единого общепринятого термина, описывающего эту реальность, ещё нет. В отличие от понятий «космос» и «Вселенная» этот концепт целиком и полностью «вошел» во «внеэмпирическую область», и предикаты, от которых он функционально зависит, в подавляющем большинстве носят теоретический характер. В силу специфики этого понятия, которое, «интегрируя», охватывает собой все мыслимые (и даже не мыслимые) формы физической реальности, в будущем вполне может возникнуть вопрос о пересмотре вида функции / и постановке вопроса о необходимости введения в рассмотрение новых типов и видов логик, отличных от логики Аристотеля именно в контексте развития представлений о мире в целом. Однако это ещё весьма отдалённые перспективы.