Бэттлер, Алекс. Диалектика силы

Подождите немного. Документ загружается.

это и так, но время-то сохраняется, поскольку, даже если оно меньше

−

с, оно

все равно время, как бы ничтожно мало оно ни было.

Вернемся, однако, к "ничего". Рубаков повторяет: "на то оно 'ничего', что

там ничего не было" (до Большого взрыва). В связи с этим "ничего" другой аст-

рофизик, анг личанин Мартин Рис, замечает, что говорящие "Вселенная возник-

ла из ничего" должны "следить за своим языком, особенно при обращении к

философам"

. Поскольку любой философ тут же заметит, что если есть "там", то

уже нет и "ничего", так как в "ничего" не бывает и "там". Поскольку они не да-

ют определения понятия "ничего", то их утверждения о "возникновении Все-

ленной из ничего" лишаются научного смысла. Но как известно со времен

Анаксагора и Эмпедокла, из "ничего" не может произойти ничего, и несмотря

на это, Вселенная все-таки возникла. Каким же образом?

Перейдем на философские термины. Когда мы говорим ничто (эквивалент

"ничего"), мы противопоставляем ему нечто, каковым на уровне субстанций

является бытие. Точно так же, когда мы мыслим бытие, то наше мышление о

нем предполагает наличие небытия, т.е. ничто. По своей природе они хотя и

различны, но неразрывно связаны. Ничто существует так же как и бытие, по-

скольку мы представляем его, мыслим и говорим о нем. Оно есть; оно имеет

свое бытие в мышлении, представлении, речи и т.д. Отличие же заключается в

том, что если ничто присуще бытию, то бытие не присуще ничто, поскольку по-

следнее есть понятие, рефлектированное в мышлении или представлении, кото-

рое и есть бытие. Однако на уровне абстракции чистое бытие и чистое ничто

есть одно и то же, поскольку их различение происходит через взаимоопределе-

ния, т.е. через понятия, иначе говоря, через их субъективное предполагание. Но

это абстрактное тождество должно распасться, различиться в неком третьем,

которое есть становление, т.е. в переходе или движении одного в другое, кото-

рое результируется в наличном бытии.

Становление есть неразделенность бытия и ничто, т.е. определенное един-

ство, в котором есть и бытие, и ничто. Процесс становления проявляется через

прехождение, когда бытие переходит в ничто, и возникновени е, когда ничто пе-

реходит в бытие. Таким образом, становление происходит благодаря разности,

Rees, Martin, Just Six Numbers. The Deep Forces that Shape the Universe , р. 131.

но результатом становления является единство, в котором произошло исчезно-

вение бытия в ничто, ничто – в бытие, в конечном счете исчезновение бытия и

ничто вообще. Это снятие становления как переход бытия и ничто в единство

есть сущее, т.е. наличное бытие. И вот с этим наличным бытием мы и имеем де-

ло, когда познаем наличный мир, включая Вселенную.

Вернемся теперь к физическим реальностям. Одно время в Советском Сою-

зе группой ученых (Я.Б. Зельдович, Л.П. Питаевский, В.Ц. Гурович, А.А. Ста-

робинский, А. Линде) была выдвинута концепция образования Вселенной из

вакуума, позволяющая обойти сингулярность. Иначе говоря, отсчет Вселенной

начинается не с нуля, а от "минуса бесконечности". Такой подход как раз и

нацеливал на развитие теории квантовой гравитации, ведущей к возможности

квантового флуктуационного рождения Вселенной, ее создания из "ничего", ко-

торое на самом деле есть "нечто", т.е. вакуум.

Этот вакуум состоит из виртуальных частиц, которые вроде бы нельзя за-

фиксировать, но тем не менее они могут взаимодействовать с частицами реаль-

ными и влиять на их поведение. При этом вакуум является материальной средой,

подчиняется физическим законам, взаимодействует с обычным веществом и

определяет его свойства и свойства пространства. В отличие от элементарных

частиц в акуумные существуют ничтожно малое время по сравнению со своими

реальными двойниками и поэтому "освобождены" от подчинения в классиче-

ском смысле закону сохранения массы-энергии

Обычно Большой взрыв описывается через прохождение ряда фаз (см. вы-

ше). Сторонники "вакуума" считают, что перед фазовым переходом вся энергия

была сосредоточена в вакууме, а на долю самого вещества приходилась ни-

чтожная ее часть. После же перехода начальной фазы избыточная энерги я ваку-

ума трансформировалась в энергию вещества, которое появилось при самом фа-

зовом переходе в виде пары "частица-античастица" и квантов излучени я. То

есть виртуальные частицы обрели кровь и плоть. Произошла перекачка энергии

в вещество

. Это означает, что в момент взрыва различие сил не существовало;

Популярное изложение о вакууме см.: Подольный Роман. Нечто по имени ничтно.

Подр. см.: Подольный, с. 105–107; так же Ровинский Р. Развивающаяся Вселенная. Чирков Ю.

Охота за кварками, с. 120–124.

они появились позже.

Вакуумная теория описана подробно во многих книгах и статьях, в том чис-

ле и в упомянутой в сносках книге Ровинского. Он, правда, полагает, что "еди-

ная фундаментальная сила, объединяющая сильное и слабое взаимодействие",

плюс гравитация существовала в среде температуры

, т.е. не "в начале".

Однако вакуумный подход на некоторое время потеснила сингулярная тео-

рия. Но с конца 1990-х годов вакуум вновь всплывает наружу в связи с изучени-

ем темной э нергии, но поначалу необходимо сказать несколько слов о темной

материи.

Напомню, что история темной материи восходит к 1933 г., когда американ-

ский ученый Фриц Цвики высказал предположение о том, что ядро скопления

галактик должно содержать больше материи, чем следует из опытных наблюде-

ний. В 1970-е годы различные космические лаборатории подтверждали явление

темной материи, но наиболее доказательным в ее пользу оказались наблюдения

космического микроволнового фона (КМФ) – реликтовое излучение Большого

взрыва, которое наполняет Вселенную. (Это открытие 1965 г. обязано А. Пенси-

азу и Р. Вилсону.) Эти наблюдения позволили внести в теорию эволюции Все-

ленной и ее структуру новую составляющую – темную материю.

Естественно, возникает вопрос: из чего состоит темная материя? Какие ча-

стицы ее образуют? Высказывались различные гипотезы, среди которых канди-

датом на такую частицу предлагались частички из семейства суперсимметрич-

ных частиц, или экзотический "аксион", или еще более экзотический вариант –

сами черные дыры. Как бы то ни было, в описании Вселенной космологисты

начали учитывать и плотность темной материи.

Теперь о темной энергии, с которой связана космологическая константа λ

(лямбда). У этой энергии много названий: вакуумная энергия, квантовая пустота,

квантовое поле, но нередко и просто Пустота. О ней заговорили с 1998 г., когда

команда Саула Перлмуттера из Калифорнийского университета (Беркли) на ос-

нове изучения сверхновой (звезды) сделала вывод о не просто расширяющейся

Вселенной, а расширяющейся ускоренными темпами.

Выше мельком отмечалось, что "пустого вакуума" в природе не существует.

Кроме того, и потому, что "пустота" не обладает энтропией, которая заполняет

всю Вселенную. Следовательно, "пустой" Вселенной не может быть в принципе.

Помимо этого, если вакуумная энергия существует во Вселенной, т.е. обладает

атрибутами пространства-времени, она неизбежно должна обладать материаль-

ностью с присущими ей движением и силой. Нет материи, нет пространства и

времени. Весь вопрос в том, что это за материя, обладающая качествами оттал-

кивания?

Квантовая теория поля предполагает, что хаотичные флуктуации энергии

постоянно создают виртуальные субатомные частички, но их результирующаяся

вакуумная энергия должна быть столь громадной, чтобы обладать отталкиваю-

щей силой в 10

120

раз больше той, что мы наблюдаем. Можно, правда, предпо-

ложить, что некоторые частицы имеют отри цательную энергию, уничтожаю-

щую излишки, оставляя только ту часть, которая достаточна для объяснения

ускорения расширяющейся Вселенной. Этот вариант отвергается многими фи-

зиками. Другие предполагают, что отталкивающая энергия – ее иногда называ-

ют "квинтэссенция" – постепенно изменилась во времени, но тем не менее, ее

отрицательная гравитационная сила осталась достаточной, чтобы "растаски-

вать" галактики. Этот вариант отвергается "мембранистами" (которые уже упо-

минались), но особенно активно космогонистом из Чикагского университета

Шоном Кэролом

Существует еще одна необычная концепция, которую разрабатывает интер-

национальная бригада из Гарвардского университета (Нима Аркани-Хамед,

Син-тя Ченг, Маркус Льюти и Синдзи Мукохияма). Она полагает, что темная

материя, темная энергия и инфляционные силы на самом деле одно и то же, т.е.

управляются одним сверхмощным флюидом, который они назвали "призрачным

конденсатом" (ghost condensate). Эта безмассовая частица-невидимка, обладаю-

щая антигравитационными качествами, распространяется по всей Вселенной,

ускоряя темпы ее расширения. По мнению этих ученых, такая концепция реша-

ет и проблему квантовой флуктуации в момент Большого взрыва

. На самом де-

ле их концепция мало что добавляет к варианту о частицах "квинтэссенции".

И тем не менее, несмотря на множество вариантов и концепций о темной

энергии, ее значение, так же как и значение черной материи, с их зафиксиро-

См.: Carroll, Sean, "Filling in the background," Nature (6 March 2003).

См.: Battersby, Stephen, "The ghost in the cosmos," NewScientist (7 February 2004): 32–35.

ванными числовыми параметрами (относящимися к плотности), астрофизики

учитывают при моделировании структуры Вселенной.

Так, один из вариантов эволюции Вселенной описывается двумя уравнени-

ями (выведенными из уравнения Эйнштейна), которые содержат три свободных

параметра: константа Хаббла Н0, которая характеризует скорость расширения

Вселенной; плотность массы ΩМ и плотность энергии вакуума ΩΛ, обе из кото-

рых определяются относительно критической плотности (0,9 х 10

-29

г см

-3

Причина – расширение Вселенной в Б ольшом взрыве. Это расширение замедля-

ется гравитационным притяжением масс во Вселенной, но поддерживается ва-

куумной энергией. Будет ли Вселенная расширяться всегда или, в конц е концов,

испытает коллапс, зависит от баланса между массой и вакуумной энергией.

Такой вывод ведет к предположению, что и сам Большой взрыв произошел в

результате нарушения баланса "ничтожной массы" и вакуума предвзрывного

состояния сгустка.

Современные космогонисты в результате ряда экспериментов сделали два

важных заключения. Японский астрофизик Масатака Фукугита пишет: "Первое.

Полная плотность “масс-энергии” Вселенной близка к критической величине,

т.е. ΩМ + ΩΛ ≈ 1. Плотность материи (видимой и темной) составляет только

27% критической величины, остальное связано с плотностью вакуумной энер-

гии и, следовательно, с космологической константой. Это один из наиболее

несомненных аргументов в пользу космологической константы, отличной от

нуля. Это было в течение многих лет проклятием для физиков, особенно для

Эйнштейна, который ввел эту константу, но потом отрекся от нее.

Второе заключение, которое следует из данных КМФ, что во Вселенной

плотность темной материи ΩDM равна 0,23, а плотность обычной (барионной)

материи ΩB равна 0,04. Эти величины связаны с данными из оптических

наблюдений – яркое подтверждение того, что основные модели правильны.

Также можно заключить, что состав Вселенной следующий: 73% темная (или

вакуумная) энергия, 23% темная материя и 4% обычная материя (из нее только

0,5% видимая с использованием оптической астрономии и 0,5% видимая как

рентгеновское излучение). По каким-то причинам большая часть энергии во

Вселенной хранится в ненаблюдаемой форме"

Следует подчеркнуть, что все приведенные вычисления и поиски направле-

ны на то, чтобы ответить на вопрос: конечна ли Вселенная или бесконечна. Но

эти исследования тем не менее не отвечают на вопрос, что происходило в эпоху

"от 0 до

−

с", в так называемый "планковский" интервал времени. И в конеч-

ном счете, что было до момента t = 0? Хотя, как уже говорилось, вакуумная

концепция дает почву для размышлений на этот счет, однако они получаются

слишком умозрительными и уязвимыми. Например, российский ученый Ф.А.

Цицин правомерно ставит вопрос: откуда вообще берутся эти пресловутые

−

с? И отвечает: "Ответ прост: мы находим (вычисляем) этот момент (нахо-

дящийся в планковской эпохе эволюции Вселенной, когда ОТО неприложима),

предположив неявно, что она там приложима!.. Излишне доказывать, что этот

„метод” локализации сингулярности трогательно наивен, хотя и не столь уж

редко встречается в науке... Естественно, получаемая таким хитрым способом

количественная оценка длительности „планковской эпохи” эволюции Вселен-

ной, знаменитое

−

с, не имеет ни малейшего смысла (что, разумеется, никак

не дискредитирует эту величину как планковский „квант времени”, получаемый

из теории размерности)"

Исходя из подобного вывода, он вообще ставит под сомнение все теории

сингулярности и, опираясь на работы А. Линде, утверждает, что "представление

о конечности "возраста Вселенной" является неправомерным" (там же). Он при-

водит такую цитату и з доклада (1991 г.) самого А. Линде: "Теория сингулярно-

сти в нуле неприложима. Не было единого начала мира. Не может быть и еди-

ного конца".

Из всего этого делается главный вывод о том, что, дескать, "в наши дни, по-

сле десятилетий господства стандартной релятивистской космологической мо-

дели, утверждавшей в основном варианте именно конечность возраста Вселен-

ной, прои сходит возврат... к классическому представлению о бесконечности

предшествующей (и будущей) истории Вселенной", в другом месте – "Большой

Masataka Fukugita, "The dark side,"Nature (3 April, 2003): 490. Вместе с тем следует отметить,

что есть ученые (в основном из европейцев), которые отрицают существование "черной мате-

рии". – См.: Chown, Marcus, "Is dark energy a mirage?", NewScientist (6 December, 2003): 5–6.

Цицин Ф.А. Астрономическая картина м ира: новые аспекты.

Вселенной" (там же).

Конечно, такой подход имеет право на существование. Но меня смущает не-

сколько положений. Во-первых, Линде пишет о бесконечности "мира", а не

нашей Вселенной, которая в рамках его концепции "хаотичного раздувания"

встроена во Вселенную, состоящую из множества вселенных. Отсюда даже "ко-

нец" нашей Вселенной не означает конца мегамира. И во-вторых, что относится

уже к философии, "бесконечность" может существовать только н аряду с "ко-

нечностью", о чем уже говорилось выше. В-третьи х, концепция Линде является

всего лишь одной из нескольких концепций, которая к тому же подвергается

сомнениям. К упомянутым выше критикам его концепции я могу добавить и М.

Риса, который полагает, что расчеты, приведенные "Линде и другими", для до-

казательства своей версии являются "в высшей степени произвольными"

Наконец, если судить по работам на Западе, господствуют все-таки теории про-

исхождения Вселенной с ее началом и концом, хотя и в несколько ином виде,

чем это было в 80–90-е годы. Иной вид ей придают уже упоминавшиеся темная

материя и энергия.

Для примера прив еду взгляд группы американских астрофизиков из Дарт-

мутского университета (Нью-Хэмпшир, США) под руководством Роберта Кол-

дуэлла. Эта группа полагает, что расширение Вселенной будет продолжаться

еще где-то 20–22 млрд лет с нарастающим ускорением под воздействием зага-

дочной темной энергии. Это приведет к тому, что не только все космические

объекты начнут разлетаться все дальше друг от друга, но будут преодолены и

силы ядерного взаимодействия. Как полагает Колдуэлл, "расширение станет та-

ким быстрым, что буквально разорвет на части" галактики, звезды, Солнечную

систему, планеты. "В конце концов оно разорвет и материю. Мы не знаем, что

будет после этого. Но это будет выглядеть как конец времени"

. К такой точке

зрения, между прочим, склонялся и российский физик, лауреат Нобелевской

премии (2003 г.) академик Виталий Гинзбург.

Мы еще вернемся к этой теме, а пока попробуем разобраться с законами

Вселенной.

Rees, 151.

См.: Известия-Наука, 13.03. 2003.

4. Вселенная и законы

Были ли законы силы изначально заложены в сверхплотное вещество до его

взрыва или они возникли после взрыва? На эти вопросы нет однозначных отве-

тов.

Хочу напомнить, что существует несколько подходов на этот счет, которые

в систематизированном виде изложены у Бэрроу: а) законы предшествовали

возникновению Вселенной; б) первоначальное состояние Вселенной предше-

ствовало возникновению законов; в) законы и Вселенная возникли одновремен-

но; г) законов в ообще не существует; д) Вселенная вообще не существует

. Не-

редко законы отождествляются с богом (который как бы их сформулировал и

управляет ими). Следует подчеркнуть, что каждый из названных подходов,

включая два п оследних, имеет своих приверженцев. Я придерживаюсь второго

подхода (б). Но для начала разберем подход (а), вытекающий из теории супер-

гравитации. Ее приводит Барри Паркер.

Прежде всего он фиксирует, что в принципе во Вселенной есть два типа

фундаментальных частиц: частицы вещества (например, протоны и электроны)

и частицы – переносчики взаимодействия, называемые калибровочными части-

цами (например, фотоны и W-частицы)

. Первые относятся к классу фермионов,

вторые – бозонов. Под воздействием супергравитации фермионы могут превра-

щаться в бозоны и наоборот. Причем в самом начальном периоде бозоном был

гравитон (спин равен 2), а фермионом было гравитино (спин 3/2). (В теории

расширенной супергравитации, тесно связанной с теорией суперсимметрии, по-

являются и другие частицы, каждая из которых имеет "суперпартнера": элек-

трону /фермионы/ соответствует селектрон /бозон/, а фотону /бозону/ – фотино

/фермион/.) Их взаимодействие, точнее, взаимоуничтожение, и породило рас-

ширение Вселенной. Паркер пишет: "...Это означает, что в самом-самом начале

Вселенная была донельзя простой – возможно, в ней были частицы только од-

ного типа. Так должно было быть при температурах выше 10 (19) Гэв, п римерно

через 10(-43) с после Большого взрыва. До этого момента все четыре силы были

Barrow, 24.

Калибровочные частицы – бозоны – имеют целый спин, частицы вещества – фермионы – по-

луцелый спин (1/2, 3/2 и т. п.).

слиты воедино и существовал лишь один тип частиц"

. Другими словами, суще-

ствовала лишь одна сила – "сверхсила", породившая все известные теперь силы

и частицы. Их разделение происходило как при понижении температуры замер-

зает вода. Так, в интерпретации упоминавшегося астрофизика Мартина Риса

"фундаментальные силы – гравитационные, ядерные и электромагнитные – все

"вымерзли", когда упала температура до фиксируемых параметров N и E спо-

собом, который можно рассматривать как "случайный". Число Q было впечата-

но квантовой флуктуацией, когда вселенная была микроскопического размера"

В других работах дается иная последовательность разделения сил: через

−

с после Большого взрыва сильное взаимодействие отделилось от элект-

рослабых, что привело к выделению отдельных кварков и лептонов; ко времени

−

с электрослабое взаимодействие "раскололось" на слабые ядерные силы и

электромагнитные, в результате чего частицы, кроме фотонов и нейтрино, при-

обрели собственную массу

Суммируем: в момент Большого взрыва все законы были как бы заранее

сконденсированы в одной точке, т.е. в том самом сверхплотном веществе, кото-

рое и породило Большой взрыв. И впоследствии процесс расширения Вселенной

происходил по законам, которые были как бы в свернутом виде внутри точки

взрыва, грубо говоря, в неком сверхплотном космическом ДНК.

Подобные допущения возможны, если предположить, что законы функцио-

нирования этих четырех сил заранее были определены в изначальной единой

силе. В таком случае необходимо допустить предсказуемость конечного резуль-

тата движения материи, несмотря на бесконечное количество случайностей, с

которыми она сталкивалась в процессе своего становления в ту или иную це-

лостность. При этом не надо путать одной вещи. "Конец" Вселенной неизбежен

уже в силу того, что было "начало". Любая материальная структура имеет нача-

ло и конец. Но бесконечна сама материя со всеми ее атрибутами (сила, движе-

ние, пространство и время). Она была и до взрыва, останется и после "смерти"

Вселенной. Весь вопрос только в какой форме? Излучение? Поле? Черные ды-

ры?

Паркер, с. 314.

Rees, 153. N, E, Q – космические числа с четко зафикисрованными параметрами.

См.: Чирков, с.123–124.

100

Тем не менее такое допущение о возможности сконденсированности всех

законов в точке взрыва имело бы смысл, если бы его можно было бы подтвер-

дить аналогичными событиями в других вселенных или универсумах. Теорети-

чески их существование допустимо в бесконечном пространстве, так сказать, в

Мега- или Метавселенной

. Как пишет М. Рис, в таком случае можно предпо-

ложить, что в каких-то вселенных могут править одни законы, в каких-то другие,

а в нашей такие, которые зафиксировали числа типа Ω, Λ, Q с четкими количе-

ственными параметрами (с. 151–152). Да и сам "сгусток", из чего возникла наша

Вселенная, мог существовать неопределенное время наряду с другими "сгуст-

ками" плотной материи с присущими и им "едиными суперсилами". Но и тогда

вполне очевидно, что сами "единые силы", точнее их взаимодействия, строи-

лись бы на иных законах, определяющихся качеством этих "сгустков" материи.

И законы других вселенных, даже если они возникли по аналогии с Большим

взрывом, наверняка должны были бы отличаться от законов нашей "видимой"

Вселенной, поскольку невозможно даже предположить, чтобы взрывы в других

точках Метавселенной происходили в тех же условиях, какие были в точке рас-

ширения нашей Вселенной

Все эти допущения сделаны мной для того, чтобы подчеркнуть, что законы

силы, приводящие материю в движение, возникали не сразу, а с течением вре-

мени по мере дифференциации материи и соединения ее в устойчивые целост-

ности

Мой подход строится на том, что законы или закономерности не могли су-

ществовать изначально, т.е. до момента Большого взрыва, поскольку они реали-

зуются через пространство и время. В состоянии сингулярности (если такое со-

стояние возможно), которое также можно воспринимать как целостность, отсут-

ствовало взаимодействие по известным нам законам силы. Оно наверняка су-

ществовало, но подчинялось иным закономерностям, соответствующим запре-

дельной температуре (например, около

К) и плотности вещества. Для опи-

Хотя, как пишет И.С. Шкловский, вопрос о том, "с у щ е с тв у ю т л и д р у ги е Вселенн ы е , п р едстав-

ляется отню дь не праздным", тем не менее мало кто готов взяться за его решение. В этой связи

Шкловский упомянул только двух американских космогонистов – Уиллера и Эверетта. –

Шкловский, с. 101. С конца 1990-х годов за эту тему принимаются все больше и больше ученых.

Такое допущение делает и С. Хокинг, хотя и несколько в ином ключе. См.: Hawking, р. 125.

Я здесь не рассматриваю часто дискутируемую тему о том, формировалась ли Вселенная во

времени или вместе со временем (space-time or space and time).