Tweeter button Facebook button Youtube button

Идея спонтанного возникновения материи «из ничего» в космологии

05/09/2017
By
Приберегите Бога для вещей более сложных, чем создание Вселенной

Приберегите Бога для вещей более сложных, чем создание Вселенной

Развитие космологии сопровождается постоянно возобновляющимися попытками перенести на ее почву утверждение о том, что формы материи, из которой строится Вселенная, возникли из ничего. Такое утверждение встречается в двух вариантах. Согласно первому материя была сотворена из ничего неким нематериальным (сверхъестественным) существом, согласно второму материя, т. е. известные типы частиц и полей, возникли из ничего, сами собой.

Ошибочность первого варианта этого утверждения и его большая вредность для развития естественнонаучного знания о Вселенной многократно доказаны и не вызывают сомнений. Заслуга этого доказательства прежде всего принадлежит философам-марксистам. Этот вопрос не будет занимать нас в данной статье. Мы сосредоточим внимание на изложении и критическом анализе с позиции диалектического материализма второго варианта упомянутого выше утверждения. Поскольку в нем это утверждение гласит, что материя возникла из ничего, сама собой, без вмешательства каких-либо сверхъестественных сил, его можно было бы назвать идеей спонтанного возникновения физических форм материи из ничего. Имеется несколько разновидностей этой идеи, связанных с разными космологическими теориями и отличающихся пониманием механизма процесса рождения материи из ничего. Некоторые из этих разновидностей косвенно связаны с проблемой космологической сингулярности, в том смысле, что они выдвигаются для элиминации этой проблемы.

Непрерывное спонтанное возникновение материи «из ничего» в теориях стационарной Вселенной Г. Бонди, Т. Голда и Ф. Хойла

Первые варианты идеи спонтанного возникновения материи из ничего, получившие широкую известность, были выдвинуты в конце 40-х гг. нашего столетия английскими космологами Г. Бонди, Т. Голдом и Ф. Хойлом в рамках модели стационарной Вселенной.

Исходным пунктом для рассуждений Бонди и Голда был так называемый космологический принцип. Он гласит, что каждый наблюдатель, независимо от точки пространства, в которой он находится, видит один и тот же образ Вселенной. Другими словами, по этому принципу Вселенная является пространственно однородной. Бонди и Голд усилили этот принцип и ввели его в свою теорию «в форме утверждения, что, отвлекаясь от локальных нерегулярностей, Вселенная выглядит одинаково с любой точки в любой момент времени»[1]. Такое утверждение называется или совершенным или полным космологическим принципом.

([1] Н.Bondi. Cosmology. Cambridge, 1960, p. 23.)

По теории Бонди и Голда, расширяющаяся Вселенная вместе с тем остается в стационарном состоянии. Это возможно только благодаря тому допущению, что в пространстве непрерывно происходит процесс спонтанного возникновения физических форм материи из ничего. Темп этого процесса таков, что он нивелирует уменьшение плотности Вселенной, вызываемое ее расширением. Таким образом, несмотря на расширение Вселенной, ее плотность остается постоянной. Скорость возникновения материи такова, что в каждом литре объема за период 5·1011 лет возникает в среднем масса, равная массе атома водорода. Следует подчеркнуть, что этот процесс не может быть непосредственно наблюдаем с помощью средств, которыми располагает современная наука.

Кроме теории Бонди и Голда, была выдвинута еще и другая теория стационарной Вселенной. Она возникла почти одновременно с теорией Бонди и Голда и в значительной мере сходна с концепцией этих двух ученых. Ее автором является Ф. Хойл.

Он полностью принимает общий образ Вселенной, рисуемый теорией Бонди и Голда. Принимает он также идею непрерывного спонтанного возникновения материи из ничего. Однако его теория не опирается на совершенный космологический принцип, но основана на выводах, вытекающих из введения в уравнения общей теории относительности космологического члена λ, обозначающего «космическое отталкивание». Мотивом, побуждающим Хойла к созданию теории стационарной Вселенной, было желание устранить из космологии идею расширения Вселенной, начинающегося с некоторого особенного «начального» сингулярного состояния.

Согласно Хойлу, расширение Вселенной не есть результат «большого взрыва», но «прямое следствие из допущения о постоянном возникновении материи. Оно приводит к тому, что расстояния между громадами галактик увеличиваются. Возникновение новых атомов придает пространству физические свойства. Пространство не есть только пустота, в которой находится материя»[1]. Скорость расширения Вселенной зависит исключительно от скорости возникновения физических форм материи из ничего. Это обусловлено тем, что лишь при этом условии может выполняться условие неизменности средней плотности материи Вселенной при одновременном ее расширении, т. е. условие стационарного характера Вселенной.

([1] F.Ноуle. Granice astronomi. Warszawa, 1967, S. 395.)

Будучи ограничен рамками статьи я не в состоянии дать даже общую характеристику того историко-научного и методологического контекста, в котором появились теории стационарной Вселенной. Могу только сказать, что они появились как попытка преодоления определенных теоретических трудностей. Были созданы в тот период, когда космология представляла собой в значительной степени обособленную часть теоретической физики, ориентированную главным образом на идеи и методы ОТО. В этих рамках указанные теории выдвигались как в значительной мере спекулятивные гипотетические попытки снять проблему так называемой «начальной космологической сингулярности», а заодно и вопрос об эволюции Вселенной в целом.

Спонтанное возникновение материи «из ничего» как космологическое следствие гипотезы больших чисел Дирака

Создателем следующего варианта идеи спонтанного возникновения материи из ничего был выдающийся английский физик, лауреат Нобелевской премии П. Дирак. Он заметил, что некоторые универсальные физические постоянные (Дирак называл их постоянными природы), соответствующим образом поделенные и помноженные друг на друга, дают в результате безразмерные числа. Согласно Дираку, корреляции между большими безразмерными числами имеют фундаментальное космологическое значение.

Уже сам факт существования определенных корреляций между большими безразмерными числами Дирак признавал достаточным основанием для выдвижения общей гипотезы о том, что все безразмерные числа (порядка 1039), выступающие как природные характеристики, связаны между собой. Эту гипотезу он назвал гипотезой больших чисел[1].

([1] P. A.M. Dirac. Long Range Forces and Broken Symmetries // Proceedings of the Royal Society of London, 1973, Vol., A 333, № 000, p. 405.)

Физические и космологические следствия гипотезы больших чисел он изложил в статье «Космологические модели и гипотеза больших чисел»[1]. Согласно этой гипотезе связи между большими безразмерными числамиявляются в известной мере отражением связи этих чисел с возрастом Вселенной t. Эти числа изменяются так, как изменяется t. При этом числа порядка 1039 изменяются пропорционально t, тогда как числа порядка (1039)изменяются пропорционально tn.

([1] СмР.А.М.Dirас. Cosmological Models and the Large Numbers Hypothesis // Proceedings of the Royal of London, 1974, Vol. A 338, № 000, pp. 439–446.)

Физические и космологические следствия гипотезы больших чисел весьма значительны. Здесь я хотел бы обратить внимание на два особенно важных следствия. Первое выглядит следующим образом. Если безразмерное число, выражающее отношение электрической силы к силе гравитации между протоном и электроном (e2)GMm≈2·1039) изменяется (растет) пропорционально t и если мы допустим, что величины е, М и являются константными, то гравитационная постоянная G должна изменяться (уменьшаться) пропорционально t–1. Таким образом, следствием гипотезы больших чисел является вывод об изменяемости гравитационной постоянной.

Вторым следствием является утверждение, особенно важное для темы, затронутой в данной статье. Общее число нуклонов во Вселенной (или их суммарное число в галактиках, скорость разбегания которых меньше, чем 1/2С, если допустить, что Вселенная бесконечна) составляет около 1078. Это число является безразмерным числом порядка (1039)n, где n = 2, и потому, согласно гипотезе больших чисел, должно изменяться (расти) пропорционально t2. Отсюда следует, что во Вселенной происходит постоянный процесс спонтанного рождения материи в форме возникновения новых нуклонов из ничего.

Каков механизм порождения физических форм материи, т. е. известных типов частиц и полей, как его понимает Дирак? Непрерывное порождение материи, говорит он, это новый физический процесс, некоторый вид радиоактивности, но совершенно отличный от любой радиоактивности, известной из наблюдений. Здесь немедленно возникает проблема, в каких объемах пространства творится новая материя. По Дираку, существуют две возможности решить эту проблему. Во-первых, можно допустить, что нуклоны возникают равномерно во всем пространстве, и, следовательно, главным образом в межгалактическом пространстве. Такое возникновение материи он называет аддитивным самопорождением. Во-вторых, можно допустить, что новая материя (т. е. частицы и поля) возникает в местах, где уже существует «старая» материя. Количество вновь возникающей материи пропорционально количеству материи, уже существующей в данном месте. Гипотетически новая материя содержит тот же самый вид атомов, из которых состоит уже существующая материя. Такой тип возникновения материи Дирак называет мультипликативным рождением.

Легко заметить, что оба представленные выше следствия гипотезы больших чисел противоречат общей теории относительности, согласно которой гравитационная постоянная G не изменяется и общее количество материи во Вселенной неизменно. Но Дирак не хотел отказываться от этой теории. Он подчеркивал, что это весьма плодотворная теория, находящаяся в хорошем соответствии с результатами наблюдения, и предпринимает попытку модификации этой теории с тем, чтобы сохранить ее плодотворность и одновременно согласовать ее с идеей постепенного изменения гравитационной постоянной G и процессом спонтанного рождения материи из ничего. Для этого он, помимо прочего, ввел идею порождения отрицательной массы.

Мультипликативное и аддитивное порождения влекут за собой различные типы моделей Вселенной. При допущении, что возникновение материи имеет мультипликативный характер, мы получаем цилиндрическую, статическую и замкнутую Вселенную Эйнштейна. В такой Вселенной галактики не отдаляются друг от друга, расстояния между ними приблизительно постоянны. Красное смещение спектральных линий галактик вызывается не их разбеганием. Оно является результатом зависимости между двумя временными параметрами (двумя разными видами времени), введенными Дираком в его концепцию вслед за Э. Милном: динамическим временем и атомарным временем (измеряемым атомными часами).

Допущение о том, что возникновение физических форм материи имеет аддитивный характер, приводит к модели Вселенной, пространство которой в приближении является плоским пространством Минковского, имеющим начальную точку 0, в которой имел место большой взрыв. Во всем пространстве равномерно возникает новая материя, вероятно, в виде атомов водорода. Этот процесс нарушает принцип сохранения массы, т. е. противоречит и уравнениям Эйнштейна, требующим выполнения этого принципа. Для устранения этого противоречия Дирак выдвинул гипотезу о том, что вместе с атомами водорода столь же равномерно возникает отрицательная масса в таком количестве, что плотность всей самопорождающейся материи равняется нулю. В такой модели общая плотность материи равна нулю, за исключением локальных нерегулярностей, возникающих из-за конденсации атомов водорода.

Возникновение Вселенной «из ничего» в теории «раздувающейся Вселенной»

Новейший вариант идеи спонтанного возникновения физических форм материи из ничего возник в рамках теории раздувающейся Вселенной. Создателем этой теории является американский космолог Алан Гуc. Первый ее вариант был им представлен в 1981 г. в статье «Раздувающаяся Вселенная: возможное решение проблем горизонтали и плоскостности»[1]. Одна из новейших работ Гуса по теме его теории – написанная совместно с П. Стейнхардтом статья «Раздувающаяся Вселенная»[2]. В этой статье авторы обсуждают первый вариант теории раздувающейся Вселенной и представляют ее новый вариант, созданный советским физиком Дмитрием Линде [3], а также – независимо от него – американскими физиками А. Альбрехтом и П. Стейнхардтом[4].

([1] СмА.Н.Guth. Inflationary Universe: a Possible Solution to the Horizon and Flatness Problems // The Physical Review, D, 1981, Vol. 23. № 82, p. 347–356.

[2] A.H. Guth, P. J.Steinhardt. The Inflationary Universe // Scientific American, 1984, Vol. 250, № 5, p. 90–102.

[3] СмA. D.Linde. A New Inflationary Universe Scenario: a Possible Solution of the Horizon, Flatness, Homogeneity, Isotropy and Premordial Monopole Problems // Physics Letters. Series B, 1982, Vol. 108, № 6, p. 389. . Раздувающаяся Вселенная // Успехи физических наук. 1984, т. 144, вып. 2, стр. 177.

[4] СмA. Albrecht, P. J.Steinhardt. Cosmology for Grand Unified Theories with Radioactively Induced Symmetry Breaking// Physical Review Letters, 1982, vol. 48, № 17, p. 1220–1223.)

Раздувающаяся модель возникла как результат применения теории великого объединения – позволяющей единым образом описывать слабые, сильные и электромагнитные взаимодействия – к характеристике самых ранних моментов эволюции Вселенной. Эта модель предполагает, что эволюция началась с горячего большого взрыва. В этом моменте теория раздувающейся Вселенной не отличается от стандартной космологической модели. Непосредственно после большого взрыва во Вселенной царила огромная температура, на несколько порядков превышающая температуру Великого объединения, составляющую 1027 К. По мере расширения Вселенной ее температура понижалась, и Вселенная переходила в специфическое состояние, называемое ложным вакуумом. В отличие от истинного физического вакуума, который является состоянием с самой низкой плотностью энергии, плотность энергии ложного вакуума может быть весьма большой. Как указывает [1], эта плотность может составлять около 1077 г/см3.

([1] См. . Эволюция Вселенной. Изд. 2-е. М., 1983, стр. 187.)

Квантовая теория поля приписывает ложному вакууму необычную характеристику – отрицательное давление. Это давление выступает как источник еще более необычного эффекта – гравитационного отталкивания ложного вакуума. Этот эффект играет очень существенную роль в раздувающейся модели. Он приводит к стремительному ускорению темпа расширения Вселенной. Ускоренное расширение Вселенной началось с момента, когда после большого взрыва прошло едва 10–43 сек. Размеры Вселенной увеличивались по экспоненте, причем ее диаметр удваивался каждые 10–34 сек. Процесс экспоненциального расширения Вселенной продолжался около 10–32 сек. или немного дольше, но за это время ее диаметр увеличился по меньшей мере в 1050 раз.

Вселенную в стадии экспоненциального расширения назвали раздувающейся, или инфляционной (the inflationary universe), чтобы подчеркнуть колоссальную скорость расширения на этой стадии, несравнимо большую, чем скорость расширения, характерную для стандартной космологической модели. Саму же стадию этого расширения назвали стадией, периодом или фазой раздувания инфляции. Как подчеркивают Гус и Стейнхардт, эта фаза является ключевым элементом модели раздувающейся Вселенной.

Стадия раздувания заканчивается предполагаемым в теории Великого объединения фазовым переходом – выделением плотности энергии ложного вакуума, приобретающим вид процесса порождения огромного числа элементарных частиц. Из теории раздувающейся Вселенной вытекает ряд философских выводов, существенные с точки зрения диалектического материализма. Некоторые из них представлены мной в статье «Теория раздувающейся Вселенной и ее философское значение»[1], в ней читатель найдет также краткое изложение этой теории. В данной же статье я бы хотел остановиться на одном из наиболее важных философских выводов, вытекающих из теории раздувающейся Вселенной, сделанном Гусом и Стейнхардтом в упомянутой выше работе «Раздувающаяся Вселенная».

([1] См. С. Бутрын. Теория раздувающейся Вселенной и ее философское значение // Философские науки, 1985, № 5.)

Характеризуя фазу раздувания в эволюции Вселенной, эти авторы пишут: «В ходе этого грандиозного спурта вся материя и вся энергия могли образоваться практически из ничего1. Легко заметить, что по сути авторы пытаются убедить читателя в том, что теория раздувающейся Вселенной обосновывает идею спонтанного рождения из ничего, из которой построена Вселенная. Такое положение авторы называют аспектом теории раздувающейся Вселенной, в наибольшей мере революционизирующим космологию. При этом они подчеркивают, что утверждение о возникновении субстанции и энергии в наблюдаемом нами мире «почти» из ничего противоречит научной традиции, сформировавшейся на протяжении многих веков, в соответствии с которой ничто не может возникнуть из ничего. Эта традиция по крайней мере восходит к временам греческого философа Парменида, а в современную эпоху выражается в формулировке ряда законов сохранения, гласящих, что определенные физические величины не изменяются в каких бы то ни было физических процессах - До недавнего времени список величин, которые, как принято считать, должны сохраняться, включал энергию, импульс, момент количества движения, электрический заряд и барионное число. Поскольку Вселенная содержит огромное число барионов и имеет колоссальную энергию, идея ее творения из ничего – утверждают Гус и Стейнхардт – выглядит абсолютно неприемлемой для всех, кроме нескольких теоретиков.

([1] , Р. СтейнхгардтOpcit., p. 90.)

Гус и Стейнхардт относятся именно к тем теоретикам, которым эта идея не представляется неприемлемой; более того, они пытаются обосновать эту идею. Прежде всего они хотят показать, что все упомянутые выше законы сохранения, за исключением закона сохранения энергии, не противоречат идее творения Вселенной из ничего. Полный электрический заряд и полный момент количества движения наблюдаемой Вселенной приближаются к нулю. В то же время полный импульс зависит от движения наблюдателя, и потому его абсолютная величина не может быть установлена. С момента появления теории Великого объединения, продолжают авторы, мнение о том, что барионный заряд не сохраняется, приобрело вполне разумные основания.

Затем Гус и Стейнхардт предпринимают попытку доказать, что идее творения Вселенной из ничего также не противоречит и закон сохранения энергии. Исходным пунктом их рассуждений является констатация, что в полной энергии любой системы можно выделить гравитационную и негравитационную части. В лабораторных условиях гравитационная часть, или энергия гравитационного поля, пренебрежимо мала, но в космологическом масштабе она весьма существенна. Негравитационная часть не сохраняется, поскольку в стандартной космологической модели она стремительно уменьшается в процессе расширения ранней Вселенной, причем скорость уменьшения этой энергии пропорциональна давлению горячего газа. Однако в фазе раздувания рассматриваемый объем Вселенной наполнен ложным вакуумом с высоким отрицательным давлением. В такой ситуации значение негравитационной энергии сильно повышается. Эта энергия выделяется при фазовом переходе и окончательно расходуется в процессе возникновения звезд, планет и других космических объектов.

Хотя авторы утверждали ранее, что с момента создания теории Великого объединения мнение о несохранении барионного числа можно считать «вполне рациональным», тем не менее они подчеркивают, что идея несохранения барионного числа является предсказанием, выводимым из теории Великого объединения и лишь в том случае, если это предсказание подтвердится, не останется ни одного закона сохранения, который бы противоречил идее возникновения и эволюции Вселенной из ничего. Но и без этого авторы убеждены, что модель раздувающейся Вселенной впервые предлагает научно приемлемое объяснение генезиса всего того материала, из которого построена наблюдаемая нами Вселенная. В этой модели содержится определенный механизм, обеспечивающий эволюцию Вселенной из бесконечно малого объема. Но заманчиво сделать следующий шаг и поразмышлять о том, как вся Вселенная эволюционировала буквально из ничего.

Обоснованна ли идея спонтанного возникновения физических форм материи «из ничего»?

Чтобы ответить на этот вопрос, подвергнем анализу обоснованность всех представленных выше вариантов этой идеи. Начнем с анализа обоснованности идей спонтанного возникновения материи из ничего, выдвинутой создателями теории стационарной Вселенной.

Существует общее согласие относительно того, что идея постоянного порождения материи из ничего (абсолютной пустоты) является наиболее уязвимым пунктом теории стационарного состояния, вызывающим самое упорное сопротивление естествоиспытателей и философов. Это сопротивление вполне понятно, поскольку данная идея противоречит основному закону физики – принципу сохранения энергии. Сторонники теории стационарной Вселенной, защищаясь от этого обвинения, указывают, что этот закон имеет эмпирическую природу и сохраняет свою значимость при нынешней точности измерений. Но точность эта слишком мала, и потому мы не можем заметить отклонений от принятой формулировки этого закона, вызванных процессом постоянного порождения материи.

В дальнейшем мы рассмотрим справедливость этого аргумента, когда перейдем к анализу вопроса о соответствии с наблюдениями выводов, вытекающих из теории стационарной Вселенной. Ведь порождение материи, необнаружимое в лаборатории, давало бы о себе знать косвенным образом в масштабах космологии, вызывая последствия, которые могут быть зарегистрированы методами наблюдения.

Сторонники идеи постоянного порождения материи отдают себе отчет в том, что их позиция должна вызывать сопротивление из-за ее несоответствия современным физическим знаниям. В связи с чем они пытаются показать, что их концепция не является чем-то совершенно необычайным; в физике имеется много аналогичных идей. Например, Хойл придерживается взгляда, что, когда речь идет о постоянном порождении материи, мы должны признать, что это закон природы и вопрос, откуда берется материя, лишен смысла. Свою позицию он обосновывает следующей аналогией: «Положение, с которым мы здесь встречаемся, не ново. Превращение нейтрона в протон в бета-процессе является источником возникновения электрона. Возникает новый электрон. Он не существовал до бета-превращения, существует после него. Никто не спрашивает, откуда берется новый электрон. Мы допускаем, что он возникает в соответствии с законом, по которому происходит бета-превращение[1].

([1], F.Hoyle. Op. cit., p. 421.)

Верна ли позиция Хойла? Не требуется слишком больших усилий, чтобы обнаружить ошибочность рассуждений английского космолога. Хойл безосновательно ставит знак равенства между бета-превращением и явлением порождения материи, ибо в действительности это совершенно разные процессы, а аналогия между ними лишь кажущаяся. В бета-процессе в результате распада нейтрона возникает протон и электрон. Масса вновь возникающих частиц приблизительно равна массе нейтрона. Поэтому возникновение электрона не удивляет нас и мы не спрашиваем, откуда он взялся. Ведь мы знаем, что материя, имеющая форму нейтрона, превратилась в две иные частицы в результате процесса, не нарушающего закон сохранения энергии. Совсем другое дело, когда речь идет о пресловутом порождении материи из ничего. Здесь мы имеем право спросить, откуда взялась материя, поскольку до сих пор нам ничего не было известно о возможности ее творения, а сама эта идея всегда возбуждала законное сомнение: ведь не имелось никаких эмпирических свидетельств ее истинности, а сторонники этой идеи, как правило, ссылались на вмешательство трансцендентного фактора, утверждая, что творение материи есть результат этого вмешательства. Очевидно, что такое обоснование неприемлемо ни для материалистической философии, ни для науки.

Обратимся к выдвинутой Хойлом концепции так называемого «поля творения», при помощи которой он пытался снять трудности, которые влечет за собой идея возникновения материи из абсолютной пустоты. «Согласно теории непрерывного возникновения материи,– пишет Хойл, – существует также «поле творения» (creation field), благодаря которому материя возникает постоянно. Уже существующая материя вызывает возникновение новой материи»[1].

([1], Ibid., p. 421.)

Что можно сказать об этой концепции? Хойл утверждает, что это поле имеет тот же статус, что и другие физические поля (например, ядерное поле, электромагнитное, гравитационное). Это указывает на то, что «поле творения» является чем-то материальным. Но при такой интерпретации нет смысла говорить о творении материи из ничего. Возникновение материи из объективно существующего «поля творения» не есть «сотворение», но есть просто преобразование материи из одной формы (полевой) в другую (корпускулярную).

Как уже говорилось, процесс порождения физических форм материи, постулируемый теорией стационарной Вселенной, если бы он действительно существовал, то, даже будучи ненаблюдаемым с помощью обычных лабораторных методов, был бы наблюдаем косвенным образом в космологическом масштабе. Его можно было бы обнаружить путем измерения средней плотности материи во Вселенной. Данные об этом, которыми мы располагаем на сегодняшний день, решительно говорят против гипотезы постоянного порождения материи. Как показывает Г. Альвен, из этой гипотезы следует, что средняя плотность материи в Метагалактике в сотни раз превышает наиболее вероятную плотность, установленную наблюдениями[1].

([1] См. Г. Альвен. Миры и антимиры: космология и антиматерия. М., 1968, стр. 108.)

Новые возможности проверки теории стационарной Вселенной появились в 1963 г. с момента открытия американскими астрономами М. Шмидтом, Дж. Гринстейном и А. Мэтьюзом новых, необычайных космических образований, названных квазарами.

Из этих теорий следует, что средняя пространственная плотность всех типов астрономических объектов должна быть неизменной во всей Вселенной, т. е. одной и той же и в отдаленном прошлом и в настоящий момент. Конечно, это относится также и к пространственному распределению квазаров. Однако наблюдения этого распределения, проведенные Шмидтом, дали результаты, не совпадающие с предсказаниями этих теорий. Шмидт показал, что «...плотность распределения квазаров на расстоянии, соответствующем красному смещению, равному 1, примерно в 100 раз больше, чем плотность в нашем ближайшем окружении»[1].

([1] D. W.Sciema. Modern Cosmology. Cambridge, 1971, p. 93.)

Очередным ударом по теории стационарного состояния было открытие реликтового излучения, представляющего весомый аргумент в пользу существования в истории Вселенной фазы развития, характеризующейся большой концентрацией материи и высокой температурой.

Поэтому, как показывают и , по мнению огромного большинства современных космологов, опирающемуся на совокупности данных наблюдений и на теоретические рассуждения, теории стационарной Вселенной можно считать опровергнутыми[1]. Конечно, такая ситуация этих теорий влечет за собой и необоснованность связанных с ними взглядов о том, что в расширяющейся Вселенной непрерывно происходит процесс спонтанного возникновения материи из ничего.

([1] См. . Строение и эволюция Вселенной. М., 1975, стр. 667.)

Однако надо подчеркнуть, что роль, какую сыграли теории стационарной Вселенной в развитии космологии XX в., не может быть оценена однозначно. Как справедливо указывает, они не учитывали внутренних тенденций развития космологии, которые проявлялись в ассимиляции идеи эволюции. Но эти теории пытались снять проблему нестационарности в макромасштабе ценой введения гипотетической нестационарности (творения из ничего) в микромасштабе.

Теперь попытаемся выяснить, насколько обоснована концепция Дирака. С нашей точки зрения, неприемлемым является его утверждение о постоянном порождении материи из ничего как о новом физическом процессе, некоем виде радиоактивности. Нет никаких оснований, позволяющих считать физическим процессом порождение материи из ничего, которое Дирак рассматривал как абсолютную пустоту. По-видимому, это в известной степени понимал и сам Дирак, пытавшийся сгладить явное противоречие своих взглядов с самой природой физики, подчеркивая, что порождение материи является «новым» и «совершенно отличным» от всех известных до сих пор типов радиоактивности процессом. Однако эти попытки не меняют существа проблемы. Порождение материи из ничего не может быть признано физическим процессом, поскольку это явление не подчиняется физическим законам и противоречит основным принципам этой науки. Поскольку это так, сравнение порождения с радиоактивностью – даже с оговоркой, что это радиоактивность совершенно отличная от всех известных форм радиоактивности,– не может быть принято, так же как и сравнение порождения материи с каким бы то ни было физическим процессом.

Неубедительно и предложенное Дираком объяснение красного смещения спектральных линий галактик. Это объяснение Дирак заимствовал у Э. Милна, который выдвинул гипотезу о том, что такое смещение обусловлено весьма медленными изменениями темпа протекания внутриатомных процессов, наступающих с течением времени. Такое объяснение можно трактовать как оригинальное предположение, обращающее внимание на некоторую возможность, которая действительно способна осуществляться в природе. Однако вместе с тем видно, что такое предположение как бы повисает в пустоте и лишено каких-либо эмпирических оснований. Это объяснение постулирует изменяемость физических постоянных, а следствия этой изменяемости должны проявляться в процессах, имеющих место во Вселенной. Однако не существует наблюдений таких явлений, какие можно было бы признать следствиями этой изменяемости. Критикуя гипотезу Милна, Г. Альвен писал: «Предположение Милна об уменьшении констант природы является своего рода гипотезой ad hoc. Оно объясняет только одно явление – красное смещение, ради которого и было введено, и ничего более»[1]. Этот упрек вполне можно отнести также и к позиции Дирака.

([1] Г.Альвен. Миры и антимиры: космология и антиматерия, стр. 20.)

Не подлежит сомнению, что гипотезой ad hoc является и гипотеза Дирака, согласно которой в случае аддитивного порождения материи вместе с атомами водорода возникает тождественная по абсолютной величине отрицательная масса. Эта гипотеза была сформулирована исключительно с целью устранения противоречия между идеей аддитивного порождения материи и принципом сохранения массы. Она действительно ликвидирует это противоречие, но не только ничего более не объясняет, но – что еще хуже – сама приводит к новому серьезному противоречию с данными наблюдения. Дирак выходит из этого противоречия, формулируя очередную гипотезу ad hoc, приписывая отрицательной массе такие невероятные и нефизические свойства, как ненаблюдаемость и неспособность вызывать какие-либо физические эффекты, кроме влияния на кривизну пространства.

Стоит здесь добавить, что Дирак надеялся, что одно из главных следствий его гипотезы больших чисел, а именно изменяемость гравитационной постоянной G, будет вскоре подтверждено эмпирически. Все свои надежды он связывал с проводимыми И. Шапиро радарными измерениями планетных расстояний, которые должны были изменяться, если бы G было величиной переменной, а также с исследованиями Дж. У.Бимса, которые должны были установить изменяемость G в лабораторных условиях. Точность исследований, проводимых обоими этими учеными (в особенности измерений И. Шапиро), была настолько велика, что если бы G действительно изменялось, опыты должны были показать эффекты этого изменения. Результаты этих экспериментов, однако, не подтвердили изменяемости гравитационной постоянной.

В свете предыдущих рассуждений – и вопреки тому, что полагал Дирак, – факт существования определенных корреляций между большими безразмерными числами оказался недостаточным основанием для выдвижения гипотезы о том, что эти числа связаны между собой, т. е. выражают действительные физические связи между свойствами определенных сфер материального мира. Она не обосновывает ни одну из выдвинутых Дираком версий порождения материи из ничего.

Но, оценивая гипотезу больших чисел Дирака в целом, надо сказать, что имеет она новаторский характер, представляя собой поисковую попытку ввести идею эволюции в контекст физической картины Вселенной. Методологическое значение этой гипотезы можно видеть в том, что, будучи нацеленной на синтез физики элементарных частиц и космологии, она одновременно свидетельствует и о том, что такой синтез так или иначе ставит физическое познание непосредственно перед идеей эволюции как в большом, так и в малом. Однако до сих пор ни одно из эмпирических следствий гипотезы Дирака не получило наблюдательного подтверждения.

Осталось еще рассмотреть вопрос обоснованности идеи спонтанного возникновения материи из ничего, сформулированный в рамках теории раздувающейся Вселенной (которая поистине является математической теорией физического вакуума), и дать ответ, вытекает ли мнение о возможности возникновения Вселенной из ничего из существа этой теории и верно ли это мнение. С этой целью следует проверить логическую корректность аргументации Гуса и Стейнхардта, а также ее правомерность с точки зрения диалектико-материалистической концепции материи, согласно которой материя – это объективная реальность, существующая вне и независимо от познающего субъекта.

Гус и Стейнхардт стараются обосновать точку зрения, согласно которой из теории раздувающейся Вселенной вытекает возможность возникновения Вселенной из ничего и положение о том, что эта теория является попыткой научного ответа на вопрос, каким образом материальная действительность появилась из небытия. Для этого они ставят под сомнение фундаментальность физических законов сохранения, допуская при этом, что отступление от этих законов равнозначно возможности возникновения материи из ничего. Надо разобраться, является ли их аргументация, направленная против законов сохранения, в полной мере убедительной, а названное выше допущение – верным.

Действительно, в современной космологии преобладает мнение о том, что полный электрический заряд и полный момент количества движения доступной наблюдению Вселенной приблизительно равны нулю. Но говорит ли этот факт в пользу тезиса о возможности возникновения Вселенной из ничего? Ни в коей мере. Он указывает только на то, что материя, рассмотренная в наибольшем космологическом масштабе, электрически нейтральна и лишена момента количества движения и, следовательно, электрический заряд и момент количества движения не являются универсальными особенностями материи, но присущи только некоторым типам объектов и материальных систем низшего уровня. Легко заметить, что аргументом в пользу рассматриваемого тезиса тем более не может служить факт, что установление абсолютной величины полного импульса Вселенной невозможно.

Одним из важнейших предсказаний теории Великого объединения стала гипотеза, согласно которой протон является нестабильной частицей (неустойчивой), способной распадаться на другие микрообъекты. Считается, что среднее время жизни протона измеряется порядком 1040 лет. Понятно, что следствием этого является нарушение закона сохранения барионного числа. Но эта гипотеза не может считаться аргументом в пользу концепции Гуса и Стейнхардта, поскольку она не была подтверждена эмпирически. Эксперименты, в которых она должна была быть проверена, либо только недавно начались, либо еще находятся на стадии подготовки. В то же время предпринимаются теоретические попытки с целью показать, что в результате нарушения симметрии СР (симметрия эта заключается в том, что законы физики не изменяются в результате зеркального отражения эксперимента, когда одновременно все частицы заменяются своими античастицами) в ранней Вселенной может возникнуть особая цепь событий, которая приведет Вселенную от начального состояния симметрии относительно материи и антиматерии, т. е. нулевого барионного числа, к состоянию асимметрии с перевесом материи. Конечно, такая асимметрия может быть только результатом нарушения барионного числа. Такую попытку предпринимает Ф. Вилчек, который, однако, оценивая свою аргументацию, выдвигаемую в этой попытке, утверждает: «Некоторые аспекты приведенной аргументации в высшей степени умозрительны, и объяснение космической асимметрии между материей и антиматерией может показаться более мифическим, чем научным»[1].

([1] Ф. Вилчек. Космическая асимметрия между материей и антиматерией // Успехи физических наук, 1982, вып. 1, т. 136, стр. 164.)

Таким образом, видно, что даже теоретические попытки обоснования гипотезы о несохранении барионного числа сегодня еще весьма далеки от достижения достоверных результатов.

Теперь вернемся к вопросу, обоснованно ли мнение Гуса и Стейнхардта, что идея порождения Вселенной из ничего не противоречит закону сохранения энергии. Авторы пытаются обосновать это мнение тем, что некоторые формы энергии не сохраняются. Такое положение зиждется на разделении полной энергии Вселенной на гравитационную и негравитационную. Гус и Стейнхардт утверждают, что в ранней Вселенной негравитационная часть энергии не сохраняется, поскольку она быстро уменьшается в ходе расширения. Такое утверждение ошибочно. Уменьшение негравитационной части энергии в результате расширения Вселенной не свидетельствует о том, что эта энергия «не сохраняется». В процессе расширения Вселенной уменьшается плотность энергии в единице объема. Общее количество энергии во Вселенной не изменяется, энергия лишь рассеивается в большем объеме пространства. Этот процесс вполне согласуется с законом сохранения энергии. Но Гус и Стейнхардт настаивают на том, что явление рассеяния негравитационной энергии выступает как пример, свидетельствующий о том, что энергия не сохраняется. Но ведь о том, что энергия не сохраняется, можно было бы судить лишь в том случае, если бы она бесследно исчезала. В то же время Гус и Стейнхардт сами утверждают, что эта энергия расходуется, помимо прочего, в процессе возникновения звезд и планет.

Идея порождения Вселенной из ничего приводит к значительным трудностям. Так, из нее следует вывод, что действительный генезис Вселенной не может быть описан с помощью известных законов физики. Трудность, связанную с этим выводом, осознают сами Гус и Стейнхардт. Они указывают, что мнение, по которому Вселенная возникла практически из ничего как квантовая флуктуация пространства-времени, следует считать чисто спекулятивным до тех пор, пока не будет сформулирована хотя бы рабочая квантовая теория гравитации, в рамках которой можно было бы описать такого рода флуктуации. Это утверждение позволяет считать, что авторы убеждены: с возникновением квантовой теории гравитации можно будет описать с помощью законов физики явление, или процесс, возникновения (порождения) Вселенной из ничего.

В то же время здесь кроется значительно более серьезная трудность. Если бы Вселенная возникла в результате квантовой пространственно-временной флуктуации, то такой генезис нельзя назвать «порождением из ничего». Такая флуктуация не есть флуктуация «ничто», но флуктуация пространства-времени, которое в таком случае следует трактовать как некоторый специфический вид физического бытия, поскольку по сути это только другое название квантовомеханического вакуума[1]. Но если Вселенная возникла в результате квантовой флуктуации (или как квантовая флуктуация), а квантовая флуктуация может быть только флуктуацией какого-либо физического бытия, то Вселенная не возникла из ничего. И наоборот, если бы Вселенная возникла из ничего, то не могла бы возникнуть в результате квантовой флуктуации, ибо было бы недоразумением говорить о «квантовой флуктуации ничего». Из этого следует, что утверждение, согласно которому Вселенная возникла из ничего как квантовая флуктуация пространства-времени, является внутренне противоречивым.

([1] Конечно, в свете современной физики и марксистской философии пространство-время не является автономным бытием, существующим независимо от материи, но неразрывно связано с материей, которая – как это было доказано экспериментально – детерминирует свойства пространства-времени. Однако космологи довольно часто называют пространством-временем такое гипотетическое состояние Вселенной, в котором не было корпускулярных материальных объектов, а существовали только физические поля.)

Таким образом, вопреки убеждениям Гуса и Стейнхардта и с созданием квантовой теории гравитации нельзя будет описать с помощью законов физики процесс порождения Вселенной из ничего. Можно будет только попытаться создать космологическую модель, описывающую возникновение Вселенной в результате квантовой флуктуации гравитационного поля.

Идея порождения Вселенной из ничего является источником некоторой внутренней непоследовательности самой теории раздувающейся Вселенной. Эта теория является детерминистической в том смысле, что принимает принцип причинности, допускает, что протекание явлений обусловлено объективными закономерностями, выражением которых являются законы физики. Об этом свидетельствует хотя бы то, что, по мнению Гуса, неприемлемо объяснение свойств Вселенной при помощи сил, способных нарушать причинность. Необходимость принятия в рамках стандартной модели существования таких сил для объяснения однородности Вселенной Гус трактует как недостаток этой модели.

В то же время идея порождения Вселенной из ничего также противоречит принципу причинности и принципу закономерного протекания физических явлений. Согласно этой идее, порождение Вселенной следует считать событием, не имеющим причины, т. е. абсолютной случайностью, нарушающей принцип причинности. А так как порождение не является событием, которое можно описать с помощью каких бы то ни было законов природы, оно также нарушает принцип закономерного протекания явлений.

Я думаю, что проведенный выше анализ ясно показывает, что идея самопорождения Вселенной из ничего не вытекает из теории раздувающейся Вселенной, не является обоснованной. Эта идея покоится на той же ошибке, которая, как показал в «Материализме и эмпириокритицизме», была одним из источников возникшего в начале нашего столетия и все еще имеющего своих сторонников так называемого физического идеализма. Эта ошибка заключается в том, что физики, конструируя математические теории, описывающие реальные предметы и явления, иногда забывают о материи, являющейся объективным коррелятом этих теорий. Материя исчезает из этих теорий, остаются одни математические уравнения, вся действительность редуцируется к абстрактным, идеальным математическим построениям. Одним из наиболее известных представителей физического идеализма был выдающийся немецкий физик В. Гейзенберг. Отвечая на вопрос, чем являются элементарные частицы, Гейзенберг писал в своей книге «Физика и философия»: «В современной квантовой теории едва ли можно сомневаться в том, что элементарные частицы в конечном счете суть математические формы, только гораздо более сложной и абстрактной природы»[1].

([1] В. Гейзенберг. Физика и философия. М., 1963, стр. 49.)

Аналогично поступают те космологи, которые пытаются вывести из теории раздувающейся Вселенной идею порождения Вселенной из ничего. Создавая математическую теорию, описывающую свойства физического вакуума и анализируя ее следствия, они забывают, что этот вакуум является физическим объектом, что он имеет материальную природу. Тем более что неудачное название этой специфической формы материи приводит к тому, что космологи часто склонны отождествлять его с абсолютной пустотой, с ничто. О том, что это действительно так, свидетельствует, например, позиция Ф. Вилчека. Указывая, что в соответствии с современными теориями взаимодействий элементарных частиц наиболее симметричное состояние Вселенной оказывается, как правило, неустойчивым, Вилчек пишет: «Можно попытаться представить себе, что Вселенная начиналась из наиболее симметричного из всех возможных состояний и что в таком состоянии не существует материи; Вселенная была вакуумом»[1]. Поскольку это состояние было нестабильным, началась эволюция. Результатом этой эволюции являются нынешняя структура и свойства Вселенной. Вилчек полагает, что такая концепция позволяет ответить на старинный философский вопрос: «Почему есть нечто, а не ничто». Ответ здесь следующий: «Потому, что «ничто» неустойчиво»[2].

([1] Ф. Вилчек. Цит. соч., стр. 164–165.

[2] Там же, стр. 165.)

Легко заметить, что для ответа на этот вопрос (оставим в стороне, правомерен ли вообще такой вопрос) Вилчек должен придать термину «ничто» тот же смысл, который в него вкладывали те, кто формулировал этот вопрос, т. е. должен понимать это «ничто» как абсолютную пустоту. Но при таком понимании этого термина утверждение о том, что «ничто» неустойчиво, звучит как недоразумение. Ведь «ничто» не может иметь каких бы то ни было свойств, а значит, не может быть и неустойчивым.

Таким образом, оказывается, что понятие вакуума может быть источником серьезных недоразумений и ошибочных философских выводов. Неудовлетворительный характер этого понятия очевиден для некоторых физиков. Рассматривая содержание понятия вакуума, которым пользуется современная квантовая хромодинамика, – вакуума, наполненного разнородными физическими объектами, в котором могут происходить сложные явления типа фазовых переходов, – известный физик В. Вайскопф пишет: «Необходимы новые понятия, чтобы совладать с понятием полностью заселенного вакуума. Единственный способ, каким мы сегодня умеем говорить о вакууме, – это описывать его как состояние с наиболее низкой энергией; то, что мы измеряем в данной системе, является энергией по отношению к этому наиболее низкому энергетическому уровню. Но новую семантику еще предстоит найти»[1].

([1] V.WeisskopfImpressions of Istanbul // Europhysics News, 1981, vol. 12, № 10, p. 1. Цит. по I.Bialynicki-BirulaD.Sledziewska-BlockaPol wieku morza Diraca // Postepy fizyki, 1982, t. 33, zesz 5–6, str. 396.)

Я полагаю, что из всех предыдущих рассуждений вытекает вывод о том, что ни одна из представленных здесь разновидностей идеи спонтанного возникновения материи из ничего не может считаться обоснованной. Возникновение материи из ничего, понимаемого как абсолютная пустота, протекающее так, как это изображают Бонди, Голд и Дирак, не является природным процессом, и потому любые концепции, пытающиеся объяснить с помощью этого процесса структуру и эволюцию Вселенной, не являются естественнонаучными.

Что же касается идеи самопорождения материи, фигурирующей в теориях Хойла, а также Гуса и Стейнхардта, то она также неверна. В ее основе лежит устарелая и ошибочная терминология, сводящая материю либо к объектам, наделенным массой покоя и отказывающая в материальности тем элементам объективной реальности, которые имеют полевую природу, либо сводящая материю исключительно к ныне известным ее формам. В свете современной, диалектико-материалистической концепции материи материальны не только все объекты и явления, имеющие место в сегодняшней Вселенной, но и те состояния и процессы объективной реальности, из которых в ходе эволюции сформировалась эта сегодняшняя форма Вселенной. Конечно, материальный характер имеют также и те структуры и космологические явления, которые появятся в будущем в результате сегодняшней эволюции Вселенной. При таком понимании самопорождение материи, о котором говорят Хойл, Гус и Стейнхардт, является только кажущимся. Ведь при допущении, что «поле творения» Хойла, а также вакуум – исходное состояние эволюции Вселенной в модели раздувающейся Вселенной – имеют объективный характер, возникновение частиц из «поля творения» или же из вакуума есть не спонтанное возникновение материи из ничего, но конкретный пример диалектического процесса качественного преобразования одной формы материи в другую.

Станислав Бутрын 

(Источник: Вопросы философии. 1986. № 4. С. 70–83.)

 

 

Tags: , , , , , , , , , ,

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

amplifier for 8 speakers
Алёна Петрова

ПОПУЛЯРНЫЕ

В началоВ начало
sonos multi-room music system zonebridge br100 sonos multi room music system zoneplayer zp120 + zp90 sonos multi-room music system zone bridge br100 box multi room speaker system airplay apple multi room speaker system