Коллектив авторов - Современная космология: философские горизонты

• Название: Современная космология: философские горизонты
• Автор: Коллектив авторов
• Издательство: Издательство «Канон+»
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2011
• ISBN: 978-5-88373-257-7

Книга представляет собой исследование некоторых философских и эпистемологических проблем космологии. Проанализированы философские позиции классиков космологии XX века (А.А. Фридмана и др.), а также ряда выдающихся современных космологов. Космология вовсе не является одной из «иронических наук», какой ее иногда изображают. Физическая реальность в космологии проявляется как выраженная в языке науки фиксация результатов взаимодействия наблюдателя с исследуемым объектом (осуществляемым через средства и условия познания). Смысл этого понятия в контексте данного типа научной рациональности раскрывается истинной теорией. Показано, что космология, по сути, переходит от традиционных методов исследования к нетрадиционным, т. е. совершаются изменения в ее основаниях, навязываемые новыми типами исследуемых объектов. Отмечена необходимость коренного изменения смыслов традиционных понятий в космологии, таких как пространство, время, бесконечность. Проанализированы условия и границы их применимости в рамках новых космологических теорий. Особое внимание уделено новым фундаментальным понятиям, появившимся в космологии за последние годы: Мультиверс (Метавселенная), космологический вакуум, темная материя, темная энергия, ускоренное расширение Вселенной и др. По некоторым проблемам, находящимся на переднем крае современной космологии, ведется дискуссия между авторами книги. Сделана попытка показать эвристическую роль философии в осмыслении указанных проблем.

Книга рассчитана на философов, космологов и всех, интересующихся философскими проблемами современной науки.

---

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