Глава десятая

в ней читатель знакомится с гипотезами-конкурентами и наконец протягивает руки к вопросу, как возникла вселенная, после которого понимает, что может начинать читать книгу сначала

 

Весной 1958 года Нильс Бор, обсуждая вопросы единой теории элементарных частиц, выдвинутой Вернером Гейзенбергом и Вольфгангом Паули, неосторожно заметил: «Нет никакого сомнения, что перед нами безумная теория. Вопрос состоит в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть правильной».

Нельзя сказать, чтобы мысль была совершенно оригинальной. Начнем разматывать ленту времени назад: Фридман, Эйнштейн, Лобачевский, Коперник… Н да это все авторы совершенно безумных идей. Ряд имен можно продолжить еще в глубь столетий до древнего принципа доказательства «от противного». Напрашивается вывод, не закономерно ли то обстоятельство, что в результате планомерного хода развития постепенного накопления информации наука оказывается перед необходимостью качественного скачка?.. Диалектика — вот поистине нержавеющее оружие!

В конце пятидесятых годов нашего века нужда в качественном скачке стала ощущаться в науке повсеместно. Не даром в том же 1958 году, только осенью, в октябре, на Первом Всесоюзном совещании по философским вопросам естествознания член-корреспондент Академии наук СССР Д. И. Блохинцев высказал ту же мысль, что и Бор: «Нужен серьезный фундаментальный шаг вперед, и здесь нужно, быть может, только одно слово. Идея должна быть какой-то совершенно «сумасшедшей».

К сожалению, за последние годы цитата Нильса Бора приводилась столько раз в различного рода литературе, что критерий «безумия» (или «сумасшествия» в отечественной транскрипции) стал едва ли не основным при оценке некоторых идей, хотя бы на научно-популярном уровне. Между тем бывают идеи «безумные» и «безумные». Впрочем, автор испытывает сильное желание предоставить читателю проявить известную самостоятельность в оценке идей. Сам он, автор, только сообщает сведения.

Когда идея недостаточно безумна

В 1948 году в мире еще действовала «короткая» шкала внегалактических расстояний, определенная с помощью мировой постоянной Хаббла, равной 540 км/сек на мегапарсек.

В 1948 году возраст обозреваемой вселенной в связи с этим оценивался всего в 2 миллиарда лет. Между тем даже камни на поверхности Земли были значительно старше. Этот конфликт теории с практикой беспокоил специалистов. Профессор У. Боннер рассказывал, что «даже Эйнштейн, который никогда не переоценивал значение наблюдений, был обеспокоен этим противоречием».

В 1948 году результаты наблюдений настойчиво уверяли, что наша Галактика — самый большой звездный остров во всем наблюдаемом мире, а ее звезды дают сто очков вперед звездам чужих галактик по величине и яркости… Такой вывод сводил на нет совершенный космологический принцип, лежащий в основе релятивистской космологии.

Строго говоря, общая теория относительности позволяла, конечно, выйти из многих затруднений, если предположить реальность существования λ-члена и рассматривать модели мира наподобие модели Леметра. Но предубежденность самого Эйнштейна против космологической постоянной настолько сильно влияла на психологию исследователей, что можно сказать смело: да, в 1948 году не существовало ни единого мнения, ни единой убедительной модели вселенной; вернее, последних было слишком много. Несчастье каждой заключалось в том, что, во-первых, любая теория претендовала на единственность, отвергая все остальное. Во-вторых, каждая гипотеза несла с собой новые противоречия. И наконец, ни одна из них не была настолько солидна, чтобы суметь достойно конкурировать с нестационарной (релятивистской) космологией.

В таком интеллектуальном климате в 1948 году почти одновременно появились работы английских специалистов. Одна — подписанная именами Германа Бонди, самого молодого профессора математики королевского колледжа в Лондоне, и Томаса Голда — человека еще моложе годами и по этой причине находившегося пока в должности преподавателя Тринити-колледжа: знаменитого Тринити-колледжа! И вторая работа, подписанная именем английского астрофизика, тридцатитрехлетнего профессора Фрэда Хойла.

Обе работы исходили из постулирования совершенного космологического принципа.

Бонди и Голд построили феноменологическую теорию вселенной, удовлетворяющую совершенному космологическому принципу. При этом в модели англичан присутствовало красное смещение — вселенная расширялась, но не было сингулярности — «особого (сжатого) состояния», не было «big bang’a», не было смущающего всех «начала». Как это им удалось?..

Оба автора отбросили «скользкую» гипотезу первоначального сверхплотного состояния материи и созидающего взрыва и предположили, что «мир вечен». Вселенная существовала всегда и всегда расширялась. Особенностью гипотезы являлось предположение, что в пространстве непрерывно рождается вещество. Причем рождается столько, что этот процесс полностью компенсирует убыль из-за эффекта «расширения». Из вновь созданного материала образуются новые галактики, и средняя плотность вещества во вселенной не меняется.

«Рождение материи» происходит очень незаметно. В объеме, соответствующем знаменитому зданию СЭВ в Москве, должен родиться в год всего один атом вещества. И такой ничтожной, с нашей точки зрения, производительности вселенной вполне достаточно, чтобы поддержать плотность вещества в мире на одном уровне…

В том же году Фрэд Хойл, наверняка известный читателю и как астрофизикой как автор популярных фантастических романов, выступил с аналогичной идеей, по-новому поворачивающей космологическую проблему. Хойл всегда выделялся смелостью и оригинальностью мышления. Научную деятельность его часто сравнивают с фейерверком — столько смелых идей и неожиданных концепций он создал. Правда, это сравнение опасное: вспышки фейерверка быстро гаснут… А пока возвратимся на 23 года назад и внемлем Хойлу и его новой гипотезе.

Чтобы избавиться от грустной картины все время «разжижающегося» мира, Хойл также предложил модель «стационарного состояния расширяющейся вселенной». Он только несколько видоизменил уравнения Эйнштейна и вывел модель Бонди и Голда как следствие новых уравнений поля. Чтобы объяснить возникновение галактик, Хойл предположил, что в пространстве рождается водород, и даже ввел понятие некоего «творящего поля», отмахнувшись от того, что подобные процессы физикам неизвестны, «…откуда берется материя? Ниоткуда! Материя довольствуется тем, что возникает в готовом виде…

В прежних теориях предполагали, что в некоторый данный момент возникло целиком все количество материи во вселенной и весь процесс творения представлялся как гигантский взрыв. Что касается меня, то я нахожу эту идею гораздо более странной, чем идею непрерывного творения», — писал Хойл в 1952 году.

И несмотря на столь явно субъективный характер гипотезы, она показалась привлекательной и стройной многим астрономам. «Устранялось разногласие между возрастом Земли и вселенной — мир вечен»! Устранялось и такое неприятное явление, как взрыв-созидатель, который в силу своей уникальности не поддавался объяснению, «…мне претит сама мысль о том, что для объяснения наиболее общих черт нашего бытия необходимы «начальные условия». Это значило бы, что вселенная — весьма убогая штука, способная лишь громыхать, как огромный завод, да и то после долгой наладки, подобно той старой автомашине, которую я водил в первые послевоенные годы. В космологических исследованиях я придерживаюсь точки зрения, что все важные черты вселенной уже содержатся в ее законах, а не привносятся извне».

В этих словах Ф. Хойла, сказанных в 1963 году, выражено достаточно четкое кредо. Запомните эту дату — 1963 год. Нам она еще понадобится. А пока, начиная с 1948 года, гипотеза Хойла обрастала сторонниками и все новыми и новыми подробностями. «Кто знает, может быть, где-то в неисследованных недрах галактик скрывается механизм, рождающий «нечто из ничего», — думали сомневающиеся и осторожные, не решаясь открыто возражать напористым англичанам. А профессор Р. Литтлтон, член Лондонского королевского общества и Королевского астрономического общества, даже придумал впечатляющую аналогию этого процесса, спекулируя на том, что мы живем в четырехмерном мире. Аналогия, как обычно в таких случаях, основывается на понижении мерности пространства с целью повышения наглядности.

Итак, представьте себе ведро, наполненное водой. Поверхность воды — наш плоский мир, в котором лежит, распластавшись, уже знакомый нам представитель-плоскун или плоскатик. А теперь вообразим, что пошел дождь. Капли падают на поверхность нашего плоского мира, создавая у плоскатика впечатление «рождения вещества». Ведь понятие «дождь» из третьего измерения ему не доступно. Дождевые капли переполняют ведро и переливаются через край, аналогично эффекту галактик, уходящих за горизонт событий в нашем мире. Вот и получается — все на месте. И «рождение вещества», и «расширение Вселенной», и ее «стационарность».

Была, конечно, маленькая загвоздка и в этом объяснении. Почему же все-таки вселенная расширяется? На этот вопрос попытались подробно ответить совместно с Р. Литтлтон и Г. Бонди в 1959 году, выдвинув модель «электрической вселенной». Оба специалиста высказались за то, что расширение вселенной можно объяснить электрическим отталкиванием. Для этого достаточно было предположить совершенно ничтожное неравенство положительного и отрицательного зарядов.

(e+ — |e—|)/(| e—| ) = 2 •10 -18.

Литтлтон был даже уверен, что в лабораторных условиях проверить эту гипотезу окажется нетрудно. В 1961-1963 годах В. Хьюз с сотрудниками сумел доказать, что величина неравенства зарядов не наблюдается и при точности измерений на два порядка выше предсказанной (то есть (e+ — |e—|)/(| e—| ) <10>-20 ).

После этого гипотеза электрического отталкивания потеряла в глазах исследователей всякую привлекательность; да и сами авторы как будто настроены к ней сейчас весьма скептически.

Что ж, время идет. Наука развивается. Постепенно стали возникать и некоторые теоретические неувязки. Например, математическим эквивалентом вселенной Бонди — Голда и Хойла является пустая математическая модель де Ситтера, о которой мы уже говорили. Для модели де Ситтера закон Хаббла — точный закон, для любых расстояний. Наблюдения же этого не подтверждают…

Хотя гипотеза стационарной вселенной и пользовалась популярностью, многие советские и зарубежные физики и астрономы отказывались ее принять. Однако такие вопросы не решаются голосованием и даже авторитетными теоретическими рассуждениями. Так, например, когда в сентябре 1952 года Вальтер Бааде выступил в Риме на конгрессе Международного астрономического союза с заявлением о необходимости пересмотреть шкалу внегалактических расстояний и увеличить возраст вселенной, то это уже само по себе снижало необходимость и злободневность гипотезы стационарной вселенной. Однако для открытой и безоговорочной критики время еще тогда не пришло. Прерогатива произнесения приговора над любой теорией принадлежит эксперименту.

Правда, нашелся в том же году один откровенный противник теории Бонди — Голда и Хойла… папа римский. Да, да, все тот же неугомонный Пий XII заявил с высоты апостольского престола, что теория стационарной вселенной не годится, ибо не соответствует божественному откровению. Согласно библии ведь мир «был сотворен»! В этом отношении «большой взрыв» папу устраивал куда больше. Но, кажется, возражения католического пастыря особенно никого не взволновали. Гораздо важнее было решить вопрос с экспериментом.

Мог ли помочь опыт подтвердить или отвергнуть справедливость стационарной космологии? Да, мог! В модели Хойла, Бонди и Голда средняя плотность вещества неизменна во времени. В расширяющихся же моделях в прошлом плотность должна была быть значительно выше, чем сейчас.

В модели стационарной вселенной мир, отделенный от настоящего времени миллиардами лет, ничем не отличался от современного. Релятивистская космология предусматривала определенную эволюцию вселенной во времени.

Какой же провести эксперимент? Измерить точно среднюю плотность вещества во вселенной — такую задачу решить сегодняшней науке не под силу. Сосчитать, как меняется количество галактик с увеличением расстояния, — дело тоже пока безнадежное, потому что очень уж трудно с достаточной точностью измерять расстояние до самых удаленных звездных островов. Если бы все галактики были одинаковы, а то ведь свойства их чрезвычайно различны. Различны и яркости, являющиеся одним из главных критериев расстояния.

И вот наступил 1963 год; год, когда, как пишет Дж. Гринстейн, «астрономы обнаружили, что пять небесных объектов, которые считались слабыми звездами нашей Галактики, хотя и несколько необычными, на самом деле являются, быть может, самыми удивительными и загадочными объектами, когда-либо наблюдавшимися человеком». В 1963 году были открыты квазары!

Конечно, сам факт этого открытия еще ни о чем не говорил, хотя именно эти удивительные объекты звездного мира погубили теорию стационарной вселенной. Как вы помните, все они обладают значительными красными смещениями. То есть этих «монстров звездного мира» мы видим сейчас такими, какими они, а следовательно, и вселенная, были 3, 5, 7 и даже 9 миллиардов лет назад. В пространственно-временной дали старой вселенной странных объектов множество. В непосредственной же близи к нам, ну хоть до миллиарда световых лет, их нет ни одного.

Итак, наблюдения последних лет: открытие квазаров и особенно «реликтового излучения» — окончательно доконали гипотезу стационарной вселенной Бонди и Голда. Существует мнение, что если бы «реликтовое излучение» было открыто на двадцать лет раньше, подобная гипотеза даже не возникла бы. На сегодняшнем уровне знания можно считать доказанной гипотезу о расширении, об эволюции вселенной во времени.

Понимали это и авторы, и защитники гипотезы стационарной вселенной. Сам Ф. Хойл, заканчивая на лекциях раздел, посвященный квазарам, вынужден был признать: «Возможно, что мы наконец-то получили ключ к связи между космологией и астрономией. Квазары выглядят так, как согласно некоторым космологическим теориям выглядела наша вселенная при ее возникновении. Последние десять лет (1955-1965) существовали так называемая теория «большого взрыва», согласно которой вся вселенная произошла одновременно, и «теория стационарной вселенной», по которой образование нуклонов спокойно происходит все время. Возможно, истина лежит где-то посередине. Возможно, наличие квазаров свидетельствует, что во вселенной вместо одного большого взрыва происходит множество маленьких. Тем не менее эти маленькие взрывы гораздо мощнее, чем спокойные процессы теории стационарной вселенной».

Этими словами автор гипотезы стационарной вселенной отказался от своего детища. Что же, на это надо иметь немало мужества. Чаще люди бывают не в силах, обнаружив свое заблуждение, признать ошибки. Сегодня разбегание галактик и квазаров можно считать, пожалуй, доказанным. Можно признать и то, что модель расширяющейся вселенной наиболее точно соответствует уровню современных знаний. А вот гипотеза стационарной вселенной оказалась безумной явно недостаточно.

Каббалистика XX века

Когда-то очень давно, может быть в самом начале нашей эры, кроме трех наиважнейших «наук»: магии, астрологии и алхимии, — весьма большим почетом пользовалась мистическая религиозная философия, изложенная в еврейских каббалистических сочинениях. Последователи каббалы, что на древнееврейском означало просто «предание», занимались символическим толкованием священных текстов, придавая словам и числам особое мистическое значение. Но позвольте, скажет возмущенный читатель, при чем тут какие-то престарелые каббалисты, когда разговор идет о XX столетии?..

А вот при чем. Откройте-ка второй том физического энциклопедического словаря на странице 496. В статье «Космология», принадлежащей перу А. Л. Зельманова, в разделе «Основные затруднения, сыгравшие явную или неявную роль в появлении новых теорий…» под номером 2 стоит: «…2. Необъясненная эмпиричекая связь межгалактических параметров с микрофизическими константами».

Что это значит?

В тридцатые годы Артур Эддингтон, весь переполненный идеями относительности, в целях популяризации задумал сосчитать… количество элементарных частиц во вселенной.

— Что за задача? — удивились многочисленные философы от физики и физики от философии. — Как можно счесть бесконечное в необъятном?..

Однако согласно теории относительности можно было представить вселенную замкнутой и вычислить ее диаметр и объем. Диаметр оказался равным примерно 1028 сантиметров, а объем приблизительно 1084 кубических сантиметров. Среднюю плотность вещества Эддингтон тоже знал; по оценкам того времени она равнялась примерно 10-28 г/см3. Если теперь помножить объем на плотность, получится масса вещества вселенной что-то порядка 1056 грамма. Масса же одного нуклона составляет примерно 10-24 грамма. Тогда количество частиц во вселенной найдется простым делением 1056: 10-24 = 1080. Это огромное число.

  Каббалистика XX века

Но почему оно так поразило Артура Стэнли Эддингтона, что в своей работе «Фундаментальная теория» он отводит едва ли не центральное место математическому манипулированию с большими безразмерными коэффициентами — мировыми постоянными?

Отойдем еще чуть-чуть назад во времени, примерно в двадцатые годы. В Бристольском университете решает проблему получения высшего технического образования долговязый студент по имени Поль Дирак. Пройдет совсем немного лет, и весь мир узнает его полное имя Поль Адриен Морис Дирак. Хотя это вовсе и не принято в Англии. Пока же он Поль, или Пол, — парень со складом ума, малопригодным для инженерной деятельности.

Однажды товарищи по курсу показали ему конкурсную задачу, которую дали в Кембридже на какой-то ежегодной студенческой конференции или олимпиаде. Условия звучали так: «Трое рыбаков поехали ловить рыбу. Ненастная ночь заставила их укрыться в одинокой пустой хижине. Чтобы переждать непогоду, рыбаки уснули. Однако одному из них не спалось. Выглянув на улицу и убедившись, что буря утихает, он решил забрать свою долю улова и отправиться домой, не беспокоя товарищей. При дележке одна рыба оставалась лишней. И дабы никому не было обидно, первый рыбак выкинул ее в море.

Вскоре после его ухода проснулся второй рыбак. Не зная, что дележ уже состоялся, он заново разложил улов на три части, получил лишнюю рыбу, выкинул ее в море, забрал свою долю и уехал домой.

С третьим рыбаком вся история повторилась. И он делил улов на три части, кидая лишнюю рыбу в море, брал свою долю и отправлялся восвояси.

Спрашивалось, какое минимальное число рыб удовлетворяло этому условию?»

Впервые кембриджскую задачу автор услыхал, будучи также студентом на семинаре по физике от прекрасного преподавателя доцента С. Б. Врасского. И насколько помнится, довольно долгое время был занят вместе с товарищами ее решением. Однако сообщенный С. Б. Врасским ответ Дирака ошеломил нас всех.

Дирак представил решение с ответом: «минус две рыбы»! Какое дело математике до того, положительными или отрицательными окажутся рыбы…

После окончания Бристольского университета П. А. М. Дирак специализируется по теоретической физике в Кембридже. В 1928 году работает у Резерфорда, строит релятивистскую теорию движения электрона. Занимается многими фундаментальными вопросами теоретической физики. Но нас интересуют работы Дирака, связавшие расчеты Эддингтона с неожиданной идеей о непостоянстве мировых констант. Некогда еще Пуанкаре высказывал идею о непостоянстве фундаментальных постоянных. Но для того чтобы хоть о чем-то говорить определенно, постоянные (или константы), казалось бы, необходимы.

Познакомившись с расчетами Эддингтона, Дирак в 1937 году решает ввести в качестве единицы измерения времени одну из величин, характеризующих мир на его элементарном уровне — время так называемых сильных взаимодействий 10-23 сек. Грубо говоря, такое время требуется элементарной частице, чтобы со скоростью света переместиться на расстояние, равное своему диаметру. Если подсчитать в новых единицах время существования вселенной (мы имеем в виду расширяющуюся вселенную, Т= 13 млрд. лет), то получится 1040. Интересная величина! Отношение диаметра вселенной (1028 см) к размеру нуклона (10-13 см) тоже примерно 1040. Отношение квадрата диаметра нуклона к квадрату «планковского кванта пространства L2» (L2 = G h/c3; где h — постоянная Планка) снова 1040.

Но самое интересное то, что число элементарных частиц во вселенной (1080) равно квадрату безразмерного времени существования самой вселенной (1040). Можно ли предположить, что такое соотношение — случайность, свойственная лишь нашей эпохе? Вряд ли… Реальнее считать, что это соотношение (1040)2 между временем и количеством частиц сохранялось всегда. А так как время существования вселенной непрерывно растет, то и количество частиц должно увеличиваться. Так мы, жонглируя межгалактическими параметрами и микрофизическими константами, добрались и до необходимости увеличения количества частиц с течением времени. Но и это было еще не все. Дирак взял отношение сил сильного взаимодействия к силам гравитации и опять получил 1040. Значит, и эти величины связаны друг с другом? Но время существования вселенной, от «начала» и до сего дня, размерное оно или безразмерное, растет. Не значит ли это, что гравитационная постоянная должна уменьшаться?

Сам П. А. М. Дирак, высказав идею, охладел к ней. Война с Германией и другие проблемы заслонили от него вопрос — являются ли мировые константы функциями возраста вселенной. Его идеи подхватили другие. Так, тезис о «старении гравитации» породил целый водопад работ, развивающих высказанные английским физиком предположения.

В 1944 году немецкий физик-теоретик Паскуаль Иордан пытался реализовать идеи Дирака. Он предложил сферическую модель вселенной, линейно расширяющуюся со временем. В «мире Иордана» непрерывно возникала материя, а «постоянная» тяготения изменялась обратно пропорционально возрасту вселенной…

  Каббалистика

Эта теория явилась одним из многочисленных обобщений теории Эйнштейна. И, как видит читатель, с каждым из них может быть связана своя космология.

С течением времени космологии, основанной на теории относительности, пришлось иметь дело со все возрастающим количеством гипотез-конкурентов. Если период до начала второй мировой войны специалисты считают временем «развития теоретических представлений и накопления эмпирического материала о наиболее удаленных туманностях», то после войны наступило время обобщения этих результатов и подготовки новых теорий.

Математическими моделями вселенной занимаются многие выдающиеся специалисты у нас и за рубежом. При этом некоторые решения, даже не подходящие для описания действительности, дают мощные толчки развитию чистой теории.

Возникает вопрос: можно ли считать числовое манипулирование коэффициентами чистой спекуляцией? «1040» — модное число XX века! Но выражает оно какую-либо закономерность или имеет примерно тот же смысл, что и число десять в учении пифагорейцев, сейчас трудно сказать. Анализ еще до конца не доведен. А у обоих полярных взглядов имеются свои авторитетные сторонники и свои не менее авторитетные противники. Так что подождем…

Сегодня клан ученых, пытающихся реализовать идеи Дирака, возглавляет Роберт Дикке — молодой и исключительно активный профессор Принстонского университета. Это ему принадлежит интерпретация непонятного шумового фона как «реликтового излучения». Он же провел и великолепный эксперимент по проверке равенства инертной и гравитационной масс, повысив точность существовавших до него результатов сразу на три порядка.

Вместе со своим аспирантом Брансом Р. Дикке предложил новую теорию развития вселенной. Его модель не нуждалась в «творящем поле Иордана», и постоянная гравитации менялась в ней пропорционально времени, а не обратно пропорционально, как в предыдущих теориях. В общем, теория производила очень хорошее впечатление, пока дело не дошло до расчетов.

Согласно теории Дикке-Бранса перигелий орбиты Меркурия вращался, обгоняя классическую теорию на 39 секунд, вместо 43 секунд по теории Эйнштейна. Чтобы убрать неувязку, Дикке предполагает, что Солнце сплющено, и эта сплющенность вносит поправку в те самые 4 угловых секунды за столетие. Мало того, Дикке проводит эксперимент и объявляет, что сплющенность нашего светила доказана… Правда, научным экспериментом называется обычно то, что в аналогичных условиях может быть повторено другими.

Результат наблюдений Дикке пока еще никем не подтвержден. Однако его теория, основанная на реализации идей Дирака, сегодня рассматривается многими как главный конкурент общей теории относительности. Справедливо ли это мнение или ошибочно — покажет время.

Вещество + антивещество = ?

В Стокгольме в Королевском технологическом институте отдел физики плазмы возглавляет, по выражению академика Б. П. Константинова, один из «интереснейших и оригинальных физиков и астрофизиков нашего времени», профессор Г. Альвен. Его работы в области магнитной гидродинамики, совсем молодом, но чрезвычайно быстроразвивающемся разделе современной физики, трудно переоценить. За научные достижения профессор Г. Альвен избран в 1966 году иностранным членом Академии наук СССР. Физикам известны многие глубокие исследования Альвена. Но вот совсем недавно вышла в издательстве «Мир» популярная книжка шведского профессора, посвященная описанию космологической гипотезы, которую Г. Альвен уже давно разрабатывает вместе с профессором О. Клейном. Суть гипотезы заключается в том, что оба автора, положив в основу своих взглядов концепцию о полной зарядовой симметрии мира, приходят к выводу о равноправности существования во вселенной как вещества, так и антивещества. И на этой базе вырастает гипотеза происхождения вселенной. Вот как определяет профессор Г. Альвен задачи, которые он видит стоящими перед собой:

«В нашем анализе мы старались не прибегать к каким-либо новым законам природы; напротив, мы старались понять, как далеко можно продвинуться, опираясь на уже известные законы. Иными словами, мы пытались включить проблемы космологии в систему идей лабораторной физики. Мы избегали также постановки вопросов: каким образом возникла вселенная и как далеко находятся ее границы, если таковые вообще существуют? Мы скромно ограничились рассмотрением последнего триллиона лет во времени и ближайшего триллиона световых лет в пространстве»…

Альвен и Клейн начинают рассматривать вселенную с момента, когда огромное сферическое пространство, заполненное сильно разреженной первоначальной плазмой с одинаковым содержанием протонов и антипротонов, подчиняясь законам тяготения, медленно сжимается. На какой-то стадии сжатия плотность плазмы достигает такой величины, что становятся заметными процессы аннигиляции, порождающие излучение. Излучение (главным образом, в виде гамма-лучей и радиоволн) накапливается, повышается его давление, которое останавливает сжатие. А потом наступает радиационный взрыв. Сжавшаяся плазма переходит в состояние расширения, которое продолжается и по сей день, о чем достаточно красноречиво свидетельствует галактическое красное смещение.

Но где же здесь галактики, звезды, планеты наконец? Неужели всюду плазма, да еще состоящая поровну из частиц и античастиц?.. Авторы гипотезы считают, что галактики должны образовываться одновременно с разлетанием, то есть с момента взрыва все идет так, что мало чем отличается от модели Гамова. Вот только антивещество… Сколько звездолетов стартовало со страниц фантастических романов в другие звездные системы, имея на борту «полные баки вещества» и не менее полные баки антивещества. «Встречаясь в фокусе гигантского зеркала, вещество и антивещество аннигилировали, разгоняя звездный корабль до скоростей, близких к световым». А теперь антифантастика.

Случалось ли вам брызнуть на раскаленную плиту? Наверняка случалось. И что? Ничего? В следующий раз будьте во время эксперимента внимательнее. «Если уронить каплю воды на плиту, нагретую немного больше 100° С, капля почти мгновенно с шипением испарится, — пишет Г. Альвен в своей книжке «Миры и антимиры». — Если температуру увеличить еще немного, капля как бы взрывается и исчезает за доли секунды. Но если нагреть плитку до нескольких сот градусов, докрасна, то происходит другое явление. Капля не испаряется мгновенно, она может оставаться на нагретой пластинке более 5 минут. Она начинает дрожать и метаться из стороны в сторону, постепенно уменьшаясь в размерах, прежде чем совсем исчезнуть».

Объяснение простое — между раскаленной плитой и каплей возникает слой пара, который служит изоляцией при передаче тепла. Чем выше температура плиты, тем толще слой пара — лучше изоляция, дольше держится капля. Просто, а выглядит парадоксом.

Это явление было исследовано и описано еще в XIX столетии, получив название эффект Лейденфроста, по имени первооткрывателя. А теперь вернемся на борт звездолета, движущегося с помощью аннигиляции. Выброшенные магнитными пушками, встречаются в фокусе отражателя куски вещества с антивеществом. Взрыв? Ослепительная вспышка ярче солнечного протуберанца?..

Ничуть не бывало. Не зажмуривайте глаза, не накрывайтесь белой простыней. Вспышка? Вроде есть, только маленькая, типа трамвайной искры. А дальше? Дальше неслышно (явление происходит в неслышном глубоком вакууме) оба куска разлетаются в разные стороны. Эффект, аналогичный явлению Лейденфроста. При первом соприкосновении вещества и антивещества произошла аннигиляция, и силы начавшегося взрыва разметали куски в разные стороны. Конечно, может быть, сравнивать начало аннигиляции с искрой на трамвайной дуге и не очень прилично, а главное, обидно для фантастов, но существует предположение, что реакция аннигиляции должна происходить довольно медленно, «сечение взаимодействия», как говорят специалисты, недостаточно для того, чтобы реакция аннигиляции протекала интенсивно.

А теперь вернемся ко вселенной. В начальный момент расширения, после радиационного взрыва, плазма горяча. Горячая плазма обладает прекрасной электропроводностью. В разлетающейся вселенной генерируются и бушуют магнитные поля. Они-то и играют роль сепаратора, отделяя положительно заряженные протоны от отрицательно заряженных антипротонов; не дают им сгореть, «проаннигилировать» всему веществу. В дальнейшем плазма из частиц создаст вещество, из него сконденсируются галактики, звезды, планеты, появится человек. Из античастиц произойдет все так же, только с соответствующей приставкой «анти».

Альвен и Клейн считают, что даже в пределах нашей Галактики могут существовать звезды из вещества и антивещества. Вы скажете: «А ну, как сблизятся?» Что ж? Еще на дальних подступах реакция аннигиляции настолько поднимет давление излучения в пограничном слое («слое Лейденфроста»), что тела из вещества и антивещества тут же начнут разбегаться в разные стороны. Альвен пишет, что «слой Лейденфроста» может быть очень тонким по космическим масштабам. При определенных условиях его толщина остается в пределах 0,001 светового года и даже меньше. Такой толщины, по-видимому, достаточно для эффективного разделения койновещества и антивещества. (Койновещёством шведский физик называет обычное, вещество нашего мира.)

Интересно отметить, что отличить звезду от антизвезды чрезвычайно трудно. Электромагнитное излучение обеих в принципе одинаково. Другое дело, если бы научиться регистрировать нейтрино и антинейтрино от далеких светил. Но судьба «нейтринной астрономии» пока что весьма неопределенная.

Академик Б. П. Константинов говорит, что взгляды Альвена и Клейна о равноправии вещества и антивещества во вселенной не разделяются большинством физиков и астрономов. «Я бы даже сказал, что эта гипотеза вызывает у физиков в какой-то степени отвращение». Причина — отсутствие доказательств существования антивещества во вселенной, а также нарушения симметрии при взаимодействии элементарных частиц и при бэта-распаде.

«По имеющимся сейчас данным, вполне возможно, что вселенная состоит только из протонов и электронов наряду с четырьмя видами нейтрино, а также квантов электромагнитного излучения. Но и это положение так же, как и гипотезу Альвена и Клейна, нельзя считать доказанным. Именно поэтому книга Альвена представляет большой интерес» — так заканчивается послесловие к книге «Миры и Антимиры», содержащей еще одну любопытную гипотезу развития вселенной.

Можно описать много любопытных гипотез. Рассказать об идее профессора К. П. Станюковича, согласно которой мир возник в результате столкновения двух элементарных частиц… Или описать гипотезу Дж. Уиллера. и Мизнера, согласно которой электрические заряды есть проявление особых свойств самого пространства; гипотезу Р. Фейнмана о так называемой «нейтринной вселенной».

Много, очень много интересных, в высшей степени остроумных идей высказано по поводу образования и развития вселенной. И в каждой, безусловно, заложено какое-то рациональное зерно. Ведь идеи высказывают люди, обладающие большими знаниями. Они сами прежде всего стремятся к тому, чтобы ничто в их предположениях не противоречило существующим законам. Новая теория, какой бы она ни была «сумасшедшей», не имеет права отрицать проверенные опытом старые законы. Она может их лишь обобщать, может подниматься над ними. Без соблюдения этого условия никто просто не станет рассматривать «новые» идеи.

Времена греков в длинных хитонах ушли безвозвратно. Это они, мудрецы и философы, создавали свои гипотетические построения, шагая по дорожкам и рассуждая. Только рассуждая… Сегодня этого мало. «Тем, кто не знает математики, трудно постичь подлинную, глубокую красоту природы… — говорит Р. Фейнман в лекциях о связи математики с физикой.- Она (природа) дает информацию лишь в одной форме, и мы не вправе требовать от нее, чтобы она изменила свой язык, стараясь привлечь наше внимание…»

Сложные и тонкие математические построения, развивающаяся теория тяготения, теория элементарных частиц, квантовая теория — вот далеко не полный научный арсенал современной космологии. Человечество накопило уже большой запас знаний, и не исключено, что еще нынешнее поколение явится свидетелем мощного качественного скачка, аналогичного перевороту, совершенному Эйнштейном, но уже на другом и, надо думать, более высоком теоретическом уровне.

Битва идей продолжается

«Если отказаться от принципа противоречия, то все суждения окажутся на одном уровне достоверности, и будет невозможно отличить среди них суждения истинные от суждений ложных», — пишет философ Берроуз Данэм в книге «Человек против мифов». Чего-чего, а противоречий в космологии хватает. Пожалуй, ни в одной другой науке не найти столько конкурирующих гипотез и столько недоразумений. Одно время среди части ученых даже дискутировался вопрос: можно ли считать космологию вообще наукой?

Сомнения усугублялись тем, что наблюдения внегалактической астрономии, поставляющие основной эмпирический материал космологии, в лучшем случае лежат на грани, на пределе возможностей астрономической техники. Чаще же они уходят за эти пределы. И тогда результаты эксперимента приобретают функциональную зависимость от фантазии экспериментатора, допуская самое широкое толкование этих результатов.

Практически в первой половине текущего столетия любую космологическую схему можно было согласовать с данными наблюдений, лишь слегка «подогнав» результаты. Если же те или иные данные противоречили выбранной модели, их можно было безнаказанно объявить неточными или даже просто неправильными. При таком положении дела в ряды космологов прибыло немало теоретиков, каждый из которых холил и лелеял свою собственную гипотезу, собственную модель.

Классическая физика вплоть до начала XX столетия придерживалась с «легкой руки» Бэкона и Ньютона в основном «наивнореалистической концепции» о природе научных понятий. (Так называют эту точку зрения видные советские философы: член-корреспондент АН СССР П. В. Копнин и профессор П. С. Дышлевый.) Заключалась она в том, что любое понятие считалось «прямым непосредственным отражением какого-то элемента объективной реальности». Однако, по мере накопления новых фактов, по мере возникновения необходимости в понятиях, не имеющих наглядности, физики были вынуждены все больше отходить от этой концепции.

В такое «неустойчивое» время появилась общая теория относительности. Несмотря на то что суть ее уходила корнями в огромные пласты опытных результатов и прошлых теорий, внешне она имела вид более априорный, чем, например, даже такая вершина абстрактного мышления античности, как эвклидова геометрия. Эта кажущаяся априорность послужила причиной возникновения двух непримиримых лагерей в науке. Среди одной части физиков-теоретиков возникла идея вообще «полной реконструкции физики на аксиоматической базе». Это означало отказ от опыта и вывод всех физических законов из немногих аксиом. Особенно ратовали за такую постановку вопроса англичане А. Эддингтон и Э. Милн. Исходя из идеи Канта о том, что истинная наука начинается тогда, когда разум диктует природе, законы, а не заимствует их у нее, Эддингтон писал: «Во всей системе законов физики нет ничего, что не могло бы быть недвусмысленно выведено логически из соображений теории познания».

Английский астрофизик Э. Милн не ограничился, подобно А. Эддингтону, провозглашением доктрины, априорности знания. Он самым серьезным образом попытался построить стройную систему теоретических знаний, положив в ее основу один лишь космологический принцип. Из этой системы, по его мнению, можно было вывести логическим путем, не обращаясь к эксперименту, все основания геометрии и физики. Эта позиция встретила резкую критику со стороны многих видных деятелей науки, «…я считаю, что эти идеи представляют собой значительную опасность для здорового развития науки», — писал Макс Бори, посвятив философии Эддингтона и Милна свой доклад, прочитанный на собрании Деремского философского общества и Общества чистой науки Королевского колледжа в Ньюкасл-апон-Тайне 21 мая 1943 года. Оба не нашли новых плодотворных идей для своей системы взглядов и остались в плену древней концепции об априорности знаний.

Впрочем, нашлись и другие представители науки, которые, обвинив первых в неоаристотелианстве, ударились в другую крайность. Они требовали, чтобы все без исключения научные принципы выводились только из опыта; от частного результата опыта к обобщению. Любой результат теории — частный или общий — должен был, по мнению «ложных галилеанцев» (именно так окрестили представителей этого направления философы), вытекать непосредственно из эксперимента.

Подобные метания из стороны в сторону, возникновение множества противоречивых теорий, гипотез и моделей, отсутствие надежных опытных данных привели к «величайшему смятению и путанице в умах астрономов». Многие понятия нуждались в уточнениях, и прежде всего следовало разделить сферы влияния естествознания и философии, научиться делать философские обобщения на базе экспериментальных и теоретических данных, а не пытаться втиснуть результаты опыта в готовую философскую схему. Естествознание не может существовать без философии, которая обобщает выводы, подготавливая платформу для следующего прорыва в неизвестность. Но философия слишком могучее оружие, чтобы им пользоваться неосмотрительно и легкомысленно.

Не нужно забывать мысль, высказанную Владимиром Ильичем Лениным об истинно философской постановке проблемы: «Вопрос не о том, есть ли движение, а о том, как его выразить в логике понятий».

Примером правильного и мудрого подхода к философскому обобщению достижений естественных наук может служить путь, показанный Владимиром Ильичем. Часто возникает вопрос: как мог В. И. Ленин, не считавший себя специалистом в области естественных наук, прийти не только к таким плодотворным предвидениям, как, например, о неисчерпаемости электрона, но и к выводам, которые имели важное принципиальное значение для развития всей науки в целом? Ответ на этот вопрос содержится в словах самого В. И. Ленина: «Само собой разумеется, что, разбирая вопрос о связи одной школы новейших физиков с возрождением философского идеализма, мы далеки от мысли касаться специальных учений физики. Нас интересуют исключительно гносеологические выводы из некоторых определенных положений и общеизвестных открытий. Эти гносеологические выводы до такой степени напрашиваются сами собой, что их затрагивают уже многие физики. Мало того, среди физиков имеются уже различные направления, складываются определенные школы на этой почве. Наша задача поэтому ограничиться тем, чтобы отчетливо представить, в чем суть расхождения этих направлений и в каком отношении стоят они к основным линиям философии».

Несомненно, правильно мнение, что естественные науки не могут развиваться в отрыве от философии, которая обобщает их выводы и помогает строить догадки. Но не менее правильно и то, что сама философия без животворного влияния естественных наук становится мертвой схемой.

Что же это такое — вселенная?

Среди философов существуют различные взгляды на то, что понимать под вселенной. Одна часть считает, что физические законы, открытые для окружающего нас мира, могут быть распространены на «всю материю вообще». Так, например, саратовский профессор Я. Ф. Аскин считает, что, пока нет доказательств того, что тот или иной физический закон ограничен определенными рамками, его можно (и нужно) распространять на весь материальный мир. По аналогии с юриспруденцией Я. Ф. Аскин формулирует даже некий принцип «презумпции экстраполируемости».

Не пугайтесь сложности терминологии. Юридически «презумпция» соответствует признанию факта достоверным, пока не будет доказано обратное. Термин же «экстраполяция» может быть спокойно заменен словом «распространение», так как обозначает он распространение понятий и законов, относящихся к одной определенной области, на другую область. Принцип распространения законов, выведенных для ограниченной области вселенной, на весь мир вообще вводится по аналогии с юридическим принципом «презумпции невиновности». «Презумпция невиновности, — пишет Я. Ф. Аскин, — заключается, как известно, в том, что человек не должен доказывать свою невиновность; доказать, что он виновен, должны те, кто его обвиняет, и, пока это не доказано, он не считается виновным. Точно так же и в науке: до тех пор, пока не доказано конкретно, что данная закономерность ограничена в таких-то рамках в силу таких-то обстоятельств, не существует запрета на право ее экстраполирования». Интересная точка зрения, правда?

  Что же это такое — вселенная

С другой стороны, профессор Ленинградского университета В. И. Свидерский возражает против такого неограниченного {глобального) распространения физических законов на «весь материальный мир вообще». По мнению ленинградского философа, космология не может претендовать на роль науки о мире в целом — такой наукой является философия, и лишь философия должка решать вопросы о конечности и бесконечности мира. Космологии при такой постановке вопроса остается лишь роль некой частной теоретической дисциплины.

Перед нами две крайние точки зрения. Однако существуют и другие.

Академик Г. И. Наан в большой и чрезвычайно интересной статье «Понятие бесконечности в математике и космологии» пишет: «Понятие бесконечности не может быть выведено непосредственно из физических явлений. Но тем интереснее сравнить выводы математики, которая больше всего связана с понятием бесконечности, с теми физическими явлениями, описанием которых они могли бы быть. Наибольшие возможности для этого дают явления космологического масштаба».

В нашей книжке мы с самого начала усадили философию и точные науки за круглый стол, тем самым старательно подчеркивая равноправие собеседников. Однако равноправие отнюдь не снимает остроты и серьезности проблемы: кому и чем заниматься? Что является прерогативой философии, а что — естествознания? Академик В. Л. Гинзбург пишет о «размежевании» сфер исследования: «Когда философ задумывается над какой-нибудь проблемой, имеющей отношение к естествознанию, то, как мне представляется, он раньше всего должен спросить себя: является ли данная проблема философской или естественнонаучной?..

…Материалистическая позиция в космологии состоит в признании существования вселенной совершенно независимо от человеческого познания и фактически до его появления. Кроме того, имея в виду не только субъективный идеализм, но также объективный идеализм и религию, подчеркнем, что материалист отрицает существование бога и вообще «чего-то», стоящего за природой, «порождающего» вселенную и т. п. К области философии относятся, кроме того, вопросы методологии и теории познания…

…Вопросы же о том, является ли пространство эвклидовым или неэвклидовым, конечен ли его объем или бесконечен, стационарна ли вселенная или нестационарна, какими законами управляется движение галактик — все это относится к области физики и астрономии, базируется на наблюдениях и экспериментах и контролируется ими».

При решении вопроса о бесконечности мира в пространстве и во времени большое эвристическое значение имеет ленинский принцип неисчерпаемости материи. Как считает советский философ А. М. Мостепаненко, из принципа качественной и количественной неисчерпаемости материи вытекает положение о многообразии в мире пространственно-временных форм и отношений с различными метрическими и топологическими свойствами. Следовательно, бесконечность мира не сводится к метрической (чисто количественной) бесконечности. Внегалактическая астрономия последних лет преподнесла космологам такие сюрпризы, что это потребовало усиления интереса ученых к топологической (качественной) структуре пространства-времени.

Автор берет на себя смелость напомнить, что топология — наука, изучающая свойства фигур, не меняющихся при любых возможных деформациях, за исключением разрывов и склеивания. Наиболее простым примером топологических свойств геометрической фигуры является ее размерность (число измерений). Так, линия одномерна, а поверхность имеет два измерения, тело — три… Или такое топологическое свойство, как «порядок связности», который зависит от количества «дырок» в геометрическом объекте. Так тор (бублик) имеет больший порядок связности, чем, скажем, сфера или плоскость, которые лишены отверстий. Еще, конечно, сложнее (и соответственно менее наглядно) обстоят дела с топологическими свойствами пространства-времени.

Именно за последнее время среди специалистов возникли серьезные и «обоснованные опасения», что топологическая структура пространства-времени намного сложнее, чем мы предполагали до сего дня. Например, «пространство может быть многосвязным, — пишет Г. И. Наан. — Могут существовать и иные «патологии». В этом случае привычная постановка проблемы бесконечности в релятивистской космологии оказывается явно недостаточной».

Не исключено, что в мире существует множество различных пространственно-временных форм, которые могут быть как конечны, так и бесконечны, а к некоторым из них понятие метрической конечности и бесконечности может быть вообще неприменимым. Возможно, что имеет право на существование и гипотеза о неединственности нашей метагалактики. Но при этом в любом случае вопрос о метрической конечности или бесконечности нашей метагалактики должен решаться не философией, а опытным естествознанием.

А как обстоит дело с «началом», с самым что ни на есть первым моментом существования нашей вселенной? Как с позиции материализма примириться с «возникновением расширяющейся вселенной из нулевого объема»?

Если бы наше понятие вселенной действительно относилось к миру в целом, ко всему существующему, тогда решить вопрос о ее происхождении с позиций материализма было бы трудно. Потому что если материя была «сотворена», а, кроме материи в разных формах ее проявления, ничего больше материального не существует, то исходным мог быть только «дух»… Но поскольку оснований считать нашу метагалактику миром в целом нет, то и идеалистическая концепция неправомерна.

Мы убеждены, что мир не возникает из ничего! «Сотворение» можно рассматривать как качественный скачок — переход материи из одного состояния в другое. И то, что теория пока бессильна однозначно ответить на поставленный вопрос, означает лишь то, что пока, видимо, этот процесс — вне области применимости современной науки. Открывая новые законы, естествоиспытатель может и должен стараться расширить область их применения, экстраполировать свои выводы как можно дальше. Однако философы должны его постоянно предупреждать о том, что все эти законы и экстраполяции не безграничны.

«Вселенная, как объект космологии, — пишет советский философ В. В. Казютинский, — фактически охватывает целостный аспект «всего существующего» не в абсолютном смысле, а применительно к определенному уровню развития человеческой практики. Тогда эти понятие будет динамически развиваться вместе с наукой и любые «чудеса» теории и наблюдений будут лишь обогащать наше знание.

То, что мы сегодня считаем несуществующим, завтра будет открыто, станет, таким образом, существующим с научной точки зрения и будет включено в наше понятие вселенной».

На этом автор и хотел бы закончить последнюю главу своей книжки, присоединившись к последним рассмотренным точкам зрения на перспективы развития космологии. Тем более что они, как кажется автору, исходят непосредственно из ленинского понимания предмета и методов научного познания.

«Сущность» вещей или «субстанция» тоже относительны, — писал Владимир Ильич, — они выражают только углубление человеческого познания объектов, и если вчера это углубление не шло дальше атома, сегодня — дальше электрона и эфира, то диалектический материализм настаивает на временном, относительном, приблизительном характере всех этих вех познания природы прогрессирующей наукой человека. Электрон так же неисчерпаем, как и атом, природа бесконечна…»