|
Аннотация
В статье исследуется связь физики и философии на примере представлений о происхождении и эволюции нашей вселенной. Показано, что не только физика существенно влияет на философские представления о материальном мире, в котором мы живем, но и пренебрежение физиками философских обобщений, касающихся науки как таковой, приводит к путанице в физических теориях, в частности касающихся Большого Взрыва.
Ключевые слова: вселенная, материя, энергия, заряд, физический вакуум, Большой Взрыв, мультивселенная
Abstract
The article examines the relationship between physics and philosophy on the example of ideas about the origin and evolution of our universe. It is shown that not only physics significantly affects the philosophical ideas about the material world in which we live, but also the disregard of philosophical generalizations by physicists concerning science as such, leads to confusion in physical theories, in particular concerning the Big Bang.
Key words: universe, matter, energy, charge, physical vacuum, Big Bang, multiverse
Любые космологические теории, включая теорию (точнее теории) Большого Взрыва, находятся на стыке физики и философии. Вообще философия и физика, особенно теоретическая, тесно переплетены и взаимодействуют. Не случайно многие великие физики: Декарт, Паскаль, Бекон, Ньютон, Эйнштейн, Гейзенберг и т.д. были по совместительству в той или иной степени философами и наоборот. Но особенно тесно это взаимодействие имеет место в космологии. Невозможно представить себе большую философскую систему, не включающую в себя космологических представлений об устройстве и происхождении мира, в котором мы живем, и вытекающих из него представлений о месте и роли человека в этом мире и его предназначении. Не случайно космологические представления человечества зародились намного раньше, чем появилась физика в современном смысле этого слова. К сожалению, авторы современных космологических теорий не поднимаются до уровня серьезных философских обобщений ( в отличие от их упомянутых великих предшественников) и потому их теории выглядят философски, скажем так, «неудобоваримыми». И это не может не отражаться и на чисто физическом их уровне. О взаимоотношении физики и философии в вопросе происхождения нашей вселенной и будет речь в этой статье.
Сегодня в физике (астрофизике) все еще сильно распространено (хотя уже и оспаривается) мнение, что до Большого Взрыва ничего не было. Не было ни Вселенной, ни материи (в нашем нынешнем представлении о ней), ни пространства и времени. Ну и естественно до Большого Взрыва ничего не происходило, потому что происходить что-то может только в пространстве и времени. Потом вдруг произошел в точке (ну, или в малом объеме с бесконечной плотностью неизвестной материи, что условно можно рассматривать как точку) Большой Взрыв. И дальше уже нам подробно описывают, что происходило дальше с появившимися вдруг ни с того ни с сего нашей конкретной материей, пространством и временем. Вопрос, а где же была эта точка до того, считался неприличным, пространства то ведь до этого не было, значит и говорить о том, где находилась эта точка нельзя. Вопрос о том, а была ли вообще эта точка до Большого Взрыва, вообще не возникал до совсем недавних пор. Т.е. как бы и точки не было, поскольку если б была, то где, да и само слово «была» неуместно, поскольку бытие то во времени, а времени тоже не было. И вот, значит, в нигде и в никогда эта точка возникает, и тут же взрывается ужасным взрывом, и все появляется из ничего.
Нельзя не заметить, что это представление, коррелирует с библейским представлением о сотворении мира, хотя подавляющее большинство его адептов уверяют нас, что Бога нет. В то время как с начала так называемого Нового Времени, рациональная наука и прежде всего физика затратила огромные усилия, чтобы убедить нас, что никакого сотворения мира не было, и он существовал вечно. Так откуда, собственно, взялось это новое сотворение без Бога, принятое сегодня физиками?
Оно взялось как экстраполяция назад во времени сравнительно недавно обнаруженного и доказанного факта расширения нашей вселенной и укреплялось по мере того, как с помощью наблюдений удавалось подобраться все ближе и ближе во времени к предполагаемой точке предполагаемого взрыва без нарушения этого расширения. Чисто психологически рост уверенности ученых в происхождении вселенной «из ничего» посредством Большого Взрыва по мере приближения опытных данных к расчетной точке взрыва (время 0) понятен. Что там, мол, может произойти в интервале времени от 0 до 0.1 в степени 50 или что-нибудь в этом роде секунды? Но это психологически. А физически в любом сколь угодно малом интервале времени может произойти все, что угодно (если не доказано обратное). И поэтому физики с астрофизиками затратили огромные усилия теперь не для того, чтобы доказать, что Большой Взрыв «из ничего» действительно был (это в принципе невозможно доказать), а для того чтобы доказать, что такой взрыв (из ничего) принципиально возможен, т.е. не нарушает основных установленных на сегодня законов физики.
Так, например, Зельдович (Я.Б. Зельдович. Возможно ли образование вселенной из ничего?; https://scorcher.ru/art/theory/vacuum/zeldovich.php) пытался доказать, что происхождение нашей вселенной путем взрыва «из ничего» не противоречит законам сохранения энергии, массы и заряда. С энергией, массой и электрическим зарядом у него сравнительно легко получается. (Сумма отрицательных зарядов электронов во вселенной равна сумме положительных зарядов протонов, т.е. общий электрический заряд нашей вселенной равен 0, как было и до Большого Взрыва и т.д.). Но с сохранением барионного заряда (равенство количества протонов и антипротонов, а также электронов и позитронов) во вселенной возникает трудность. Требование этого равенства следует из того, что в «ничего» ничего не было и, следовательно, не могло быть и барионного заряда, а значит и в возникшей «из ничего» вселенной он должен равняться 0. Но если бы число протонов и антипротонов во вселенной было равно, то вся известная нам материя просто аннигилировала бы и исчезла. Зельдович «обходит» это препятствие допущением, что это требование нарушено только в изученной нами части вселенной, а где-то есть еще неизученная часть и в ней доминируют антипротоны и позитроны. Но, во-первых, возникает вопрос, почему эти две части не взаимодействуют с взаимной аннигиляцией? А во-вторых, у нас нет никаких опытных данных, подтверждающих это допущение, и с помощью подобных допущений можно доказать возможность чего угодно.
Поэтому возникает вопрос, а не лучше ли допустить, что наша вселенная сама является частью большей вселенной, заполненной не привычной нам материей или антиматерией, а физическим вакуумом, и взрыв произошел не в «ничего», а в этой большей вселенной? При этом в нашей вселенной закон сохранения барионного заряда нарушен, но он сохраняется в масштабе большой вселенной.
Тут не мешает заметить, что в современных теориях эволюции вселенной после Большого Взрыва как-то деликатно опущен (во всяком случае, не в фокусе внимания) вопрос о моменте возникновения в процессе этой эволюции физического вакуума. До принятия современных представлений о физическом вакууме, как о полевой форме материи, способной взаимодействовать с другими формами материи, вопрос о моменте возникновения этого вакуума, естественно, не возникал. Вселенная представлялась состоящей из барионной материи: протонов, нейтронов, электронов и нейтрино, движущихся в абсолютной пустоте и взаимодействующих друг с другом с помощью лептонов. Барионная материя возникла на определенном этапе эволюции после Большого Взрыва из предыдущего кварк-глюонного состояния материи. Все просто, гладко и понятно. Но если барионная материя движется не в пустоте, а в физическом вакууме, который тоже есть форма материи, то возникает вопрос: а он-то появился вместе с барионной материей или был и раньше? И если раньше, то с первого ли момента после Большого Взрыва из пресловутой сингулярности или может быть, он был и до Большого Взрыва? Можно, конечно, честно сказать, что мы этого пока не знаем. Точнее, так нужно было бы сказать по-честному. Но в атмосфере господствующего представления о пресловутой сингулярности, которой ничто не могло в принципе предшествовать, многие делают (делали) фигуру умолчания по поводу происхождения физического вакуума.
Многие, но не все. В последнее время появилась и набрала популярности теория (гипотеза) инфляционного расширения вселенной со скоростью многократно превосходящей нынешнюю, произошедшего в первые секунды (доли секунд) после Большого Взрыва и перед тем как начался ныне наблюдаемый процесс расширения. Я не стану здесь излагать в подробностях эту гипотезу, и на чем она основана (тем более что она еще не отстоялась и варьируется). Для меня важно, что некоторые сторонники этой гипотезы отваживаются нарушить табу не говорить о том, что было до Большого Взрыва. Мало того, они отваживаются заявлять, что не только что вселенная существовала и до Большого Взрыва, но она была заполнена этим самым физическим вакуумом, и именно в нем произошел Большой Взрыв. Причем энергия этого Взрыва не взялась невесть откуда, а является высвободившейся энергией этого самого вакуума.
Ну, что ж, можно сказать, что происходит нормальный прогресс науки. Прогресс-то прогресс, но вот слово «нормальный» я бы поостерегся здесь употреблять. В чем я вижу здесь ненормальность? А вот в том фанатизме, с которым перед этим отстаивалось всем научным сообществом (а многими и сегодня) убеждение, совершенно неудобоваримое для здравого смысла, что до Большого Взрыва ничего не было и он произошел в ничто и нигде. С таким же фанатизмом, с которым в эпоху до теории относительности физики отстаивали убеждение, что не может быть никаких ограничений на скорость движения чего бы то ни было.
Природа этого фанатизма – в фетишизации, абсолютизации господствующей, хорошо подтвержденной опытом теории и убеждения в ее безграничной применимости. Применимость ньютоновской теории растягивалась до любых сколь угодно больших скоростей, применимость в данном случае теории относительности – до бесконечности другого рода, а именно до бесконечного приближения к гипотетической (вытекающей из теории) точки Большого Взрыва.
После появления теории относительности было осознано, что механика Ньютона имеет ограниченную область своей применимости – истинности, ограниченную в частности скоростями далекими от скорости света. Но обобщения этого вывода на любые фундаментальные научные теории, в частности на теорию относительности, сделано не было. Тем более никто не сформулировал в общем виде границы применимости любой фундаментальной теории. И муки преодоления этого барьера непонимания, имевшие место в случае с механикой Ньютона, повторились (повторяются) с теорий относительности. В частности, в приложении ее к происхождению нашей вселенной через Большой Взрыв из пресловутой сингулярности, где сама эта сингулярность есть прямое порождение теории относительности. А то, что при бесконечном приближении к теоретической точке этой сингулярности сама теория относительности приближается к границе своей применимости, никем не учитывалось.
Кстати, и сторонники модели инфляционного расширения вселенной хоть и поговаривают о существовании физического вакуума до Большого Взрыва, но делают это в некотором смысле вполголоса. А именно, ни словом не обмолвясь о том, как это увязать с теорией относительности Эйнштейна, из которой и был извлечен постулат о сингулярности и невозможности существования чего бы то ни было до Большого Взрыва.
Все эти проблемы и много других решает единый метод обоснования научных теорий, выработанный в процессе эволюции естественных наук еще в эпоху Ньютона и его последователей, но впервые представленный в явном виде автором (А. Воин. Единый метод обоснования научных теорий. Direct-Media, М. – Берлин, 2017, изд. 2-е. https://www.academia.edu/30443977/). Среди прочего этот метод устанавливает минимальные границы применимости и надежности для любой теории обоснованной этим методом. В частности, ни одна теория (претендующая описывать действительность, а не чисто формальная математическая) не может гарантировать истинность своих выводов на бесконечности или в бесконечной близости особых точек (сингулярностей). Теория же не обоснованная по единому методу обоснования не может нигде гарантировать истинность своих выводов – предсказаний.
Об ограниченности применимости теории относительности сегодня свидетельствуют и астрофизические наблюдения, в частности превышение скорости света звездами на периферии наблюдаемой части вселенной. Физик Верходанов ( и ряд других) «спасает» теорию относительности, объясняя это тем, что наблюдаемая скорость - это не скорость движения самих звезд, а скорость раздувания пространства. То, что происходит раздувание нашего трехмерного пространства, следует из увеличения расстояния между звездами при отсутствии в нашем трехмерном пространстве центра разбегания звезд. Но разделение скоростей на скорости движения и скорости раздувания рушит само определение понятия скорость, принятого как у Ньютона, так и у Эйнштейна и гласящего, что скорость – это изменение расстояния между двумя объектами за единицу времени. Когда в теории относительности говорится о том, что скорость не может превышать скорости света, то имеется в виду именно это определение скорости. Потребность в уточнении и изменении понятий – это признак обнаружения границ применимости теории. Согласно единому методу обоснования новая теория должна начинаться с новых понятий, что мы наблюдали и при переходе от механики Ньютона к теории относительности (время абсолютное стало относительным и т.д.). Единый метод обоснования включает в себя как часть и новую теорию понятий.
Кстати, отсутствие центра раздувания в нашей трехмерной вселенной не означает обязательно его отсутствие вообще. Чтобы легче было представить себе раздувание трехмерной вселенной, обычно предлагают рассматривать раздувание воздушного шарика, расстояние между любыми точками на двумерной поверхности которого при этом увеличивается, но центра этого расширения на двумерной поверхности шарика нет. На поверхности - нет, но ведь он все-таки есть в трехмерном пространстве внутри шарика. Из этой аналогии напрашивается вывод о существовании 4-го метрического измерения, в котором и находится центр раздувания нашего 3-х мерного мира. В пользу существования как минимум 4-го пространственного измерения говорит сама гипотеза Большого Взрыва. Большой Взрыв не мог произойти в нашем 3-х мерном пространстве, потому что тогда наблюдался бы в этом пространстве его центр. Но подобно обитателям двумерного пространства надуваемого шарика, мы этого центра не наблюдаем, потому что он находится в дополнительном для шарика третьем измерении. А для нас трехмерных он может быть только в 4-м измерении.
О существовании 4-го измерения в виде вечного открытого мира говорит и Зельдович в упомянутой его работе:
«Прежде всего, словом "ничего", "из ничего" можно придавать разные трактовки. Можно представить себе пустое плоское пространство Минковского - само по себе такое решение уравнений ОТО существует и оно вечное. Рождение можно было бы представить себе наподобие серии картинок (см. рис).
Рождение замкнутой Вселенной (шарик на последней части IV рис.) из плоского мира Минковского (М на стадии I). На промежуточных стадиях, вдали от флуктуации, приводящей к рождению (отщеплению) шарика, метрика остается плоской ("минковской").
В таком многомерном пространстве физический вакуум может существовать за пределами нашего трехмерного замкнутого пространства, подобно воздуху за пределами воздушного шарика в приведенном выше примере. И сама наша трехмерная вселенная могла возникнуть в результате взрыва, произошедшего не в «ничто», а в многомерном мире, наполненном физическим вакуумом. Физический вакуум постоянно порождает пары частиц с античастицами, которые в норме затем аннигилируют. Но при определенных условиях, которые как достигаются в эксперименте, так и имеют место в космосе (вблизи черных дыр, например), эти пары частиц могут разделяться и не аннигилировать. Поэтому можно допустить, что при Большом Взрыве частицы (протоны с электронами) могли образовать нашу вселенную, а античастицы (антипротоны и позитроны) - другую вселенную в разных измерениях и потому без дальнейшей аннигиляции. При этом закон сохранения барионного заряда, нарушенный в нашей вселенной, соблюдался бы в многомерном мире, частью которого наша вселенная является. Конечно, эта гипотеза требует допущения, что нарушение закона сохранения барионного заряда имело место уже на этапе кварк-глюонного состояния материи после Большого Взрыва, и пока что нет опытных данных, подтверждающих это. Но нет опытных данных и опровергающих такое допущение.
Что касается возможности существования многих вселенных, то такая возможность уже допускается многими физиками, например, Стивеном Хокингом с его мультивселенной. (S. W. Hawking and Thomas Hertog. A Smooth Exit from Eternal Inflation?; https://arxiv.org/pdf/1707.07702v2.pdf). Но гипотеза Хокинга и ей подобные, не привлекающие понятия физического вакуума, не отвечают на вопрос, где и каким образом произошел Большой Взрыв, и не объясняют нарушение закона сохранения барионного заряда в нашей вселенной. А предложенная выше гипотеза с физическим вакуумом объясняет, по крайней мере, последнее и дает направление поиска ответа на первое. А именно, дальнейшее изучение физического вакуума и процессов, текущих в нем, может дать ответ на вопрос о том, почему произошел Большой Взрыв.
Резюмируя статью, можно сказать, что если бы физики владели единым методом обоснования, то сэкономили бы много времени и ресурсов, затрачиваемых на проверку, в том числе экспериментальную, гипотез, которые могут быть отброшены, как несоответствующие упомянутому методу. Еще более важно применение метода в гуманитарных и общественных науках. Метод был выработан именно в физике, только до сих пор не был представлен в явном виде. Благодаря этому он в физике и других естественных науках худо ль бедно применяется на уровне стереотипа естественно научного мышления и поэтому там происходит хоть не такой быстрый, как мог бы, но постоянный прогресс. В гуманитарных же и общественных науках он вообще неведом и поэтому там никакого прогресса не происходит и до сих пор там можно извлекать на свет божий Аристотеля или Платона и ссылаться на них как на истину в конечной инстанции. (Это примерно то же самое, как если бы физики в разговоре об устройстве атома ссылались на Демокрита). Но физика и другие естественные науки не могут решать гуманитарно-общественные проблемы, скажем, проблему экономических кризисов или глобального кризиса. Но объяснить гуманитариям единый метод обоснования намного труднее, чем физикам. Получается замкнутый круг: гуманитарии метод не понимают, а физики не хотят в нем разбираться, потому что у них и для них дела идут и так неплохо. Пусть и не так быстро, как могли бы, зато можно сколько угодно развлекаться, в том числе ненужными гипотезами и экспериментами.