1. Эволюция астрономических объектов
Астрономия была одной из тех наук о природе, которые в период возникновения диалектического материализма подтвердили его выводы о характере развития природы во времени. В связи с этим Ф. Энгельс отмечал, что после появления космогонической гипотезы Канта «Земля и вся солнечная система предстали как нечто ставшее во времени» и начало зарождаться понимание того, что «природа не просто существует, а находится в процессе становления и исчезновения»[93]. Однако показать диалектику развития астрономических объектов во Вселенной даже в астрономии XX в. — задача не из легких: многие особенности в развитии объектов во Вселенной еще не выяснены наукой.
Вместе с тем наблюдательная и теоретическая астрономия XX в. уже располагают обширным материалом, относящимся к образованию, структуре и эволюции отдельных ее объектов; опираясь на диалектику, можно вскрыть некоторые основные черты, моменты, заметить тенденции и определенные закономерности в образовании и эволюции планетной системы, а также в возникновении и развитии галактик.
В процессе астрономического познания человек никогда не имеет дела со всей бесконечной Вселенной, а лишь с более или менее ограниченной ее частью — астрономическим объектом (объектами). Материальный объект здесь является «клеточкой», исходным пунктом астрономического и философского исследования. Философия исследует астрономические объекты в их развитии с целью выделения в них универсальных характеристик, в то время как астрономия рассматривает с точки зрения особенного содержания, их специфических черт. В этом состоит объективная основа взаимосвязи философии и астрономии, хотя конкретный механизм их взаимодействия нуждается в дальнейшем анализе.
Раскрытие законов развития астрономических объектов представляет собой главную трудность этой науки. Современная астрономия рассматривает свои объекты не только в их стационарном, но и в нестационарном состояниях, в развитии. Поэтому, рассматривая эволюцию материи, необходимо анализировать как законы функционирования, так и законы развития. Законы строения и функционирования позволяют отражать моменты покоя и устойчивости в движении астрономических объектов, а законы развития выражают изменчивость их, необратимость, направленность происходящих в космосе изменений.
Принцип развития в астрономии мы рассмотрим в двух планах: а) в плане диалектики развития астрономических объектов и б) в плане диалектики развития астрономического знания. Каждой стадии развития объектов соответствует своя теория, а последовательности усложняющихся объектов (звезды и их системы — галактики и их системы) соответствует последовательность усложняющихся теорий, развитию астрономических объектов соответствует развитие астрономического знания. Но вследствие относительной самостоятельности развития познания и знания (они обусловлены предыдущим знанием, а также уровнем развития практики соответствующей эпохи, характером деятельности отдельных исследователей) астрономическое знание развивалось не всегда соответственно этапам развития астрономических объектов.
С XVI по начало XX в. ученые изучали местонахождение и происхождение звезд, в том числе и Солнца, оперируя масштабами расстояний в миллиарды световых лет. Они наблюдали космос далеко за пределами орбит планет и обнаружили множество звезд и галактик, сосредоточенных во Вселенной. Новые открытия в современной астрономии дополнили эту картину представлениями о взрывающихся галактиках и квазарах, черных и белых «дырах» эволюционирующей Вселенной.
Прежняя упорядоченная Вселенная, представлявшаяся древним и средневековым наблюдателям планетной системой, в центре которой находится Земля, а в послекоперниковский период — Солнце, превратилась в полный динамизма мир различных эволюционных процессов, а также продуктов дезинтеграции и распада больших космических систем. Современную астрономию интересует в первую очередь эволюция окружающего нас мира — от Вселенной в целом до отдельных звезд, которые входят в состав еще более крупных образований — галактик, образующих скопления. В 80-е годы XX в. все более отчетливо стали вырисовываться две концепции — «горячей» и «холодной» Вселенной. В первой развитие Вселенной связывается со взрывами, очень высокими температурами, космическими лучами больших энергий, необычными турбулентными взрывчатыми лавами в галактиках, новыми типами горячих (молодых) галактик. Основные достижения в астрономии XX в. связаны с теорией «горячей» Вселенной.
Рассмотрение диалектики становления Вселенной, вопроса об основных стадиях развивающихся астрономических объектов необходимо начать с исследования наиболее общего космологического объекта — Вселенной в целом, поскольку эволюция и звезд и галактик определяется в конечном счете эволюцией Вселенной. Астрофизики наблюдаемую с помощью приборов область Вселенной называют метагалактикой, а физики — мегамиром, подчеркивая тем самым ее качественное отличие от тех областей природы, которые изучаются различными разделами современной физики, от макро- и микромира[94]. Нестационарность метагалактики, ее расширение свидетельствует об определенной эволюции наблюдаемой области Вселенной.
Результаты исследования метагалактики, ее пространственно-временных (хроногеометрических) и причинностных (импульсно-энергетических) аспектов в рамках однородной модели Вселенной показывают:
1. Космическая материя в пространстве метагалактики распределена по различным структурным образованиям: звездам, галактикам и скоплениям галактик — «сверхгалактикам».
2. В больших масштабах плотность галактик и сверхгалактик, а следовательно, усредненная по всему объему метагалактики плотность вещества везде одинакова: метагалактика в среднем однородна.
3. Метагалактика не только однородна, но и изотропна, т. е. свойства ее объектов не зависят от направления в пространстве. На это указывает однородность реликтового излучения.
4. Метагалактика нестационарна: скопления галактик «разбегаются». При этом скорости «разбегания» пропорциональны расстояниям между галактиками, и это соотношение носит линейный характер (закон Хаббла).
5. «Искривленный» характер пространственно-временной структуры метагалактики выявляется не только в отдельных частях вблизи тяготеющих масс звезд или галактик (локальные искривления), но и в глобальном масштабе мегамира.
6. В далеком прошлом метагалактика представляла собой образование огромной плотности и в результате «большого взрыва» разогрелась до очень высокой температуры (сингулярность). В этом, в частности, убеждает реликтовое излучение, представляющее собой остаток от очень «горячей» и мощной радиации, характерной для метагалактики на начальных этапах ее возникновения и эволюции.
Причины расширения наблюдаемой части Вселенной не выяснены. Существует мнение, что раз в современной метагалактике отсутствуют значительные концентрации массы материи в каком-нибудь выделенном участке, то метагалактика в целом находится в настоящее время в состоянии инерционного расширения[95].
Исходя из этой концепции, а также опираясь на диалектический принцип развития в исследованиях проблем астрономии, можно теоретически выделить несколько последовательных стадий развития Вселенной: а) досингулярная Вселенная; б) сингулярная Вселенная; в) расширяющаяся или сжимающаяся Вселенная; г) коллапсирующая Вселенная.
Конкретное изучение определенных стадий в эволюции Вселенной ведется в релятивистской космологии, общей теории относительности, в различных вариантах и подходах ныне создающейся квантовой теории гравитации и квантовой космологии. Достаточно полный учет разнообразных астрофизических процессов, протекающих на всех стадиях развития Вселенной, возможен в так называемой квантово-релятивистской космологии, основные принципы и физико-математический аппарат которой создаются в настоящее время[96].
Выяснение прошлого Вселенной не на каком-то отрезке времени, а в целом составляет «вопрос вопросов» современной космологии и внегалактической астрономии[97]. Выявление эвристического значения важнейшего принципа диалектики — принципа развития позволяет в наиболее полном виде понять диалектику эволюции астрономических объектов. Разработка с помощью общей теории относительности концепции расширяющейся, эволюционирующей Вселенной Фридмана — Леметра еще раз показала действенность этого принципа.
Первой космологической моделью, которая возникла в рамках общей теории относительности, была стационарная модель Вселенной, разработанная в 1917 г. А. Эйнштейном. В этой модели метрика пространства-времени рассматривалась как не зависящая от времени, и теория не учитывала эволюцию материи. В 1922 г. советский физик А. Фридман предложил нестационарную модель, в которой метрика пространства-времени изменялась. Так возникла теория нестационарной вселенной, которая была подтверждена экспериментально американским астрономом Хабблом. В 1929 г. он открыл явление «красного смещения», которое означало, что скорость движения удаленных галактик прямо пропорциональна расстоянию до них. Согласно теории расширяющейся однородной модели, на первых этапах после «большого взрыва» в развитии Вселенной образовались атомы легких элементов (водород и гелий), затем — звезды и галактики с атомами более тяжелых элементов, планетные системы и, наконец, на некоторых из них создались условия для возникновения живых организмов. Число таких сверхплотных участков (особых точек) в эволюции Вселенной может быть бесконечно велико. В этом случае периоды ее расширения от некоторого сверхплотного вещества (протоатома) сменяются периодами сжатия («красное смещение» сменяется «фиолетовым») — так возникает пульсирующая модель Вселенной.
Что касается вопроса о том, конечна или бесконечна Вселенная, то в рамках теории А. А. Фридмана возможны два варианта его решения: а) открытая модель с отрицательной кривизной и б) закрытая модель с положительное кривизной. Причем выбор между открытой и закрытой моделью в рамках космологии в принципе можно сделать на основе учета средней плотности вещества и полей во Вселенной. Если средняя плотность окажется больше некоторой критической плотности Ркр, то реализуется закрытая (пульсирующая) модель Вселенной. При средней плотности материи меньше критической получается открытая модель Вселенной (расширяющаяся Вселенная). Существуют различные оценки средней плотности материи. По данным Оорта, она в 30 раз меньше критической, согласно данным Я. Б. Зельдовича с учетом нейтрино и квантов, средняя плотность Рср = (0,2–0,1) Ркр, т. е. в 10–20 раз ниже критической. Однако эти данные также нельзя считать окончательными, поскольку горизонты астрономических наблюдений постоянно расширяются.
В последнее время А. Л. Зельманов разрабатывает теорию анизотропной (неоднородной) Вселенной[98]. В ней Вселенная рассматривается как имеющая абсолютное вращение. При подобном подходе модель Вселенной не имеет единого пространства-времени, и в разных точках этой системы темп времени различный. Не существует в подобной системе и единой одновременности. Впрочем, ее не существует и на Земле — как вращающейся системе, но неопределенность одновременности в земных условиях составляет всего одну пятимиллионную долю секунды, и ею можно пренебречь. В условиях же космологических масштабов эта неопределенность достигает многих лет.
Таким образом, классификацию основных современных космологических моделей Вселенной можно представить в следующем виде:
Модели Вселенной:
1) нестационарные 2) стационарные
1а) однородные 1б) неоднородные
1а1) открытые 1а2) закрытые
Стационарная модель Вселенной не может считаться адекватной космологической моделью. Таковыми могут быть лишь различные варианты нестационарных моделей, рассматривающие Вселенную как эволюционирующую. В этих моделях реализуется диалектический принцип развития.
С представлением об эволюции Вселенной тесно связан вопрос о происхождении и развитии галактик. Согласно общим космогоническим гипотезам — так называемой классической (небулярной) и неклассической (бюраканской), образование галактик возможно двумя различными путями: а) путем расширения, дезинтеграции и распада некоторого первоначального сверхплотного тела (некоего нестационарного астрономического объекта — протогалактики, обладающей собственной активностью); б) путем сжатия первоначально однородной и разреженной протогалактики. Первую концепцию разрабатывает В. А. Амбарцумян[99], вторую — Дж. Джине[100].
Согласно первой гипотезе, галактики образуются из сверхплотных тел неизвестной природы путем их расширения. Согласно второй гипотезе, вещество протогалактики (в общем случае — протовселенной, или протомета-галактики) вначале принимает участие в общем космологическом расширении Вселенной, но после достижения метагалактикой некоторого максимального расширения начинает сжиматься под действием гравитации. Физическая эволюция галактик, а также вопросы об эволюции галактик с химической и динамической точек зрения в настоящее время усиленно изучаются[101].
Классификацию галактик в разное время предлагали многие астрофизики. Так, согласно Э. Хабблу, галактики делятся на спиральные, эллиптические и неправильные (иррегулярные). В указанной последовательности представляется и путь эволюции галактик. Когда господствовала концепция «холодной» Вселенной, астрономы, исследуя строение галактик, часто ограничивались их классификацией на основе лишь внешних морфологических особенностей и почти не обращали внимания на строение центральных областей галактик. В настоящее время высказывается точка зрения о том, что фундаментальную роль в эволюции галактик играют их ядра. Эта концепция опирается на следующие данные: 1) отождествление одного из мощных радиоисточников Лебедь А со слабой галактикой, имеющей два ядра; 2) двойственную структуру и у радиоисточника Персей А; 3) голубые спутники у эллиптических галактик, связанные с их ядрами тонкими струями[102]; 4) истечение вещества из центра нашей Галактики; 5) открытие сейфертовских галактик, в ядрах которых обнаружены турбулентные движения газовых облаков с огромными скоростями.
Дальнейшее изучение распределения галактик показало, что тенденция к группированию выражена у них намного сильнее. В частности, наша Галактика (со своими спутниками — Магеллановыми облаками) вместе с туманностью Андромеды и ее четырьмя спутниками и рядом карликовых галактик входит в местную систему галактик, содержащую почти все типы галактик по классификации Хаббла.
Говоря о двух космогонических концепциях — классической и бюраканской, необходимо отметить, что с философской точки зрения обе они связаны с идеей конечности развития космической материи, с представлением об одностороннем пути ее развития. Источник дозвездной материи должен быть либо конечным, а следовательно, исчерпаемым, либо — бесконечным, что являлось бы «дурной» бесконечностью.
Следовательно, основное противоречие современной космогонической теории заключается в том, что в ней учитываются два противоположных момента в развитии материи: концентрация и рассеивание вещества во Вселенной. Эти противоположные моменты учитываются в двух различных концепциях. Взятые отдельно, абстрактно, они отражают одну из сторон развития материи, а вместе — процесс развития космической материи в целом, в его конкретности. Синтез этих концепций возможен лишь в рамках релятивистской картины мира и при создании релятивистской космогонии. Попытку синтезировать эти концепции предпринял К. X. Рахматуллин, выдвинувший гипотезу о двусторонней генетической связи между сверхплотным и диффузным веществом[103].
Основы такого рода фундаментальной теории, в полном объеме отражающей противоречие движущейся материи, в настоящее время уже разрабатываются. Основная идея ее состоит в том, что исключение сингулярностей из теории, требуемое первой концепцией, должно означать тем самым создание модели сверхплотного тела, необходимой для бюраканской концепции[104].
Итак, происходит коренная ломка астрономических представлений, которые в целом имеют громадное мировоззренческое значение. И можно согласиться с мнением В. А. Амбарцумяна и В. В. Казютинского, предполагающих, что революция в современной астрономии в конечном счете, возможно, «не уступит великому коперниканскому перевороту»[105].
Рассмотрим теперь вопрос о происхождении и развитии звезд и планетарных систем. Современное состояние исследования системы планет основано на выявлении общих закономерностей их движения, закона планетных расстояний, особенностей распределения момента количества движения между планетами и Солнцем.
Как целостное образование. Солнце не является изолированным астрономическим объектом, а образует сложную систему. В нее входят 9 больших планет с 32 спутниками, около 1700 малых планет (астероидов), 1011 — 1012 комет, метеорная материя, межзвездный газ, космическая пыль и различные физические поля.
Среди проблем эволюции планет необходимо выделить следующие: 1) химической конденсации вещества в околосолнечной туманности; 2) аккумуляции твердого вещества вследствие гравитационной неустойчивости и 3) динамики «слипания» вещества в планету. Строго определенные закономерности в распределении планет приводят к выводу, что вся планетная система образовалась, по-видимому, в результате какого-то единого и мощного эволюционного процесса, который привел к современному состоянию планетных объектов[106]. В целом космогония планет определяется космогонией Солнечной системы, а последняя — единым процессом формирования и развития звезд и галактик.
Наиболее известные концепции (космогонические гипотезы) происхождения и развития Солнечной системы, главными элементами которой являются планеты, можно разделить на два типа: 1) классические (небулярные) концепции и их современные модификации; 2) «наблюдательная» (или бюраканская) концепция.
К классическим относятся известные небулярные гипотезы и концепции Р. Декарта (1637), И. Канта (1755), П. Лапласа (1796). Согласно им, Солнечная планетная система образовалась из газовой туманности в результате превращения космического газа и пыли в твердые массивные небесные тела. Наиболее известной из современных небулярных эволюционных концепций является гипотеза Вейцзеккера (1943–1947). В дальнейшем она была видоизменена Г. Гамовым, Э. Эпиком, Тер-Хааром и Дж. Койпером (1949), Ф. Уипплом (1948), а также Я. Оортом, М. Шварцшильдом и Л. Спицером. В СССР ее развивали О. Ю. Шмидт, В. Г. Фесенков, Б. А. Воронцов-Вельяминов и др.
В 1942–1946 гг. выдвигались идеи, основанные на электромагнитной концепции образования космических систем (К. Биркеланд, Г. Берлаге, X. Альфвен, Ф. Хойл). «Катастрофические» концепции возникновения планетной системы (Дж. Джине, Г. Джеффрис, В. Литтлтон) основаны на теории встречных взаимосвязей звезд с Солнцем в результате захвата, поглощения материи массивным небесным телом из окружающего пространства.
Неклассическая (бюраканская) концепция объясняет происхождение и развитие объектов во Вселенной как результат взрывных процессов. Основным ее положением является идея о том, что звезды (а в их системе и планеты) и галактики образовались из распадающегося сверхплотного тела[107].
В основу планетарной и звездной космогонии в ней положена концепция протозвезд: звезды возникают группами путем распада некоторых сверхплотных тел. Проблема заключается в конкретном поиске того материала, из которого формируются звезды, а затем планеты. Согласно концепции протозвезд, планеты образуются в ходе процесса звездообразования. Идея о том, что вещество планет — это звездное вещество, еще сохраняющее запасы и источники звездной энергии, должна быть подтверждена наблюдательными данными. В таком случае фаза планет может оказаться фазой распада и дезинтеграции звездного вещества. Эволюцию его необходимо рассматривать как нестационарность объектов, проходящих ряд этапов развития: 1) протозвезды, т. е. космические объекты, из которых в дальнейшем образуются звезды; 2) сами звезды; 3) постзвезды, т. е. конечные продукты эволюции звезд.
Образование протозвезды может быть объяснено с помощью классической или бюраканской космогонической теории. Каков будет «исход» жизни звезды, зависит главным образом от ее массы, которой она обладает на том этапе, когда ядерное горючее почти выгорело и звезда сбросила свою оболочку. В результате она переходит в свою противоположность — постзвезду. Если звезда на этом предконечном этапе имеет массу меньшую, чем 1,2 солнечной массы, то она превращается в «белый карлик». При массе от 1,2 до 2 солнечных масс образуется нейтронная звезда. При еще большей массе возникает «черная дыра». Таким образом, в эволюции звездного объекта обнаруживается своеобразная цикличность. Ветвь «протозвезда — звезда» является восходящей линией развития, поскольку она связана с усложнением структуры материи, ветвь же «звезда — постзвезда» образует нисходящую ветвь.
Каковы же основные источники развития астрономических объектов? Как известно, источником развития любого материального объекта являются диалектические противоречия[108]; в познании этих противоречий, их составных частей есть суть диалектики[109]. Поэтому при рассмотрении проблемы развития в современной астрономии необходимо выделить эти противоречивые стороны и проанализировать основные противоречия, определяющие развитие мегаматерии на различных уровнях ее организации. Наиболее общим будет уровень Вселенной в целом, следующим будет уровень метагалактики, затем уровень галактик, потом уровень звезд и, наконец, уровень планет.
На каждом из этих уровней существуют свои противоречия, стороны, свои источники развития. Образование планет, и в частности Земли, вызвано распадом газопылевого облака на отдельные туманности. При сжатии туманности ее твердые частицы опускаются к центральной плоскости. Появляющийся пылевой слой оказывается неустойчивым и распадается на сгустки, которые объединяются и сжимаются, образуя тела в десятки километров в диаметре. Они притягивают друг друга, сталкиваются и образуют планеты. На уровне звезд основным противоречием, определяющим их развитие, является притяжение и отталкивание. Это диалектическое противоречие отражается основными космогоническими теориями. Анализ возникновения, функционирования и распада звезд показывает, что существует определенная взаимосвязь между звездами и окружающими их галактиками. В последнее время было установлено, что ядра галактик являются центрами динамической активности и из них происходит мощное истечение вещества, которое приводит к образованию звездных систем. В свою очередь наиболее мощные метагалактики порождают небольшие галактики путем эволюции космической материи[110]. Развитие метагалактик определяется эволюцией и движением Вселенной в целом. Развитие звезд влияет на развитие галактик, а последние — на эволюцию метагалактик. Таким образом, существует определенная взаимосвязь различных уровней организации мегаматерии.
Для развития любой материальной системы по «восходящей» линии (прогрессивная стадия развития) необходим приток энергии извне. По отношению к космогоническим объектам приток ее, необходимый для прогрессивного развития систем меньшей степени общности, возможен за счет более общей системы. Так, прогрессивное развитие звезд связано с притоком энергии из галактик, а эволюция галактик — за счет энергии метагалактик.
Кроме внутренних противоречий значительное место занимают внешние противоречия между космогоническими объектами различной степени общности. При этом данные противоречия являются внешними лишь по отношению к системам меньшей степени общности, но по отношению к более широким космогоническим системам они становятся внутренними. В связи с этим можно указать и на более конкретный критерий, определяющий развитие метасистемы по прогрессивной и регрессивной линиям. Если взять максимальное значение энтропии для определенной метасистемы Smax, (звезды, галактики, метагалактики), подчиняющейся законам термодинамики, вычесть из него энтропию в каждый конкретный момент времени t (Smax — So) и рассмотреть полученный остаток, то при возрастании разности энтропии с течением времени наблюдается прогрессивное развитие, при уменьшении — ее развитие идет по регрессивной линии.
Как видно, звезды, галактики и метагалактики в процессе своего развития проходят стадии прогрессивного и регрессивного развития. Существуют некоторые критерии, позволяющие отделять эти стадии. Более сложное положение складывается с понятием Вселенной в целом. Дело в том, что для определения различных этапов ее развития необходимо единое пространство-время (для сравнения этих этапов). Но если даже исходить из концепции однородной нестационарной Вселенной, то возникают сомнения в возможности единого времени, поскольку расширение ее происходит в таком замедленном темпе, что, пока взаимодействие будет распространяться из одного конца Вселенной в другой вследствие конечности скорости его распространения, пройдет несколько миллиардов лет. Поэтому очень трудно рассматривать эту систему с единым пространством-временем.
При допущении неоднородной анизотропной модели Вселенной введение единого пространства-времени вообще невозможно. В силу этого применение категорий развития к Вселенной в целом связано с определенной спецификой. В любой момент времени в ней происходит прогрессивное развитие ее элементов, и в этом смысле оно является атрибутом материи.
2. Диалектика конечного и бесконечного в астрономии
Революция в астрономии в XX в., породив представления о «расширяющейся» и «взрывающейся» Вселенной[111], вместе с тем привела к новой постановке проблемы соотношения конечного и бесконечного[112]. Многообразие моделей Вселенной в релятивистской и квантовой космологиях выявило несостоятельность метафизического понимания конечного и бесконечного в астрономии. Этим воспользовались как объективные идеалисты, объявившие «начало» Вселенной Фридмана — Леметра доказательством сверхъестественного происхождения материи (неотомизм), так и субъективные, делающие вывод о существовании пространства и времени лишь в восприятии человека (неопозитивизм). Одну из причин подобного скатывания в идеализм В. И. Ленин видел в релятивизме, абсолютизирующем относительность научных понятий, законов и принципов[113].
Диалектическое понимание материи как объективной реальности, существующей независимо от сознания, предохраняет науку от метафизической абсолютизации определенного уровня знания. Современная астрономия не только подтверждает материалистическую диалектику, но и стимулирует ее дальнейшее развитие. Одним из таких стимулов является проблема конечного и бесконечного.
Рассмотрение вопроса о взаимообогащении теории объективной диалектики и теории астрономии предполагает анализ соотношения объектов этих наук, иными словами, соотношения модели Вселенной и диалектической модели материального мира. Решение этой задачи показывает как отличие диалектического понимания конечного и бесконечного от метафизического, так и методологическую функцию диалектико-материалистической философии в построении физико-космологической теории. Поскольку понятия конечного и бесконечного в космологии реализуются в соответствующих моделях Вселенной, эти модели должны быть рассмотрены специально.
Согласно методологии К. Маркса, анализ должен идти от эмпирически конкретного к абстрактному и от абстрактного к теоретически конкретному. Тем самым исследование диалектики конечного и бесконечного в астрономии будет осуществлено на нескольких различных по степени общности уровнях методологического анализа, а именно на уровне: 1) одной теории, 2) нескольких конкурирующих теорий, 3) синтезированных теорий (квантовой космологии), 4) общенаучного знания и 5) теории объективной диалектики. Последовательный переход от одного уровня к другому соответствует восхождению от конкретного к абстрактному. На последнем уровне анализа реализуется восхождение от абстрактного к конкретному.
На первом уровне в качестве примера рассмотрим ньютоновскую космологию, использующую и абсолютизирующую понятия евклидова пространства и ньютонова времени. Конечное и бесконечное в ней приобретает сугубо метрический смысл (основываются на понятии расстояния и совпадают с ограниченностью и безграничностью). В ньютоновской космологии проблема многообразия миров решается натурфилософски: философское понимание бесконечности ошибочно сводится к метрическому, а единство мира — к единству физико-химического состава вещества в плоском пространстве и времени.
Критику ньютонова понимания пространства и времени с позиций диалектики впервые дал Гегель[114]. Отвергая ньютоновскую бесконечность образа прямой линии как метафизическую, оторванную от конечного, он противопоставил ей образ круга[115]. Рациональным моментом здесь выступает идея диалектического единства конечного и бесконечного. Ф. Энгельс отмечал: «Бесконечность есть противоречие, и она полна противоречий»[116].
Параллельно с этим критика ньютонова пространства и времени велась с точки зрения неевклидовой геометрии и теории относительности. Тем самым практика научного познания стихийно перешла ко второму уровню методологического анализа космологических моделей.
С появлением общей теории относительности с ньютоновской космологией стала конкурировать релятивистская космологическая теория. Возникновение последней связано с приложением уравнений тяготения А. Эйнштейна к космологии. Математическое решение уравнений общей теории относительности сводится к нахождению геометрии пространств Эйнштейна, представляющих собой римановы многообразия любого числа измерений и любой сигнатуры. Множество предложенных решений этих уравнений порождает миры открытые и замкнутые, конечные и бесконечные в метрическом отношении. Первая релятивистская космологическая модель была выдвинута Эйнштейном еще в 1917 г. Это была модель стационарной Вселенной, конечной, с положительной кривизной пространства. Ее аналогом является гиперцилиндр с бесконечной осью времени.
Предпринимавшиеся попытки критики такой модели с философской точки зрения основывались на мнении о том, что конечность Вселенной якобы противоречит материализму. Однако в действительности пространство Вселенной Эйнштейна и любых других конечных моделей релятивистской космологии безгранично. Следовательно, оно является всеобъемлющим пространством и не допускает возможности существования какого-либо «внешнего» по отношению к нему пространства. Тем самым и конечные модели Вселенной не противоречат материализму.
Для наглядности можно воспользоваться известным примером, приведенным Эйнштейном в беседе с сыном. Он сказал, что когда слепой жук ползет по кривой ветке, то не замечает, что она кривая. Продолжим этот образ. Представим ветку, изогнутую так, что ее конец смыкается с основанием. В таком случае мы получим конечное, но безграничное пространство, служащее одномерным аналогом пространству модели Эйнштейна. Ее недостаток заключается не в конечности, а в статичности.
В 1922 г. А. А. Фридман исправил этот недостаток, построив нестационарную модель Вселенной, подтвержденную впоследствии наблюдениями. В зависимости от плотности вещества она могла быть как открытой, так и замкнутой, как конечной, так и бесконечной. При расширении Вселенной плотность вещества может стать меньше критической, а положительная кривизна пространства сменится на отрицательную. В последнем случае пространство Вселенной будет бесконечным и подобным псевдосфере Лобачевского. В настоящее время показано, что конечность и бесконечность модели Вселенной в структуре космологической теории имеют характер постулатов. Следовательно, для выбора ее модели недостаточно лишь эмпирических критериев, необходимы еще философско-методологические критерии. Таким образом, на втором уровне анализа возникает проблема критериев выбора адекватной модели.
В множестве римановых многообразий конечное и бесконечное не совпадают с ограниченным и безграничным. Если бесконечность является метрическим свойством, то безграничность — топологическим. Проблема многообразия миров на этом уровне анализа рассматривается как множество миров с различными не только метрическими (расстояние, кривизна, темп «течения» времени), но и топологическими свойствами (размерность, связность, гомогенность, направленность времени). Например, в квантово-динамической топологии, разработанной Д. А. Уилером и его сотрудниками, мировое пространство и время представляют собой пенообразную структуру с неодносвязной (нетривиальной) топологией[117]. Однако диалектическое понимание конечного и бесконечного не сводится к метрическому и топологическому разнообразию пространственно-временных отношений.
А. Л. Зельманов высказал методологическое предположение о том, что во Вселенной реализуется все многообразие миров (явлений, условий, законов), допускаемое как старыми, так и новыми фундаментальными физическими теориями. Такое расширение концептуальной основы астрономии достигается, например, в квантовой космологии М. А. Маркова[118]. В ее основе лежит гипотетическая микрочастица «фридмон», представляющая собой целую Вселенную. Она «разомкнута» лишь на массу элементарной частицы и поэтому «внешним наблюдателем» воспринимается в качестве одного микрообъекта. В этом случае бесконечность приобретает теоретико-множественный смысл[119]. Конечный объект становится бесконечной Вселенной, а Вселенная — микрообъектом, что и приводит к тезису: «Все состоит из всего», а часть и целое выступают как «равномощные».
Таким образом, на данном уровне синтезируются представления об экстенсивном и интенсивном аспектах бесконечности. Выдвигается идея многообразия природы не только на уровне явлений, но и сущности. Это означает, что содержание физических законов изменяется иногда в такой степени, что приходится говорить о разных типах закономерностей.
Понятие, Вселенной как множества возможных физических миров также не охватывает всего материального мира, оно ограничено спецификой самого физико-космологического познания. Преодоление этой ограниченности возможно на пути использования понятий, общих с другими науками, т. е. общенаучных понятий. Тем самым мы переходим на четвертый уровень методологического анализа Вселенной (системно-структурных образов). Для этого экстенсивный аспект неисчерпаемости материи должен «быть уточнен и конкретизирован, если его дополнить некоторыми элементами системного подхода»[120]. Он объясняет связь между различными фрагментами реальности с принципиально отличными свойствами.
Подобным объяснением качественного многообразия законов природы служит концепция структурных уровней материи. Согласно ей, мир представляет собой бесконечную иерархию подсистем, в каждой из которых действует своя совокупность специфических закономерностей. Эта концепция в известной мере объясняет связь между такими, например, областями, как микромир, макромир и мегамир. Однако обнаруживается и ограниченность данного уровня анализа. Поскольку в системно-структурной схеме строения материи абсолютизируется лейбницево качество (часть меньше целого), то она не позволяет объяснить целый ряд естественнонаучных теорий. К ним относятся концепции фридмонов и кварков, в которых реализуется нелейбницево качество (часть больше или равна целому). Едва ли объяснима с точки зрения этой концепции и модель Вселенной, строящаяся с использованием гипотетических тахионов (частиц, движущихся со сверхсветовой скоростью и образующих «отдаленные» районы Вселенной)[121]. В ней также возникает необычное соотношение «части» и «целого» у длительности времени, поскольку направленность времени меняется при движении со сверхсветовой скоростью. Все это свидетельствует об ограниченности данного уровня анализа.
Таким образом, бесконечная линейная упорядоченность иерархии структурных уровней материи отражает определенный тип материальной организации. Однако ее универсализация метафизична, она противоречит современным, астрономическим знаниям и принципу неисчерпаемости материи. Принцип неисчерпаемости не сводится ни к концепции структурных уровней, ни к какой-либо другой завершенной схеме материи.
Очевидно, общенаучные понятия отражают относительно всеобщие признаки атрибутов единого материального мира, а не абсолютно всеобщие. Развитие научной практики выявляет релятивность научного знания, вскрывает его ограниченность в попытках «связать» воедино разные типы объективной реальности. Преодоление этой ограниченности возможно на базе признания этой реальности и критики метафизики как антидиалектики.
Для этого необходим переход к следующему уровню методологического анализа Вселенной, к ее пониманию как экстенсивной бесконечности материи[122]. Понятие конечного при этом играет роль «системы координат», на которую «проецируется» реальная бесконечность, поляризующаяся на экстенсивный и интенсивный аспекты. И наоборот, единство этих аспектов лежит в основе диалектики конечного и бесконечного, выраженной в концепции неисчерпаемости материи. Материальность и неисчерпаемость выступают единственными абсолютно универсальными характеристиками объективного мира. Они объясняют с позиций материалистического монизма единство и взаимосвязь различных фрагментов объективного мира с различными относительно-универсальными свойствами. Если бесконечная материя характеризуется лишь объективностью и неисчерпаемостью, то любая ее конечная часть — системой диалектико-материалистических принципов и категорий. Такое представление объясняет органическую целостность принципов: материального единства мира, неисчерпаемости, универсальной взаимосвязи и развития. Оно несовместимо с идеализмом и метафизикой. Например, отношение различных типов организации материи объясняется взаимосвязью относительно-универсального содержания атрибутов, развитие — направленным изменением содержания атрибутов не только на уровне единичного, особенного, общего, но и всеобщего. При этом сама система атрибутов остается неизменной.
Дальнейший прогресс познания диалектики конечного и бесконечного в астрономии состоит в восхождении от абстрактного к конкретному. Задача исследования заключается в том, чтобы средствами теоретического описания единого материального мира отразить его конкретные типы и виды, иначе говоря, посредством всеобщих характеристик бытия в теоретической форме воспроизвести особенные характеристики бытия.
Диалектический синтез моментов категорий представляет собой схему построения моделей в общенаучном и конкретно-научном знании. Например, синтезируя моменты — элементная и структурная устойчивость (абстракция от изменчивости) с определенностью величины, места, границы (абстракция от неопределенности), получим философское обоснование «системности» как принципа строения одного из типов объективной реальности с лейбницевым качеством и свойством аддитивности. Всеобщее содержание атрибутов материи составляет диалектически-противоречивое единство однородности и неоднородности. Поэтому для обоснования целостности как признака системного мира следует абстрагироваться от неоднородности всеобщего содержания. И наоборот, абстрагируясь от однородности, мы получим теоретический «мир» типа квантово-космологической модели М. А. Маркова. В ней реализуется «несистемность», вызванная нелейбницевым качеством и неаддитивностью частей целого.
Диалектический анализ категорий конечного и бесконечного, а затем синтез их моментов приводят к выделению моментов конечного: ограниченности, качественной и количественной определенности; соответственно — бесконечного: неопределенности, неограниченной устойчивости и изменчивости. Синтез таких моментов, как качественная устойчивость, определенность места и границы, равенство места, направлений и мгновений, соответствует пространству и времени ньютоновской космологии. Если же исходить из неравенства мгновений и места, конечности протяженности и бесконечности длительности, то получается схема модели Вселенной Эйнштейна. Конкретно-научным проявлением взаимосвязи признаков атрибутов здесь служит взаимообусловленность неевклидовости пространства и «неньютоновости» времени, конечности и безграничности. Если в этом представлении качественную «устойчивость» заменить на «изменчивость» и допустить возможность бесконечной протяженности, то оно будет соответствовать фридмановской космологической модели.
Если же учесть неравенство направлений и места, относительность конечного и бесконечного, то мы получим неоднородные и анизотропные модели А. Л. Зельманова. Они вплотную подводят к идее относительной универсальности не только метрических, но и топологических свойств пространства и времени[123]. Дело в том, что модели А. Л. Зельманова необычным образом соотносятся друг с другом. Например, модель, обладающая бесконечным пространством, занимает ограниченную область в другой — с конечным пространством. Пространство модели, будучи бесконечным в одной системе отсчета, становится конечным в другой системе. Следовательно, метрическая бесконечность не имеет глобального характера. Она скорее носит локальный характер, обусловленный нетривиальной топологией пространства.
Ярким подтверждением такого вывода служит рассмотрение вопроса о конечности и бесконечности времени. Известно, что, согласно «горячей» модели, Вселенная в прошлом имела «начало» во времени (состояние космологической сингулярности). Время ее существования конечно и насчитывает около 18 млрд. лет. Однако в другой системе координат, вблизи сингулярной точки пространство так сжато, что преобразуются все основные параметры и время становится бесконечным. Очевидно, противоречия здесь возникают от неправомерной экстраполяции координатного времени. К характеристике области сингулярности, видимо, неприменимо не только метрическое пространство — время, но и привычное временное топологическое отношение «до — после». Не случайно А. Эйнштейн предупреждал, что при больших плотностях поля и вещества уравнения поля и даже входящие в них переменные должны терять смысл. Как отмечал Э. М. Чудинов, с точки зрения философа-материалиста, оперирующего более общим понятием времени, «начало» времени «может рассматриваться как результат попыток осмыслить развитие Вселенной в рамках какого-либо специального типа времени, например координатного времени»[124].
Для такого более общего подхода важны особые топологические структуры с «размытыми» гранями топологически различных многообразий, в которых устраняются «барьеры» между конечными и бесконечными величинами (неопределенность границы). Таким образом, современные тенденции развития физики и астрономии, вскрывая диалектическое единство конечного и бесконечного, подтверждают, что «они — едино суть»[125].
Исследование понятий конечного и бесконечного показало, что их содержание также диалектически противоречиво. Это противоречие состоит в отношении между относительным и абсолютным моментами универсального содержания конечного и бесконечного. Обогащая диалектико-материалистическую концепцию неисчерпаемости материи, это положение выполняет методологическую функцию в объяснении старых и построении новых астрономических теорий.
3. Диалектика развития астрономического знания
Вопрос о развитии астрономического знания имеет важное философское значение. Он предполагает анализ того, «каким образом из незнания является знание, каким образом неполное, неточное знание становится более полным и более точным»[126].
Позитивисты трактуют рост астрономического знания метафизически. Они абсолютизируют или количественный, непрерывный аспект его (кумулятивные концепции), или качественные изменения, моменты прерывности в его развитии (некумулятивные концепции). Марксизм-ленинизм исходит из того, что прогресс любой науки, в том числе и астрономии, происходит на основе единства количественных и качественных, прерывных и непрерывных изменений. Развитие форм астрономического знания характеризуется переходом от низшего к высшему, от простого к сложному, от старого к новому[127]. Оно представляет собой единство эволюционных и революционных изменений, смены исторических форм знания. Остановимся вкратце на основных этапах развития астрономического знания.
Античные мыслители разрабатывали математическую теорию видимого с Земли движения планет и Солнца. Так, Птолемей, размышляя над природой созданной им геоцентрической системы, указывал на исходные положения философского порядка. Они были заимствованы из трудов Аристотеля как космолого-астрономические принципы строения мира. Вместе с тем Птолемей опирался на астрономические опытные данные, которые, по его мнению, подтверждали центральное положение Земли[128]. Ему пришлось конструировать геометрические модели мира и выбирать из них те, которые соответствовали приведенным соображениям[129]. В конечном счете ими оказались круговые орбиты с эпициклами движения планет. Такие представления о строении Солнечной системы оказались громоздкими и внутренне противоречивыми.
В трудах античных мыслителей приводились также доказательства того, что размеры Солнца больше по величине не только Луны, но и Земли (А. Самосский), выдвигались отдельные догадки о движении Земли вокруг «центрального огня» (Филолай), видимое движение небосвода объяснялось вращением Земли (X. Сиракузский), высказывались соображения об обращении Меркурия и Венеры вокруг Солнца (Гераклит и Экфант).
Эти догадки древних послужили исходными элементами для создания Коперником гелиоцентрической теории. В обосновании системы мира Н. Коперника значительную роль сыграли эмпирические наблюдения Г. Галилея, математические вычисления И. Кеплера и философские принципы Дж. Бруно. Как видно, создатели этой теории не ограничивались использованием эмпирических знаний, они опирались и на другие предпосылки, в том числе, мировоззренческого порядка.
В новое время ограниченность системы Коперника была преодолена, что знаменовало выход исследования за пределы Солнечной системы. В этот период было установлено собственное (пекулярное) движение звезд (Галилей, Брадлей, Майер). Затем были открыты кратные (двойные) звезды, представляющие собой целостную гравитационную систему, определены яркости звезд. После этого В. Гершелем была поставлена эпохальная для астрономии задача: провести обзор всех объектов звездной Вселенной и выяснить ее строение и функционирование.
В основе решения данной задачи в ньютоновской космологии лежали определенные идеализации (космологические постулаты): предполагалось, что средняя плотность распределения звезд и их светимость постоянны (однородность); Вселенная стационарна, т. е. в однородной Вселенной не происходит изменений в распределении объектов и их светимости; метрически бесконечное пространство изотропно (равноправно по всем направлениям); законы физики, открытые на Земле, действуют повсеместно.
Однако ньютоновская космология оказалась не в состоянии решить ряд возникших в ней противоречий. Например, по данным фотометрии, свечение ночного неба от звезд должно быть столь же ярким, как и от Солнца, а на самом деле это не так. По данным термодинамики, вся Вселенная должна приближаться к тепловому равновесию, в результате которого она пришла бы к состоянию «тепловой смерти». Это тоже не подтверждалось.
Современная астрономия разрешила отмеченные выше противоречия и создала новые представления о Вселенной. «Горячая» модель Фридмана — Леметра — Гамова с нестационарной метрикой пространства-времени была подтверждена открытием явления разбегания галактик и реликтового теплового излучения. Это вызвало революцию в астрономии XX в. В ее основе лежит релятивистская (эйнштейновская) космология, базирующаяся на следующих положениях: 1) гравитационное поле выступает универсальным взаимодействием в мегамире; 2) оно описывается в уравнениях Эйнштейна геометрическими характеристиками; 3) «материальное» содержание Вселенной выражается тензором энергии-импульса. Релятивистские теории в астрономии можно разделить на пять основных типов: 1) однородная и изотропная (т. е. свойства ее объектов не зависят от направления и места) статическая Вселенная; 2) однородная и изотропная эволюционирующая Вселенная; 3) однородная анизотропная Вселенная; 4) Вселенная, в которой мировое пространство-время приобретает «необычные» топологии; 5) неоднородная анизотропная Вселенная.
В настоящее время существуют и такие модели Вселенной, которые не основаны на общей теории относительности или основаны на ней лишь частично. Это модели: 1) кинематической относительности Э. Милна; 2) стационарной Вселенной Бонди — Голда — Хойла; 3) электрической Вселенной Бонди — Боннора — Литтлтона — Уитроу; 4) модель с изменяющимися мировыми константами Иордана — Дирака, К. Станюковича, Хойта — Нарликара.
Развитие космологического знания в XX в. происходит в борьбе различных теорий. По своему содержанию они составляют диалектически противоречивое единство конечных и бесконечных, открытых и замкнутых, стационарных и нестационарных, «холодных» и «горячих» моделей Вселенной. Значительная часть этих моделей остается умозрительной, поскольку их эмпирическая проверка затруднена. В рамках классической концепции астрономии определяющее значение в наше время имеет «горячая» модель эволюционирующей Вселенной[130].
Диалектические идеи проникли в астрономию не только с понятием эволюционирующей Вселенной, но и с разработкой теорий нестационарных космических объектов. В этих теориях используются как релятивистская, так и квантово-полевая физика. Построение теоретических моделей развивающихся объектов, таких, как активные ядра галактик, вспышечная активность звезд, квазары, нейтронные звезды, «черные дыры», связано с определенными трудностями. Например, еще в 30-е годы была высказана Л. Д. Ландау в СССР, Р. Оппенгеймером в США гипотеза о том, что жизненный цикл звезд заканчивается переходом в сверхплотное состояние. Однако решающие результаты в наблюдении сверхплотных космических объектов получены лишь в конце 60-х годов[131]. Теоретические расчеты были подтверждены наблюдениями за рентгеновским излучением, проводившимися с околоземных орбит. Важным теоретическим открытием последнего десятилетия стал также вывод о рождении частиц из вакуума вблизи «черных дыр». «В результате черная дыра постепенно теряет массу, уменьшается в размере — „испаряется“»[132]. В зависимости от массы время жизни «черной дыры» соизмеримо с возрастом «Вселенной».
Большое значение для диалектико-материалистического мировоззрения имеет открытие направленных изменений таких объектов, как «черные дыры» или ядра галактик. Они свидетельствуют о саморазвитии космических систем и тем самым подтверждают диалектическую концепцию развития, о которой В. И. Ленин писал, что она «дает ключ к „самодвижению“ всего сущего; только она дает ключ к „скачкам“, к „перерыву постепенности“, к „превращению в противоположность“, к уничтожению старого и возникновению нового»[133]. Однако проблемы образования и эволюции галактик с точки зрения происходящих в них физических процессов пока еще раскрыты далеко не полностью.
Существующие гипотезы в этой области можно разделить на два типа: «классические», согласно которым известных физических законов достаточно для понимания явлений, происходивших вплоть до «начала» расширения Вселенной, и «неклассические», предполагающие, что для объяснения ряда астрономических явлений необходимы «радикально новые физические концепции»[134]. Последнюю точку зрения разделяют те физики и философы, которые считают, что для понимания строения Вселенной целесообразно использовать принципиально новую топологию пространства[135].
Следует иметь в виду, что пока в рамках классической концепции объясняются и даже предсказываются многие астрономические явления, такие, как протозвезды, сжимающиеся облака газа, «черные дыры». Нужна ли для понимания галактик «новая физика», покажет ближайшее будущее. Возможно, что вклад астрофизики в отдельные разделы современной физики в целом будет большим, чем ее вклад в построение будущей физической теории. Формирование последней в основном определено ее собственным развитием, внутренними парадоксами и антиномиями.
Таким образом, революция в астрономии XX в. сформировала эволюционный стиль мышления, вызвала значительные изменения в объекте, субъекте исследования и в условиях и средствах познания Вселенной. Это оказывает значительное влияние и на формирование нового физического знания. Если революция в физике в конце XIX — начале XX в. породила в ней диалектические представления, выраженные в корпускулярно-волновом дуализме, принципе дополнительности координатного и импульсного, временного и энергетического, физического и геометрического, логического и топологического описаний объектов, то революция в астрономии значительно расширила и обогатила их[136].
В. А. Амбарцумян и В. В. Казютинский отмечают следующие общие признаки любой научной революции: во-первых, «радикальные изменения в самом субъекте деятельности», связанные в конечном счете с общественно-исторической практикой в целом. Во-вторых, «открытие принципиально новых классов природных объектов или явлений», например открытие микромира и мегамира. В-третьих, «появление принципиально новых средств познания». К ним относятся методы «всеволнового» исследования Вселенной, выход человека в космос. В-четвертых, «подобные же изменения условий познания». Они охватывают все средства эмпирического и теоретического уровней науки. В-пятых, «изменение в характере познавательных действий», включающее изменения в познавательных операциях и процедурах. В-шестых, «радикальная перестройка системы знания», охватывающая сами основы, фундаментальные законы и принципы[137].
Отмеченные черты характерны и для революции в астрономии XX в. Ее главным итогом И. С. Шкловский считает то, что «был доказан наблюдениями факт, что Вселенная и составляющие ее объекты непрерывно меняются»[138].
Эволюционный стиль мышления современной астрономии ускоряет в ней внутренние интегративные процессы. На общей концептуальной основе объединяются астрофизика и космогония, поскольку та и другая изучают объекты со сходными законами эволюции. Вместе с тем космогония интегрируется с космологией, так как Вселенную после начала ее расширения можно рассматривать в качестве одной из метагалактик, подчиняющейся общим законам образования галактик. Подобная интеграция оказалась возможной лишь после предварительной дифференциации и специализации астрономии на основе эволюционных представлений. В этой особенности астрономического знания своеобразно проявляется синтез принципа развития с принципом материального единства мира.
В целом механизм функционирования и развития Вселенной в настоящее время изучен лишь в общих чертах, а многие проблемы остаются пока открытыми. Кроме уже отмеченных, к ним относится природа начальной космологической сингулярности. С ней И. С. Шкловский предположительно связывает содержание следующей революции в астрономии[139]. Рассмотрим этот вопрос более подробно.
В эволюции начальных моментов образования Вселенной в результате «большого взрыва» можно выделить пять гипотетических этапов. Первый начинается от времени 10-43 сек. после этого события и длится до 10-35 сек. Он характеризуется рождением нетепловых реликтовых гравитонов. Последние экспериментально пока не обнаружены, однако в принципе это не исключено в будущем. Второй этап длится от 10-35 сек. до 10-9 сек. В это время возникает зарядовая несимметрия: избыток барионов над антибарионами. Объяснение этого процесса возможно в строящейся сейчас теории, которая объединяет электромагнитные, слабые и сильные взаимодействия. На третьем этапе — от 10-9 сек. до 10-7 сек. рождается множество промежуточных бозонов. Они являются основой для объединения электромагнитного и слабого взаимодействия. На четвертом этапе, длящемся от 10-7 сек. до 10-2 сек., возникают кварки, находящиеся в тепловом равновесии. На пятом — от 10-2 сек. и далее образуется первичный гелий. Наблюдения процентного состава его во Вселенной подтверждают предположение о том, что он возник в этот период[140].
В настоящее время теоретическое исследование околосингулярных этапов «рождения» Вселенной ведется с позиции квантовой космологии. Оно показывает, что интенсивное рождение частиц вблизи сингулярности происходит лишь при резком анизотропном расширении Вселенной. Затем под влиянием тяготения родившихся частиц в очень короткое время расширение становится изотропным.
Вместе с тем о процессах, происходящих в первые моменты времени (до 10-44 сек.), наука не может судить с достоверностью. Предполагается, что здесь образуются квантово-гравитационные эффекты в сверхсильных полях. От уяснения роли этих эффектов зависит представление о строении Вселенной в целом. Их пока не может описать ни классическая, ни квантовая физика, использующие обычные пространственно-временные многообразия. Как отмечают Я. Б. Зельдович и И. Д. Новиков, «в квантово-гравитационной области сами пространство и время, возможно, приобретают вероятностные недетерминированные свойства»[141].
Сингулярность объясняется пока лишь гипотетично в рамках «неклассической» концепции[142]. При этом важную роль играют представления о пространствах, меняющих с течением времени свои топологические свойства. Примером использования таких представлений служит понятие суперпространства, являющегося абстрактным пространством, каждая точка которого есть трехмерный пространственный срез через всю возможную Вселенную. В нем сингулярность представляет собой как бы особую точку, в которой сопрягаются области с различными топологиями. Что же происходит со Вселенной, когда она проходит через эту точку? Н. В. Мицкевич так отвечает на этот вопрос: «В эти периоды мир, подобно взбесившейся стиральной машине, дочиста уничтожает всю информацию, всякий порядок в себе самом и после выхода на спокойную „орбиту“ вынужден спонтанно генерировать законы своей эволюции — законы природы»[143]. В таком «метакосмологическом» представлении сами физические законы и константы сменяются на новые, одни конкретные формы бытия сменяются другими.
Если анализ явлений сингулярности приведет к построению новой фундаментальной физической теории, то революция в астрономии XX в. из «локальной» (по оценке В. А. Амбарцумяна и В. В. Казютинского) перерастет в «глобальную». И хотя развитие физики при этом будет следовать своей внутренней логике, на нее значительное влияние окажут эволюционные астрономические представления. В «новой» физике нынешняя физика может оказаться лишь одним из вариантов реализации принципов и законов, констант, пространственно-временной структуры, причинной связи на определенном этапе развития Вселенной. Философско-методологическим вопросам формирования новой теории «неклассического» типа (бюраканской) до сих пор уделялось недостаточное внимание. Однако от них зависит мировоззренческая и методологическая ориентация естествоиспытателей, готовность их к генерированию «безумных» идей.
Что можно сказать о прогнозе будущего развития теории? Приведенный выше подход к проблеме космологической сингулярности основывается главным образом на идеях квантово-динамической топологии, разрабатываемых группой Дж. А. Уилера. Эти концепции относятся к «нелокальному» подходу в построении физической теории[144]. Такая программа построения новой теории в философском отношении является наиболее перспективной, хотя в физическом — менее результативна.
В основе различных вариантов «нелокального» подхода лежат модели пространства и времени с изменяющимися топологическими свойствами. Можно выделить четыре вида концепций, использующих различные исходные модели: а) с необычной размерностью пространства-времени (Р. О. Бартани, Г. Венециано); б) с неархимедовой топологией, т. е. дискретностью (Д. Д. Иваненко, В. А. Амбарцумян, В. П. Кадышевский); в) с неевклидовой топологией (Дж. А. Уилер, И. Г. Иван-тер); г) с обратимым временем (Р. Фейнман, Г. В. Рязанов). В них одно из топологических свойств пространства или времени принимается как необычное, в то время как другие сохраняют старую топологию. Каждая из этих теорий, добиваясь успеха в одном отношении, не может удовлетворительно объяснить других фактов. Так, выше была показана ограниченность концепции Уилера в объяснении космологической сингулярности. Однако на основе положения о взаимосвязи относительно-универсальных признаков атрибутов материи можно выбрать принцип взаимосвязи топологических свойств пространства и времени.
Современная физика и астрономия не только подтверждают этот принцип, но и дают богатый материал для понимания взаимосвязи топологических свойств. Так, Г. Рейхенбахом была показана связь между дискретностью и размерностью пространства и нарушением предела скорости света[145]. Последнее же вызывает изменение топологического свойства времени — его направленности. Чтобы понять подобные «метаморфозы» содержания атрибутов материи в их взаимосвязи, необходимо допустить и многообразие типов взаимодействия, детерминации, учесть изменчивость самой взаимосвязи.
Иллюстрацией такого представления может служить теорема Р. Герока[146], согласно которой изменение топологии в физических процессах воспринимается с точки зрения старой топологии как «резкое нарушение причинности»[147]. Эта теорема объясняет не только процессы, происходящие в квазарах и «черных дырах», но и мысленный эксперимент Эйнштейна — Подольского — Розена, которые показали, что «разъединенные» квантовые системы способны оказывать взаимную детерминацию без причинной передачи взаимодействия, через разделяющее их пространство.
Приведенные факты, революционизирующие представления о формах и свойствах существования материи, едва ли могут быть поняты без представлений об изменчивости и взаимосвязи относительно-универсальных ее признаков. Так современные диалектико-материалистические положения объясняют возможность изменчивости и предсказывают возможность взаимосвязи топологических свойств пространства и времени. Наиболее перспективным в формировании новой теории, на наш взгляд, является выбор в различных способах теоретического исследования программы использования пространств с переменной топологией.
В методологическом отношении нельзя однозначно предсказать характер взаимосвязи топологических свойств — это задача конкретных исследований. Однако можно судить о формальных трудностях в построении физико-космологической теории. Они вызваны отсутствием математического аппарата преобразования пространств одной топологии в пространство другой.
Для описания физического пространства новой теории недостаточно имеющихся математических структур, даже таких, как «суперпространство» Уилера. Следует отметить, что аналогичное положение создалось и в квантовой физике, где также показана недостаточность современных математических средств для описания физических объектов. Хотя топологические свойства пространства-времени в них и принимаются необычными, но изменение их происходит вне взаимосвязи этих свойств.
Взаимосвязь метрических свойств с законами сохранения выражена в теореме Нетер, а с зарядовой симметрией — в СРТ-теореме. В указанных теоремах в конкретно-научной форме выражены связи относительно-универсальных признаков, а эффективность их использования доказана в построении квантовой теории поля. В новой теории неклассического типа подобную роль может сыграть теорема Герока. Как уже отмечалось, в ней вскрывается взаимосвязь топологических свойств пространства и времени с причинностью протекания физических процессов. В свою очередь теорема Белла, доказывая невозможность совмещения принципа причинности с принципом локальности в описании квантовых объектов, находится в отношении дополнительности к теореме Герока.
Эти факты свидетельствуют о правомерности вывода о взаимосвязи топологических свойств пространства и времени друг с другом и с причинными связями физических процессов. Здесь возникают вопросы о направленности этих изменений, о том, каким образом индуцируется топология и какими физическими свойствами мира она детерминирована? Ответы на них, очевидно, даст новая теория. Она будет свидетельствовать о том, что «исчезают такие свойства материи, которые казались раньше абсолютными, неизменными, первоначальными… и которые теперь обнаруживаются, как относительные, присущие только некоторым состояниям материи»[148].