Современные гипотезы происхождения вселенной

В науке ХХ в. происхождение Вселенной рассматривалось не только с точки зрения процессов, связанных с массой и энергией, но и с точки зрения происхождения пространства и времени.

Ниже приведем краткое изложение становления теорий (гипотез) происхождения Вселенной (см., напр., [Хокинг, 1990; Наука, 1989]).

В 1925—1930 гг. Эдвин Хаббл и Милтон Хамсон (Edwin Habbl, Milton Humson) при исследовании галактик (спиралевидных туманностей Млечного пути — Milky Way) установили, что свет, испускаемый ими, смещен в красную область спектра тем больше, чем дальше они удалены от нас. Это послужило основанием (с учетом эффекта Доплера) для заключения о разбегании галактик со скоростями, пропорциональными их удалению от нас (и друг от друга). Поскольку все галактики удаляются от нас и друг от друга, можно заключить, что Вселенная расширяется. Наглядно это можно представить, наблюдая расхождение точек на раздувающемся мыльном пузыре. При точном определении — наша Вселенная расширяется в четырехмерном пространственно-временном континууме.

В свою очередь, на основании этого факта можно рассчитать возраст Вселенной, экстраполируя ее зарождение к состоянию, когда она была сжата в точку. Получается, что возраст Вселенной около 20 млрд лет.

Масса и энергия в такой точке не существовали, и понятия пространства и времени для нее не имели смысла.

В науке такое состояние называется “сингулярностью”, т.е. особым, уникальным, необычным состоянием.

Другой научный факт, дающий основания для развития теорий происхождения и эволюции Вселенной как целого, следует из химического состава звезд. По спектрам испускания звезд установлено, что они в основном состоят из легчайшего элемента — водорода.

Водород как бы поддерживает “жизнь” звезды, участвуя в ядерных реакциях, происходящих в ее центре. При этом водород постоянно превращается в гелий и другие более тяжелые элементы.

Звезда “умирает”, когда истощается ее основное ядерное горючее — водород.

Наиболее крупные звезды в конце своего существования катастрофически взрываются и называются “сверхновыми”. При этом в окружающее пространство испускаются тяжелые элементы, образовавшиеся внутри звезды. Возможно, планеты нашей солнечной системы образовались из продуктов распада какой-то звезды.

Поскольку расход водорода во Вселенной — процесс необратимый, Вселенная должна закономерно идти к концу своего существования.

Таким образом, расширение Вселенной и явление смерти звезд дают основание для укрепления гипотезы о том, что наша Вселенная имела Начало, а не существует вечно.

В то же время в ХХ в. предлагались и альтернативные гипотезы. Например, в 1948 г. английские астрономы Герман Бонди и Фред Хойл (Hermann Bondi, Fred Hoyle) предложили модель стационарной Вселенной, опираясь на выдвинутую ими гипотезу “непрерывного творения” (steady — state universe, or continuous creation model). Они предположили, что новая материя постоянно создается во Вселенной в виде водорода и нейтронов. При этом явление расширения Вселенной они объясняют необходимостью образования новых “вакансий” для новых материальных объектов. Хойл также предположил, что новую материю продуцирует неизвестная ранее сила Си-поле (C-field — Creation field). Творение ex nihilo (из ничего) представляется этим ученым простым законом природы.

Основные проблемы этой гипотезы — отсутствие наблюдений, ее подтверждающих. Гипотеза эта не согласуется с известными законами сохранения в физике. К тому же она плохо согласуется с одним из критериев научности знания — “принципом фальсификации”, особенно касательно гипотезы существования Creation field.

Дискуссии по поводу альтернативных гипотез продолжались до новых открытий 1960-х гг. В первую очередь это касается обнаружения космического “реликтового излучения”.

В 1965 г. ученые Арно Пензиас и Роберт Вилсон (Arno Penzias, Robert Wilson) при настройке микроволновой антенны были озабочены регистрируемой статической наводкой (постоянным сигналом). Вначале они решили, что причиной является гнездо, свитое голубями на антенне. Однако после удаления гнезда ничего не изменилось. Исследуя эффект более тщательно, они установили, что антенна принимает постоянное микроволновое излучение, пронизывающее все космическое пространство, т.е. Вселенная как целое охвачена как бы микроволновым “заревом”. Излучение, открытое этими учеными, называется теперь “космическим реликтовым излучением” (cosmic background radiation), зародившимся в са- мом начале образования Вселенной. Это излучение соответствует очень малой температуре — около 3° выше абсолютного нуля.

Понять современный низкий температурный уровень излучения можно, представив слабое тепловое излучение от догорающих углей после сильного и яркого излучения от ранее горевшего костра.

Интересно, что за 20 лет до этого, в 1940-е гг., физик Георг Гамов предсказал существование такого реликтового излучения на основании его модели “горячей Вселенной”. В 1948 г. Ральф Альфер и Роберт Херман (Ralph Alpher, Robert Herman) на основании модели Гамова рассчитали, что сейчас остаточное излучение от ранее горячей Вселенной будет соответствовать температуре около 5° выше абсолютного нуля.

В результате всего этого многие современные ученые принимают гипотезу образования Вселенной в результате “Большого взрыва” (the Big Bang).

В 1974 г. было обнаружено еще одно явление в пользу гипотезы “Большого взрыва”. Алан Сандейдж (Alan Sandage) после наблюдений и расчетов установил, что скорость удаления галактик друг от друга со временем уменьшается. Это подтверждает, что Вселенная, подобно заведенным часам, идет к закономерному исходу.

Другая проблема происхождения и эволюции Вселенной — может ли быть Вселенная осциллирующей? Ученый Эрнст Опик (Ernst Opik) предположил, что наша Вселенная возникла не в результате “Большого взрыва” (Big Bang), а в результате “Большого отскока” (Big Bounce). По Опику, Вселенная циклически зарождается и коллапсирует через каждые несколько сотен биллионов лет.

Впрочем, гипотеза Опика не находит подтверждения на уровне современных научных концепций. Если наша Вселенная и коллапсирует, то нового зарождения ее не будет ввиду производства энтропии. То есть после сжатия Вселенной не произойдет повторного ее зарождения. Как говорят ученые, если и будет то не “Большой отскок”, а “Большой хруст” (Big Crunch).

Что касается вопроса, будет ли Вселенная неограниченно расширяться, или же произойдет гравитационный коллапс, то теоретическое предсказание конкретного исхода зависит от достаточно точного определения суммарной массы вещества во Вселенной.

Критический анализ гипотез “Самого Начала”

Основной вопрос, который естественно задает человек: откуда взялась эта “сингулярность” и происхождение Вcеленной ex nihilo? Ученые отказываются на него отвечать, поскольку это за пределами возможностей научного познания, по крайней мере, современных его положений и возможностей (см. раздел о пределах познания).

В результате этот важный вопрос остается только в сфере философии и религии.

При всем множестве проблем эволюционизма проблема Самого Начала остается не только центральной, но и запредельной для человеческого научно-философского познания (подробнее об этом сказано в разделе, посвященном пределам научного познания).

Все современные научные теории-гипотезы “запределиваются” при подходе к проблеме природы начальной сингулярности, т.е. элементарной особенности, с которой началось существование Вселенной. Известные теоретические варианты квантовой и инфляционной космологии с гипотезами раздувающейся Вселенной, теоретическое описание природы черных дыр как моделей Вселенной и все прочие теоретические модели (“сценарии”) развития Вселенной — это сценарии, действие которых начинается после Самого Начала, сингулярности, Большого взрыва, начального “ничто”.

К происхождению Вселенной из “ничто” неизбежно приходит последовательный глобальный эволюционизм при утверждении, что всякая природная сложность возникла из чего-то более простого.

Однако при попытках научного описания происхождения Мира из “ничто” естествознание (точнее, физика) вынуждено прибегать к “хитростям”. Действительно, в современных теориях предполагается, что в начальном “ничто” (физическом вакууме) имели место квантовые флуктуации. Далее, после введения такого постулата привлекается принцип неопределенности уже для объяснения возникновения неоднородностей (возрастания энтропии) на самых ранних этапах эволюции Вселенной из первоначального однородного состояния с минимумом энтропии (см., напр., [Хокинг, 1990, с. 123]).

Таким образом, физики при рассмотрении проблемы Самого Начала принимают в качестве исходной точки отсчета не метафизическое “ничто”, а “ничто” плюс физические законы квантовой теории как некую изначальную реальность, но это уже не “ничто”, а “нечто”. Более того, можно сказать, что в этом случае Самое Начало есть “ничто” плюс “флуктуации” (пределы) человеческого “знания-незнания”, выраженные в принципе неопределенности квантовой теории, — весьма сомнительное и “натянутое” объяснение начала всего видимого в Природе многообразия.

Уход от проблемы возникновения Вселенной из “ничто” совершается в некоторых современных космологических гипотезах на основании идеи о том, что наша Вселенная — результат туннельного перехода сквозь “ничто”(в смысле “ничто” как исходной точки пространства-времени “нашей” Вселенной) какого-то “нечто” из других пространств. При таком взгляде на происхождение Вселенной проблема Самого Начала “отодвигается” в неизвестные пространственные миры. Другой вариант объяснения зарождения и эволюции Вселенной на основании представлений о множественности миров проистекает из поиска внешнего активного начала, породившего неравновесность, как необходимого условия самоорганизации: “Наша Вселенная может быть одним из элементов ансамбля миров, поэтому, говоря о ее рождении как о самоорганизационном процессе, следует иметь в виду возможные внешние дестабилизирующие факторы” [Дубровский, 1991, с. 137].

В связи с научным обсуждением разнообразных проблем времени и происхождения Вселенной, где выпадают проблемы философского их осмысления, С.Хокинг заметил: “Пока большинство ученых слишком заняты развитием новых теорий, описывающих что есть Вселенная, им некогда спросить себя, почему она есть” [Хокинг, 1990, с. 147].

“Звездное небо над нами” в начале ХХI в., как и во времена Канта, “наполняет душу всегда новым и все более сильным удивлением и благоговением”.