CC BY
130
ФИЛОСОФИЯ, СОЦИОЛОГИЯ И КУЛЬТУРОЛОГИЯ
УДК 165; 167/168
И.В. Стеклова АВТОНОМНОСТЬ И СИНГУЛЯРНОСТЬ В КУЛЬТУРЕ
Развивается авторская концепция автономности и сингулярности в структуре тотальности науки. Исследование проводится на материале истории философии и науки. С позиций отношений рассматриваются различные стороны и факторы обособленности науки в универсуме. Предпринята попытка философского обоснования возникновения данных отношений из сингулярности, являющейся основанием выделения науки в качестве автономного образования.
Автономность, обособленность, сингулярность, универсум, физика, философия, культура
I.V. Steklova AUTONOMY AND SINGULARITY IN THE CULTURE
The author presents the concept of autonomy and singularity in the structure of the totality of science. The research is based on the materials of the history of philosophy and philosophy of science. Various aspects and factors of isolation in the universe of science are discussed from the standpoint of relations. An attempt has been made to philosophically justify the emergence of this relationship from singularity, which is the basis for considering science as an autonomous entity.
Autonomy, isolation, the singularity, the universe, physics, philosophy, culture
Отношения связи и обособленности научного познания вызывают целый ряд вопросов, в частности онтологического и гносеологического характера по отношению к миру в целом. Возникновение нашей Вселенной имеет определенную точку отсчета - сингулярную точку, причем не только в хронологическом плане, но и в буквальном. Представление о сингулярности сегодня существенно как для естественников, так и привлекает внимание всех тех, кого волнует настоящее и будущее человечества. Данная констатация актуализируется усиливающимся влиянием науки в культуре. Откуда мы? Куда мы идем? Данные вопросы продолжают волновать также и физиков.
Понятия монизм и плюрализм в настоящее время являются распространенными в философии. Интересно, что первое из них имеет греческое происхождение: monos (единственный), а второе - латинское: pluralis (множественный). Сингуляризму (от лат. singularis - единственный) суждено было остаться на второй позиции, хотя он, как и монизм, является философским направлением, которое, в противоположность дуализму или плюрализму, выводит все особенности мира, все его многообразие из единственного принци-па1. Возможно, отчуждение этого понятия в философии - компенсация за популярность в естествознании, где сингулярные точки продолжают оставаться тайной и предметом многочисленных споров. Поэтому, в первую очередь, необходимо проанализировать понятие сингулярности в физике.
Современная релятивистская теория тяготения составляет суть общей теории относительности А.Эйнштейна. Построение релятивистской теории тяготения, ее применение к гравитирующим системам наибольших масштабов шли параллельно с изучением пространственного распределения галактик, доказательством нестационарности наблюдаемой системы галактик и их скоплений. В результате возникло понятие расширяющейся Вселенной, появились вопросы о ее прошлом и будущем. Выводы релятивистской теории тяготения кажутся неожиданными, но до настоящего момента согласуются с результатами наблюдений. Интересных результатов ждут от синтеза релятивистской теории тяготения и квантовой теории.
1 См.: Краткая философская энциклопедия. М., 1994. С. 414.
Данный синтез необходим для описания закономерностей в условиях очень ранней Вселенной. Такое состояние Вселенной, для описания которого потребуется еще не созданная квантовая теория тяготения, иногда условно называют «Большим взрывом». Физические условия ранней Вселенной служат как бы исходными данными для более поздней эпохи, когда происходило образование структурных единиц типа галактик и скоплений галактик. Существует некая точка, в которой возникает Вселенная. Еще одна предельная точка характеризует в ряде случаев финальную стадию эволюции.
В космосе есть такие области, где гравитация буквально господствует. Это так называемые черные дыры - области сверхсильных гравитационных полей, образующихся, вероятно, при коллапсе вещества, например, при катастрофически быстром сжатии массивных звезд в конце их жизни. Многочисленные астрономические данные, полученные за последние годы, породили у астрономов уверенность, что они смогут доказать существование черных дыр, наблюдая огромное разнообразие космических объектов - от двойных звезд (образующихся по орбитам вокруг общего центра тяжести) до галактик и квазаров.
Пространство стационарной вселенной А.Эйнштейна имеет конечный объем, но не ограничено. В этой Вселенной луч света, двигаясь в любом направлении, совершает в пространстве полный оборот и возвращается в исходную точку. Вселенная с такими свойствами называется замкнутой. Кривизна пространства здесь положительна. Подобная ситуация характерна для черных дыр.
Кривизна пространства в расширяющейся вселенной А.Фридмана может быть положительной, нулевой и отрицательной. Фридмановская модель Вселенной замкнута, как и эйнштейновская.
Характерной особенностью некоторых предельных точек является то, что в них не работают господствующие физические теории. Подобные области как раз и являются сингулярными. Кроме того, существенной чертой сингулярностей является их порождающий характер.
Характер начальной сингулярности в более общих моделях может существенно отличаться от ее характера во фридмановских моделях. Существует точка зрения, что последние, вероятно, составляют пустое множество, так как на достаточно ранних стадиях «энергия анизотропии» обязана преобладать, тогда как во фридмановских моделях она точно равна нулю1. Однако П. Девис отмечает, что если пространство-время при сингулярности не может существовать, то R=0 во фридмановских моделях соответствует моменту, когда пространство-время впервые возникает. Поэтому наличие в фридмановской теории сингулярности привело к широко распространенному представлению о том, что начало расширения и представляет собой «сотворение» (рождение) Вселенной. До начала расширения Вселенной не могло быть ничего, что имело бы физическое отношение (согласно современным представлениям) к наблюдаемой Вселенной. Если модели А.Фридмана понимать буквально, то не только пространство-время, но и вся материя во Вселенной должна начать свое существование в момент, соответствующий сингулярности2.
Модели могут быть и открытыми. В каждую эпоху модели всех трех типов удовлетворяют условиям однородности и изотропии. Другими словами, размещенные в любую эпоху по всей Вселенной наблюдатели сообщают, что вид космоса в крупном масштабе повсюду один и тот же. Кроме того, для любого наблюдателя Вселенная выглядит одинаковой во всех направлениях. Наблюдая снаружи, невозможно узнать ничего нового о свойствах вещества при больших плотностях. Однако это можно сделать по наблюдениям излучения, способного пройти через облако выброшенного вещества: гравитационное излучение и поток нейтрино.
В замкнутой модели Вселенной за фазой расширения наступает фаза сжатия. Открытые модели продолжают расширяться вечно. Во всех трех моделях расширение замедляется под действием гравитации. Эпоха, соответствующая S = 0, - это момент рождения Вселенной из состояния, когда все ее вещество было сжато в очень малом объеме, момент сингулярности, отмечающий начало расширения Вселенной. В этот момент можно, по образному выражению Дж.Нарликара, включить космические часы3.
Вселенная медленно расширяется, а галактические гравитационные силы сдерживают разбегание галактик. В настоящий момент имеются некоторые данные свидетельствующие об уменьшении скорости космического расширения. Если принять, что темп расширения Вселенной замедляется, то из этого следует, что когда-то скорость расширения была выше, чем теперь. При экстраполяции назад во времени следует ожидать, что скорость расширения была больше, иначе галактики упали бы друг на друга под действием взаимного притяжения. П. Девис отмечает: «Экстраполируя в прошлое, насколько возможно, получим, что около 18 миллиардов лет назад Вселенная имела бесконечно большую плотность и расширялась бесконечно быстро. Поскольку фаза расширения из сингулярного состояния началась конечное время назад, обычно считается, что она описывает фактическое образование наблюдаемой Вселенной»4.
То, что на ранних стадиях Вселенной должна была иметь место сингулярность, является почти неопровержимым следствием теории А. Эйнштейна. Никогда не делалось предсказания о том, что Вселенная начинает свое существование из сверхплотного и сверхгорячего состояния, расширяется до максимальных
1 См.: Рис М., Руффини Р., Уилер Дж. Черные дыры, гравитационные волны и космология. М., 1977. С. 323.
2 См.: Девис П. Пространство и время в современной картине мира. М., 1979. С. 205.
3 См.: Нарликар Дж. Гравитация без формул. М., 1985. С. 138.
4 Девис П. Случайная Вселенная. М., 1985. С. 18.
230
размеров, а затем вновь сжимается и коллапсирует. Оно внушает страх и выглядит нелепо и абсурдно. А.Эйнштейн сам не мог поверить в свой вывод. И только наблюдения Э.Хаббла заставили его и научную общественность отказаться от концепции Вселенной, которая, не меняясь, существует бесконечно долго1. Э.Хаббл доказал звездную природу внегалактических туманностей (галактик); оценил расстояние до некоторых из них, разработал основы их структурной классификации, установил в 1929 году закономерность разлета галактик2. Гипотеза расширения имеет теоретическое обоснование. Однородное расширение Вселенной вытекает из общей теории относительности А. Эйнштейна и общего представления об однородности пространства. Фактически же идея расширяющейся Вселенной была выдвинута впервые А. Фридманом в 1922 году, то есть за семь лет до того, как Э. Хаббл обнародовал результаты своих исследований зависимости скорости убегания галактик от расстояния до них.
Близкие к статической модели идеи были развиты в 1940-е годы в стационарной модели Ф. Хойла и др., где вещество непрерывно создается по мере разбегания галактик, так что его плотность во Вселенной остается постоянной. Однако эта модель не подтверждается экспериментально (в частности, противоречит данным по реликтовому излучению) и сейчас вытеснена стандартной моделью3.
Значительный вклад в развитие нестационарной космологии внес Ж. Леметр - бельгийский космолог и аббат. Он в вопросе происхождения всего окружающего мира выдвигает точку зрения, противоположную космогонической концепции Канта-Лапласа. Им делается вывод о том, что мир произошел не из первичной туманности, а из какого-то сверхплотного состояния материи, из некоего «первоатома», взрыв и рассеяние которого привели к образованию всей наблюдаемой структуры космоса. Однако он не говорит о сингулярном состоянии материи, место которого занимает гипотетический «первоатом», хотя уравнения релятивистской космологии связаны с начальной сингулярностью. Продвижение к сингулярности произошло тогда, когда была строго доказана неизбежность сингулярностей в ОТО. Долгое время полагали, что от сингулярностей можно избавиться путем неизотропности, неоднородности в расширяющейся Метагалактике, которые не учитываются в идеализированных изотропных, однородных космологических моделях. Но в 1965-1975 гг. Р. Пенроузом и С. Хокингом доказан ряд теорем, из которых следовала неизбежность сингулярностей в самом общем решении уравнений А. Эйнштейна. Более того, В. Белинский, Е. Лифшиц, И. Халатников получили общее устойчивое решение с сингулярностью. Стало ясно, что проблема начальной космологической сингулярности не может быть решена в рамках современной теории гравитации путем учета тех или иных условий, от которых абстрагируются в идеализированных моделях «однородной, расширяющейся Вселенной»4.
В ряде исследований представлены детали, касающиеся самой черной дыры. Прежде всего черную дыру окружает фотонная сфера, состоящая из лучей света, движущихся по неустойчивым круговым орбитам. Внутри фотонной сферы находится горизонт событий - односторонне пропускающая поверхность в пространстве-времени, из которой ничто не может вырваться. Наконец, в центре черной дыры находится сингулярность. Все то, что проваливается сквозь горизонт событий, засасывается в сингулярность, где под действием бесконечно сильно искривленного пространства-времени прекращает свое существование. Сингулярность - это место, где кривизна пространства-времени обращается в бесконечность. В момент, когда умирающая звезда уйдет за горизонт событий, ее размеры еще довольно велики, но никакие физические силы уже не смогут остановить ее дальнейшее сжатие. Звезда будет продолжать сжиматься до тех пор, пока не окажется в центре черной ды5ры. В этой точке бесконечно давление, бесконечна плотность и бесконечна кривизна пространства-времени5.
И. Николсон отмечает, что черная дыра, образовавшаяся в результате коллапса массивной звезды, -это сферический объем пространства, имеющий радиус, равный радиусу Шварцшильда, а сингулярность находится в центре симметрии. Никакие сведения о событиях внутри черной дыры не могут распространяться во Вселенной за пределами горизонта событий. Ничто, попавшее в черную дыру, не может избежать падения на центральную сингулярность, поскольку даже внутри дыры частицы должны следовать по линиям, наклоненным к вертикали под углом, который меньше 45 градусов. При этом внутри черной дыры, сразу за горизонтом событий, происходят фундаментальные изменения характера пространства-времени. Если во внешнем пространстве тела свободно двигаются в произвольном направлении, то внутри черной дыры допустимо единственное движение - к сингулярности и разрушению в ней. Имеется предположение, что дыра может связывать нашу Вселенную с другим, аналогичным миром. Однако невозможно проникнуть в «другую вселенную», послать туда или получить оттуда какой-либо сигнал, ибо все, что попадает в черную дыру, исчезает в сингулярности. Можно сделать вывод, что сведений о черной дыре слишком мало. Известные физические законы там не действуют, так как речь идет о большой плотности вещества и бесконечных
1 См.: Рис М., Руффини Р., Уилер Дж. Черные дыры, гравитационные волны и космология. М., 1977. С. 327.
2 Советский энциклопедический словарь. М., 1985. С. 1433.
3 См.: Ирхин В.Ю. Кацнельсон М.И. Уставы небес: 16 глав о науке и вере. Екатеринбург, 2000. С. 444.
4 См.: Трофименко А.П. Вселенная и развитие. Минск, 1982. С. 12-13, 19-20.
5 См.: Кауфман У. Космические рубежи теории относительности. М., 1981. С. 142, 335.
силах тяготения. Горизонт событий скрывает эту сингулярность от внешнего наблюдателя. Если бы сингулярность можно было наблюдать непосредственно, считает И. Николсон, то есть если бы существовала так называемая «голая сингулярность», то мы лишились бы и тех небольших возможностей предсказывать развитие событий во Вселенной, которые ныне нам доступны: ход наших рассуждений был бы запутан непредсказуемым поведением сингулярности. Но поскольку сингулярности «прячутся» за горизонтом событий, что бы в них не происходило, это никак не отражается на находящейся вне горизонта событий наблюдаемой части Вселенной. По мнению И. Николсона, если сингулярности действительно ненаблюдаемы, то сам факт их существования можно не принимать1. Можно было бы с таким высказыванием согласиться, но возникает вопрос: зачем тогда идет обсуждение вопроса о сингулярности?
И еще одно предположение И.Д. Новикова представляется важным. Он приходит к выводу, что во Вселенной в прошлом смена сжатия расширением невозможна, расширение начиналось от сингулярности, хотя теоремы, которые утверждают неизбежность сингулярности, ничего не говорят о ее природе. По его мнению, недостаток теорем в том, что они не утверждают, что в сингулярности кривизна пространства-времени бесконечна и что все вещество имело состояние бесконечной плотности. В них утверждается лишь то, что история, по крайней мере, некоторых частиц или фотонов (принимается, что они не рождаются и не исчезают), не может продолжаться неограниченно, что она «упиралась» в какую-то особенность в прошлом. И.Д. Новиков отмечает работу отечественных физиков, которые показали, что в самом общем случае начало расширения, если оно подчиняется уравнениям А. Эйнштейна, должно носить колебательный характер с резкой анизотропией по разным направлениям2.
П. Девис называет сингулярность «нелепостью» (подчеркивая этим загадочность данного феномена), математической точкой, в которой плотность вещества и кривизна пространства должны стать бесконечными. С его точки зрения, это не объект, а место, где заканчивается действие известных нам физических законов. Сингулярность не является лишь следствием упрощенного характера модели, ее характер не зависит критически от модели, некоторый тип сингулярности, подчеркивает П. Девис, неизбежен .
В сингулярности происходит скачок, выражающийся в невозможности описания данного явления.
Итак, сингулярности - границы пространства-времени, где теория относительности неприменима. Существующая теория пространства-времени (ОТО) предсказывает, где находятся границы ее применимости: в ней самой заложены ее ограничения - это области возникновения сингулярностей. Отсюда следует, что необходима какая-то новая модель. Сингулярность здесь выступает границей применимости теории,
4
познания .
Возможно, при этом надо учитывать процесс ускорения эволюции. Ускорение (акселерация) - отличительная черта эволюции. Впервые это было подчеркнуто академиком А.И. Опариным. После возникновения жизни на Земле ее эволюция характеризуется тенденцией к постепенному ускорению. От возникновения первых живых существ (около 3,5 миллиардов лет назад) до первого массового развития многоклеточных в вендскую эпоху прошло более 2,5 миллиардов лет. Для достижения огромного разнообразия животных и растений было необходимо около 400 миллионов лет, для развития млекопитающих и птиц - около 100 миллионов лет, приматов - около 60 миллионов лет, гоминид - около 16 миллионов лет, для рода человека - 6 миллионов лет, для Homo sapiens - 60 тысяч лет. Древний каменный век (палеолит) продолжался столько же, сколько последующие неолит, бронзовый и железный века. Современная наука зародилась около 300 лет назад. Весь ход развития свидетельствует об ускорении5.
В процессе ускорения эволюции можно усмотреть рождение науки из сингулярности.
Хотя аналогия между точкой и живым организмом, а тем более наделенным разумом и самосознанием существом, сама по себе довольно рискованна, однако известное основание для такой аналогии есть: как точка в геометрии, так и человек есть нечто неделимое. Евклид определяет точку как то, что не имеет частей, и, стало быть, неделимость есть ее главное свойство. Но в качестве неделимого геометрическая точка превосходит линию, которая, по определению древних математиков, делима до бесконечности, ибо содержит в себе, в отличие от точки, беспредельное - материю. Согласно Платону, линия вообще есть начало неопределенности, тогда как точка, будучи единицей (единым), наделенной положением, именно по причине отсутствия в ней протяженности является началом, ограничивающим и определяющим, ибо она есть представительница единого в пространственном мире. Не случайно античные математики определяли линию через две точки: именно они служат основой существования и условием постижения линии. Не линия -условие возможности точки, а прямо наоборот - точка порождает линию6.
Д.И. Менделеев отмечал: «Однако если идеям можно приписывать существование, если слово отвечает существующему, и если всякое слово есть уже отвлечение, то слово и идея, или такое отвлечение, кото-
1 См.: Николсон И. Тяготение, черные дыры и Вселенная. М., 1983. С. 107-116.
2 См.: Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М., 1979. С. 150-151.
3 См.: Девис П. Пространство и время в современной картине мира. М., 1979. С. 157.
4 Там же. С. 257.
5 См.: Николов Т. Долгий путь жизни. М., 1986. С. 163.
6 См.: Гайденко П.П. Человек и человечество в учении В.С.Соловьева // Вопросы философии. 1994. № 6. С. 47-54. 232
рое называется нулем, существует в сознании. А потому говорить о нуле значит говорить не о природе, а об идее, отвлечении, обобщении. Другое дело - единица. Она кажется не только идеею, но и реальностью. Ее считают такою, из нее слагают, она альфа и омега философа, пишущего Я большими буквами, она начало творения, ею кончается дробление, в ней весь смысл индивидуализма, словом, она-то несомненно существует»1.
Таким образом, «физическая» сингулярность характеризуется рядом особенностей:
— в ней не работают существующие физические теории;
— это область, в которой происходит рождение (Вселенной, пространства, времени, материи);
— это место, где кривизна пространства-времени обращается в бесконечность;
— плотность вещества в сингулярности бесконечна;
— никакие сведения о событиях внутри сингулярности недоступны;
— сингулярности нелепы, загадочны;
— сингулярность характеризует наличие некоторой границы, разрыва;
— для нее характерна беспричинность.
Сегодня гравитационный коллапс и расширение рассматриваются и как грандиозный кризис, так как на повестке дня не только судьба вещества, но и судьба самой Вселенной. Более того, коллапс характерен не только для крупномасштабной динамики Вселенной. Предсказано, что белый карлик или нейтронная звезда, если их масса будет больше критической, могут претерпеть гравитационный коллапс с образованием черных дыр. Ожидается, что достаточно большое количество звезд, падающих достаточно близко друг от друга на центр ядра галактики, коллапсируют с образованием черной дыры, масса которой на несколько порядков превышает массу Солнца. В настоящее время ведется активный поиск наблюдательных данных, подтверждающих существование черных дыр в нашей галактике2.
Таким образом, наличие сингулярностей не является лишь результатом нашего познания, их существование объективно и закономерно. Астрономы, физики и математики исследуют окраины начальной сингулярности. Однако проблема сингулярного состояния не исчерпывается ее математическим, физическим и астрономическим аспектами. Здесь возникают также глубоко принципиальные философско-мировоззренческие вопросы, связанные с интерпретацией самого понятия «начало Вселенной».
Философия продолжает предоставлять различные варианты ответов на многие волнующие человечество вопросы. Это понимали выдающиеся естественники прошлого. Философствование помогало им в обосновании своих взглядов, в частности в отношении начала Вселенной. Сами физики, утверждая, что физические законы не работают в сингулярности, предоставляют философии поле «для деятельности». Так, выдающийся космолог современности С.Хокинг прямо говорит о том, что решить подобные проблемы можно лишь с помощью философии3.
Стеклова Ирина Владимировна - Irina V. Steklova -
доктор философских наук, профессор кафедры Dr. Sc., Professor
«Философия» Саратовского государственного Department of Philosophy
технического университета имени Гагарина Ю.А. Gagarin Saratov State Technical University
Статья поступила в редакцию 15.11.11, принята к опубликованию 01.12.11
1 Менделеев Д.И. Об единице // Русская философия второй половины XIX века: Философия русских революционных демократов и естествоиспытателей: Хрестоматия. Ч. 1. Свердловск, 1991. С.223.
2 См.: Рис М., Руффини Р., Уилер Дж. Черные дыры, гравитационные волны и космология. М., 1977. С. 329.
3 См.: Хокинг С. От Большого взрыва до черных дыр: Краткая теория времени. М., 1990. С. 147.
