CC BY
265
приглашение i
к дискуссии!
1УДК 524.8 ББК 22.632.9
ФИЛОСОФСКИЕ СМЫСЛЫ МОДЕЛЕЙ МИРОЗДАНИЯ В СОВРЕМЕННОЙ КОСМОЛОГИИ
В. Н. Князев, В. Е. Пеньков
В статье рассматриваются онтологические и эпистемологические аспекты развития современной космологии. Многообразие космологических моделей свидетельствует о дополнительности смыслов в понимании мироустройства. Теория инфляционной Вселенной выступает наиболее признанной в современной космологии, но существуют и альтернативные подходы.
Ключевые слова: Вселенная, современная космология, теория инфляции, философские смыслы.
PHILOSOPHICAL MEANINGS OF UNIVERSE MODELS IN MODERN COSMOLOGY
V. N. Knyazev, V. E. Penkov
The article considers ontological and epistemological aspects of the development of modern cosmology. The diversity of cosmological models testifies complementary meanings in understanding Universe. The theory of inflationary Universe is considered the most recognized one in modern cosmology, but there exist alternative approaches as well.
Keywords: the Universe, modern cosmology, theory of inflation, philosophical meanings.
Философское осмысление мировоззренчески значимых вопросов, возникающих в ходе развития современной космологии, является важным не только для самого научного знания, но и для преподавания базовых знаний как студентам вузов, так и учащимся старших классов. Ведь все это грани современной культуры. Ныне модели мироздания многообразно выражают множество подходов к рождению и эволюции Вселенной. В самом множестве моделей и концепций следует усматривать сложность и незавершенность познания свойств и закономерностей Метагалактики. Ученые-космологи лишь пытаются приблизиться к теории, которая наиболее адекватно будет описывать космологическую реальность [1]. Вместе с тем «космология имеет хорошие шансы стать «супернаукой» XXI в. - наукой, которая объединит усилия астрономов, космологов и физи-
ков. Сейчас такая новая наука уже формируется. В англоязычной литературе она носит название Astroparticle Physics, в русскоязычной литературе несколько тяжеловесное название «космомикрофизика» [2, с. 12].
Следует отметить, что философские смыслы той или иной космологической системы знаний выявляются в главном в четырех важнейших аспектах:
• онтологический аспект, то есть выявление и изучение общих свойств и законов структурной организации и развития различных типов астрономических и космологических систем;
• логико-гносеологический аспект, то есть философско-логическое обоснование космологических теорий и их важнейших элементов (принципов, законов, фундаментальных понятий), определение их степени универсальности и границ применимости, выявление содержательной логики теоретических моделей;
• методологический аспект, то есть исследование методологии астрофизического познания, анализ процессов дифференциации и интеграции знания, соотношения между новыми и старыми теориями, различными методами познания, определение возможностей и сферы применимости частных и общенаучных методов;
• социокультурный аспект, то есть изучение социальных последствий применения соответствующих космологических идей, выявление социокультурного статуса науки, ее места в современном научно-техническом прогрессе.
Современная космология вышла на такие рубежи познания, которые исключают возможность прямой опытной проверки гипотез и теорий. Поэтому ведущую роль в исследовании фундаментальных космологических проблем играют теоретические модели, истинность которых проверяется на основе косвенных подтверждений: они должны давать такие параметры, которые не противоречат наблюдательным данным сегодняшнего дня, но не гарантируют, что события далекого прошлого моделируются правильно. В этой связи А. Н. Павленко вводит и обосновывает необходимость использования понятия «стадия эмпирической невесомости теории» [3, с. 45-54].
На сегодняшний день наиболее признанной из космологических моделей является инфляционная модель Большого Взрыва (модель раздувающейся Вселенной), разработанная в 80-х годах ХХ в. А. А. Старобинским, А. Гутом и А. Д. Линде. Ее появление было вызвано, в первую очередь, развитием теории элементарных частиц, согласно которой во Вселенной должно существовать достаточно много так называемых монополей, то есть изолированных магнитных зарядов, что находится в явном противоречии с наблюдениями. Решение проблемы было связано с построением принципиально новой теории, что, в конечном итоге, привело к созданию «сценария раздувающейся Вселенной и возникновению новых представлений о начальных стадиях развития наблюдаемой части мира и о глобальной структуре Вселенной» [4, с. 184]. В результате появилась так называемая инфляционной модель Большого Взрыва, которая, как отмечает А. Д. Линде, на сегодняшний день представляет собой единственный
известный способ решить проблему реликтовых монополей.
Ее суть заключается в том, что наша Вселенная могла образоваться из физического вакуума, который рассматривается как качественно новая форма материи, представляет собой фундаментальную основу мира, порождающую различные поля и элементарные частицы. Это приводит к тому, что в нем непрерывно проявляются и исчезают так называемые виртуальные частицы. Если им передать достаточное количество энергии, они могут превратиться в реальные.
С точки зрения инфляционной модели вся Вселенная была заполнена вакуумом, находящимся в стационарном, но возбужденном энергетическом состоянии, гораздо более высоком, чем современное. Такое состояние материи носит название «ложный вакуум», который обладал огромной потенциальной, но скрытой энергией. В результате квантового скачка он перешел в другое, менее возбужденное состояние, а вся его энергия пошла на образование излучения и вещества Вселенной. При этом квантовый скачок «осуществляется из сильно переохлажденной симметричной фазы... Результатом этого является экспоненциально быстрое расширение Вселенной» [4, с. 184]. До квантового перехода потенциальная энергия вакуума была невероятно высока, однако после него она оказывается существенно малой. «Во время перехода вакуума из одного состояния в другое, - отмечает И. Л. Розенталь, - осуществляется также трансформация режима раздувания в фридмановский режим. Вселенная распадается на множество метагалактик. Совершенно неочевидно, что эти метагалактики должны быть тождественны друг другу» [5, с. 10]. Объем Вселенной становится таков, что удаленные ее части после раздувания оказываются совершенно несвязанными, и каждая метагалактика будет развиваться по-своему. Некоторые будут неограниченно расширяться, некоторые пульсировать, некоторые сжиматься и вновь приходить в состояние высокоэнергетического вакуума, взрываться снова и порождать новые метагалактики. Наша часть Вселенной после раздувания стала расширяться по модели Фридмана.
Таким образом, модель раздувающейся Вселенной включает в себя всю фридманов-
скую космологию, дает возможность рассматривать нашу Вселенную как часть более сложной структуры и «позволяет, по крайней мере, в принципе, объяснить, как можно было сделать все это, исходя из кусочка Вселенной с изначальным количеством материи меньше одного миллиграмма» [6]. Прямыми наблюдениями подтвердить данную теорию невозможно, однако косвенных аргументов в ее пользу достаточно много. Важно то, что модель внутренне непротиворечиво объясняет динамику процесса. К тому же она разрешает проблему сингулярности фридмановской космологии и полностью удовлетворяет принципу соответствия. Кроме того, рассматриваемый сценарий в принципе дает возможность решить целый ряд таких космологических проблем, как проблемы горизонта, плоскостности, однородности и изотропии Вселенной и др.
Итак, инфляционная модель Большого Взрыва возникла как один из вариантов решения проблемы несоответствия теоретических и экспериментальных данных, она представляет собой теорию, которая предполагает «досингу-лярное» состояние материи. Данная модель утверждает, что до начала Большого Взрыва Вселенная находилась в состоянии «ложного вакуума», который необходимо рассматривать как субфизическую форму материи, способную порождать вещество и различные поля, определяющие дальнейший характер расширения Вселенной. «Это означает, что мы более не вправе говорить, что вся вселенная родилась в некий момент времени t = 0, до которого ее не существовало. Это справедливо для всех вариантов теории хаотической инфляции», - подчеркивает А. Д. Линде [7]. Вместе с тем необходимо отметить, что параметры «ложного вакуума» принимаются как начальные условия, необходимые для возникновения мира в его современном состоянии, а также для «стыковки» инфляционной модели Большого Взрыва с другими физическими теориями, что порождает различные варианты описываемой модели. Такое теоретическое построение можно рассматривать как одно из объяснений, что не исключает возможность альтернативных моделей и не гарантирует, что выбранный путь является единственно правильным; хотя на сегодняшний день его рассматривают как магистраль-
ный. Однако наряду с ним в современной космологии появляются альтернативные маргинальные модели мироздания. К ним можно отнести голографическую, фрактальную, информационную модели Вселенной.
В голографической модели мироздания М. Талбота Вселенная «представляет собой гигантскую голограмму, где даже самая крошечная часть изображения несет информацию об общей картине бытия и где все, от мала до велика, взаимосвязано и взаимозависимо» [8]. В основе голографической модели лежит гипотеза физика Д. Бома и нейрофизиолога К. При-брама. Любопытно отметить, что первый из них пришел к подобной модели на основе анализа физики микромира. «Путь, приведший Бома к уверенности в том, что вселенная структурирована наподобие голограммы, - отмечает М. Тал-бот, - начинался у самого истока представлений о материи, с мира элементарных частиц» [8]. К. Прибрам пришел к подобному мнению на основе изучения сознания [9]. Другими словами, исходя из изучения, на первый взгляд, совершенно разных по своей природе фрагментов реальности, ученые пришли к сходным моделям мироздания.
Согласно голографической модели, в «структуре нашей Вселенной может оказаться больше уровней, чем полагает современная физика» [10, с. 54]. То есть существует более глубокий уровень реальности (возможно, даже не один), который рассматривается или как субфизическая форма материи, или как более высокий уровень реальности, позволяющий описывать более низкие уровни, начиная от элементарных частиц и доходя до сознания человека, и с этих же позиций описывать Вселенную в целом. Такой подход позволяет рассматривать космологический эволюционизм как один из видов эволюции, происходящий на основе общих методологических принципов.
Достоинствами голографической модели мироздания является возможность избавиться от сингулярности, поскольку в данной модели вопроса о начале Вселенной просто не ставится. «Существование более глубокого и гологра-фически организованного порядка также объясняет, почему реальность становится нелокальной на внутриатомном уровне» [8], что коррелирует с парадоксом Эйнштейна - По-
дольского - Розена, не имеющего полной ясности в квантовой физике поныне. Данная модель описывает Вселенную исходя из некоего единого целого, что соотносится с философским принципом единства мира и эволюционно-синерге-тической парадигмой современной науки.
К недостаткам голографической модели следует отнести невозможность прямой экспериментальной проверки, к тому же при принятии факта существования голограммы во Вселенной в целом необходимо признать бесконечность скорости распространения информации, что противоречит специальной теории относительности либо выходит на такой уровень описания реальности, который лежит за ее пределами.
Фрактальная модель Вселенной во многом схожа с голографической моделью, только в основе мироздания лежит не голограмма, в фрактал, пронизывающий всю Вселенную, которая, оказывается, «состоит из фрактальных систем, в ней протекают процессы иерархически структурированные, с "самоподобием" на всех этажах своего устройства» [11]. Именно фрактальная структура заставляет Вселенную усложняться и эволюционировать.
Согласно информационной модели мира С. Я. Берковича, в основе всего сущего лежит не движение материи, а передача информации. В этой модели информационная структура рассматривается в виде взаимосвязанных циклических счетчиков, причем работает следующее правило преобразования: показание счетчика на каждом измерении определяется усреднением показаний соседних с ним счетчиков. Физический мир предстает в виде различных форм активности реализующейся таким образом организованной среде [12].
Любопытно отметить, что автор данной модели теоретически обосновал возможность провести решающий эксперимент, который ответит на вопрос - существует ли информация в природе объективно или нет. Суть эксперимента заключается в следующем. Согласно представлениям современной физики, пространство однородно, то есть все направления в нем равноправны. Из модели С. Я. Берковича вытекают иные представления: в пространстве существует абсолютное выделенное направление. Это направление связано с нарушением
симметрии. Оно может быть выявлено экспериментально путем наблюдения распада некоторых недолговечных частиц (К-мезонов).
Физики давно уже обнаружили, что изредка, примерно один раз из тысячи, распад К-мезонов происходит аномально: так, словно материя имеет преимущества перед антиматерией. С. Я. Беркович предполагает, что в случае отклонения от нормы распада направление движения частицы в момент распада совпадает с предсказанным им абсолютным направлением в пространстве. В этом и заключена возможность проверки. Для той же цели может быть использован распад любых неустойчивых частиц. Похоже, никто не обращал внимания на направление движения частицы в момент распада: ведь с точки зрения теории относительности оно не имеет никакого значения. По представлениям С.Я. Берковича, именно направление движения частицы определяет, распадается она или нет. Появившаяся возможность подвергнуть информационную модель мира экспериментальной проверке превращает ее из красивого умозрительного построения в продуктивную рабочую гипотезу [13]. На сегодняшний день такой эксперимент не проводился, к тому же остается непонятным, какой физический аналог реальности имеют взаимосвязанные циклические счетчики и что именно представляет собой информационная структура.
Итак, каждая из подобных маргинальных моделей мироздания строится на предположении существования чего-то более глобального, чем наша Метагалактика: фрактала, голограммы, информационной структуры, которые экспериментально не обнаруживаются, что имеет свои плюсы и минусы, но пока ни одна из них не может более полно по сравнению с инфляционной моделью объяснить наблюдаемые факты. Тем не менее в них могут содержаться полезные идеи, которые окажутся востребованными при дальнейшем изучении Вселенной и смогут дополнить и уточнить магистральное направление современного космологического знания.
Таким образом, в современной космологии сосуществуют естественнонаучные модели как магистрального, так и маргинального направления. Это связано с тем, что данная отрасль науки находится на этапе становления и
допускает различные интерпретации. Сам факт такого разнообразия свидетельствует о философских смыслах современных представлений о Вселенной как онтологически и эпи-стемологически непознанного объекта. По сути, сакральность Вселенной сохраняется сегодня за счет неразрешенности проблем «темной материи», «темной энергии», антигравитации и других [14].
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Князев, В. Н. Космомикрофизика в свете концепции супервзаимодействия [Текст] / В. Н. Князев // Наука и школа. - 2014. - № 1. -С.37-40.
2. Сажин, М. В. Современная космология в популярном изложении [Текст] / М. В. Сажин.
- М.: Едиториал УРСС, 2002. - 240 с.
3. Павленко, А. Н. Философские проблемы космологии: Вселенная из «ничего» или Вселенная из «небытия»? [Текст] / А. Н. Павленко. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2014.
- 208 с.
4. Линде, А. Д. Фазовые переходы в теории элементарных частиц и раздувающаяся Вселенная [Текст] / А. Д. Линде // Научная сессия отделения общей физики и астрономии и отделения ядерной физики Академии наук СССР. 23-24 февраля, 1983. - С. 184.
5. Розенталь, И. Л. Метагалактика и Вселенная [Текст] / И. Л. Розенталь // Земля и Вселенная. - 1989. - № 1. - С. 10.
6. Линде, А. Д. Многоликая Вселенная: публичная лекция 10 июля 2007 г. [Электронный ресурс] / А. Д. Линде. - Режим доступа: http://elementy.ru/lib/430484 (дата обращения: 30.06.2014).
7. Линде, А. Д. Инфляция, квантовая космология и антропный принцип [Электронный ресурс] / А. Д. Линде. - Режим доступа: http:// www.astronet.ru/db/msg/1181211 (дата обращения: 30.06.2014).
8. Талбот, М. Голографическая Вселенная [Электронный ресурс] / М. Талбот. - Режим доступа: http://www.klex.ru/q (дата обращения: 30.06.2014).
9. Прибрам, К. Языки мозга. Экспериментальные парадоксы и принципы нейропсихологии [Текст] / К. Прибрам. - М.: Прогресс, 1975. - 464 с.
10. Бекенштейн, Я. Информация в голографической Вселенной [Текст] / Я. Бекенштейн // В мире науки. - 2003. - № 10. - С. 52-59.
11. Цицин, Ф. А. Фрактальная Вселенная [Электронный ресурс] URL: http://www.delphis.ru/ journal/article/fraktalnaya-vselennaya (дата обращения: 30.06.2014).
12. Беркович, С. Я. Клеточные автоматы как модель реальности: поиски новых представлений физических и информационных процессов [Электронный ресурс] / С. Я. Беркович.
- Режим доступа: http://reslib.org/#!/book/ Kletochnye_avtomaty_kak_model_realnosti_ poiski_novyh_predstavleniy_fizicheskich_i_ informacionnych_processov/1020543 (дата обращения: 09.09.2014).
13. Информационная модель физического мира [Электронный ресурс] / А. А. Аруцев, Б. В. Ермолаев, И. О. Кутателадзе, М. С. Слуцкий.
- Режим доступа: http://bookz.ru/authors/ boris-ermolaev/koncepci_520/1-koncepci_520. html (дата обращения: 30.06.2014).
14. Князев, В. Н. Проблема «темной энергии» в контексте концепции супервзаимодействия [Текст] / В. Н. Князев // Наука и школа. -2012. - № 3. - С. 101-104.
REFERENCES
1. Knyazev V. N. Kosmomikrofizika v svete kont-septsii supervzaimodeystviya (Cosmomicro-physics in the context of superinteraction concept). Nauka i shkola (Science and school), 2014, No. 1, pp. 37-40.
2. Sazhin M. V. Sovremennaya kosmologiya v populyarnom izlozhenii (Modern cosmology in popular presentation). Moscow: Editorial URSS, 2002. 240 p.
3. Pavlenko A. N. Filosofskie problemy kos-mologii: Vselennaya iz "nichego" ili Vselen-naya iz "nebytiya"? (Philosophical problems of cosmology: the Universe from "nothing" or the Universe from "nothingness"?) Moscow: Knizhnyy dom "LIBROKOM", 2014. 208 p.
4. Linde A. D. Fazovye perekhody v teorii ele-mentarnykh chastits i razduvayushchayasya Vselennaya (Phase transitions in the theory of elementary particles and the inflationary Universe). Nauchnaya sessiya otdeleniya obshchey fiziki i astronomii i otdeleniya yadernoy fiziki akademii nauk SSSR (Scientific session of de-
partment of general physics and astronomy and department of nuclear physics of the Academy of Sciences of the USSR). February, 23-24, 1983, p. 184.
5. Rozental I. L. Metagalaktika i Vselennaya (Metagalaxy and Universe). Zemlya i Vselennaya (Earth and Universe), 1989, No. 1, p. 10.
6. Linde A. D. Mnogolikaya Vselennaya: pub-lichnaya lektsiya 10 iyulya 2007g. (Many-sided Universe: public lecture of July 10, 2007). Available at: http://elementy.ru/lib/430484 (accessed 30.06.2014).
7. Linde A. D. Inflyatsiya, kvantovaya kosmologi-ya i antropnyy printsip (Inflation, quantum cosmology and anthropic principle). Available at: http://www.astronet.ru/db/msg/1181211 (accessed 30.06.2014).
8. Talbot M. Golograficheskaya Vselennaya (Holographic Universe). Available at: http://www. klex.ru/q (accessed 30.06.2014).
9. Pribram K. Yazyki mozga. Eksperimentalnye paradoksy i printsipy neyropsikhologii (Languages of the brain. Experimental paradoxes and principles of neuropsychology). Moscow: Progress, 1975. 464 p.
10. Bekenshteyn Ya. Informatsiya v golografich-eskoy Vselennoy (Information in the holograph-
ic Universe). V mire nauki (In the world of science), 2003, No. 10, pp. 52-59.
11. Tsitsin F. A. Fraktalnaya Vselennaya (Fractal Universe). Available at: http://www.delphis.ru/ journal/article/fraktalnaya-vselennaya (accessed 30.06.2014).
12. Berkovich S. Ya. Kletochnye avtomaty kak model realnosti: poiski novykh predstavleniy fi-zicheskikh i informatsionnykh protsessov (Cellular automata as a model of reality: the search for new concepts of physical and information processes). Available at: http://reslib.org/#!/ book/Kletochnye_avtomaty_kak_model_real-nosti_poiski_novyh_predstavleniy_ fizicheskich_i_informacionnych_process-ov/1020543 (accessed 09.09.2014).
13. Arutsev A. A., Ermolaev B. V., Kutateladze I. O., Slutskiy M. S. Informatsionnaya model fi-zicheskogo mira (The information model of the physical reality). Available at: http://bookz.ru/ authors/boris-ermolaev/koncepci_520/1-kon-cepci_520.html (accessed 30.06.2014).
14. Knyazev V. N. Problema "temnoy energii" v kontekste kontseptsii supervzaimodeystviya (The phenomenon of dark energy in the context of superinteraction concept). Nauka i shkola (Science and school), 2012, No. 3, pp. 101-104.
Князев Владимир Николаевич, доктор философских наук, профессор кафедры философии Московского педагогического государственного университета e-mail: victor_knyazev@rambler.ru
Knyazev Viktor N., Dr. Habil. in Philosophy, Professor, Department of Philosophy, Moscow State Pedagogical University
e-mail: victor_knyazev@rambler.ru
Пеньков Виктор Евгеньевич, кандидат педагогических наук, доцент, докторант кафедры философии Московского педагогического государственного университета e-mail: penkov@bsu.edu.ru
Penkov Viktor E., PhD in Education, Associate Professor, Post-Doctoral Student, Department of Philosophy, Moscow State Pedagogical University e-mail: penkov@bsu.edu.ru
