Сциентизм и антисциентизм

   Применив  свою теорию к Вселенной в целом, Эйнштейн в 1917 году обнаружил, что такого решения уравнений, которому бы соответствовала  не меняющаяся со временем Вселенная, не существует. Однако автор теории относительности представлял себе Вселенную как стационарную, и  поэтому он ввел в полученные уравнения  дополнительное слагаемое (т. н. космологическую  постоянную), обеспечивающее стационарность Вселенной.

   В 1922 году А. А. Фридман опубликовал  в журнале «Zeitschrift für Physik» свою статью «О кривизне пространства», в  которой впервые привел решение  уравнений общей теории относительности  применительно ко всей Вселенной, не накладывая условия стационарности. Он утверждал, что Вселенная, заполненная тяготеющим веществом, должна расширяться или сжиматься. К тем же выводам независимо от Фридмана пришел в 1927 году Ж. Леметр.

   Эмпирические  изыскания в этой области шли  параллельно с теоретическими. Так, в 1929 году американский астроном Эдвин  Хаббл опубликовал статью «Связь между расстоянием и лучевой  скоростью внегалактических туманностей», в которой сообщил об эпохальном открытии. Применяя принцип Доплера  к изучению движения внешних галактик по лучу зрения, Хаббл в результате многолетних наблюдений обнаружил  интересную закономерность: оказалось, что все далекие галактики  удаляются от нас с огромными  скоростями, причем скорости их тем  больше, чем дальше находится галактика. Это «разбегание» галактик было обнаружено по смещению линий в их спектрах в сторону красной части, и  именно в связи с этим данное явление  стало именоваться красным смещением.

   Надо  сказать, что в данном случае мы находим  подтверждение тем положениям, о  которых говорили при рассмотрении проблем «чистого опыта». Здесь теория, по сути, «диктовала», какие эмпирические данные «следует получить», т. е. как  нужно интерпретировать «чистый опыт», дабы иметь нужное эмпирическое подтверждение[105]. Ведь Хаббл в 1929 году определил расстояние до 18 галактик по видимым светимостям их ярчайших звезд и затем сравнил эти расстояния с соответствующими скоростями галактик, определенными спектроскопически по их доплеровским сдвигам. Его заключение состояло в том, что имеется «приблизительно линейное соотношение» (т. е., попросту, пропорциональность) между скоростями и расстоянием. «В действительности, — пишет Стивен Вайнберг, — взгляд на данные Хаббла оставляет меня в полном недоумении: как ему удалось сделать такое заключение, ведь галактические скорости кажутся совершенно не связанными с их расстоянием, имеется лишь слабый намек на рост скоростей с увеличением расстояния. На самом деле, мы и не должны ожидать, что для этих 18 галактик выполняется точное соотношение пропорциональности между скоростью и расстоянием, — все они слишком близки, ни одна не находится дальше, чем скопление в Деве. Трудно избежать заключения, что... Хаббл просто знал тот ответ, который хотел получить»[106].

   Кроме того, Вайнберг отмечает, что далеко не все согласны с такой интерпретацией красного смещения. «Ведь на самом  деле мы не наблюдаем разбегающихся  от нас галактик; все, в чем мы уверены, это то, что линии их спектров смещены в красную сторону, т. е. в сторону бóльших длин волн. Есть выдающиеся астрономы, которые  сомневаются в том, что красные  смещения имеют какое-то отношение  к доплеровским сдвигам или к  расширению Вселенной»[107].

   Тем не менее все попытки найти  объяснение красному смещению вне принципа Доплера не привели к сколько-нибудь стройной теории. А если рассматривать  эти смещения линий в спектрах галактик как результат эффекта  Доплера и если принять интерпретацию  Хаббла, то из наблюдаемого явления  следует, что все галактики удаляются («разбегаются») от наблюдателя, причем скорости галактик тем больше, чем  они дальше от него. Сторонники теории Леметра из этого сделали два  вывода: во-первых, если скорость «разбегания» непрерывно возрастает с расстоянием, то на некотором расстоянии она должна сравняться с наибольшей возможной скоростью, а значит, за пределами этого расстояния никаких галактик уже не должно быть; во-вторых, оказывается, что прежде расстояния до галактик были меньше, а когда-то все галактики были собраны в одном месте, в одной точке, из которой и началось расширение Вселенной[108].

   Однако, по мнению сторонников теории о вечности и структурной бесконечности  Вселенной, Леметр и иже с ним  делают методологическую ошибку, механически  перенося свойства наблюдаемой пространственно  конечной области Вселенной на всю  бесконечную Вселенную. «В этой ошибке, — пишет Ю. Г. Перель, — в полной мере отразилась идеалистическая направленность мысли автора теории, связанная, с  одной стороны, с отрицанием бесконечности  вселенной, а с другой — с тенденцией к таким объяснениям сложных  явлений в природе, которые подменяют  знание верой, а науку — скрытой  по форме, но явной по смыслу теологией. Взрыв первичного атома и обусловленное  им расширение вселенной из точки  до ее современных пределов — процессы, научно необъяснимые... Появление теории расширяющейся вселенной Леметра, по существу, было попыткой поставить  науку — и притом в области  решения космологических проблем, имеющих первостепенное значение для  мировоззрения — вновь на службу теологии. (Жорж Леметр был католическим священником. — Р.Х.) Вместе с тем, на примере этой теории можно наглядно убедиться в том, что для решения  научных проблем, возникающих в  процессе накопления фактических знаний, наблюдаемые явления необходимо истолковывать в свете общих  законов природы, а не путем спекулятивных  измышлений, уводящих в сторону от решения вопроса... Теория расширяющейся  вселенной получила распространение  среди ученых, стоящих на идеалистических  позициях и склонных искать пути для  примирения науки и религии. Но она  была решительно отвергнута подавляющим  большинством ученых, совершенно справедливо  расценивших эту теорию как антинаучную... Теория расширяющейся вселенной  Леметра является классическим образцом тех теорий, которые в свое время  В. И. Ленин отнес к «физическому идеализму»»[109].

   Вот что сообщают по этому поводу Илья Пригожин и Изабелла Стенгерс: «Первая  теоретическая работа, в которой  космологическая модель рассматривалась  с точки зрения общей теории относительности, была опубликована Эйнштейном в 1917 г. В  ней Эйнштейн нарисовал статическую, безвременную картину мира Спинозы, своего рода миросозерцание в переводе на язык физики. И тогда случилось  неожиданное: сразу же после выхода в свет работы Эйнштейна стало  ясно, что, помимо найденных им стационарных решений, эйнштейновские уравнения  допускают и другие нестационарные (т. е. зависящие от времени) решения. Этим открытием мы обязаны советскому физику А. А. Фридману и бельгийцу  Ж. Леметру. В то же время Хаббл  и его сотрудники, занимаясь изучением  движения галактик, показали, что скорость дальних галактик пропорциональна  расстоянию до них от Земли. В рамках теории расширяющейся Вселенной, основы которой были заложены Фридманом и Леметром, закон Хаббла был очевиден. Тем не менее на протяжении многих лет физики всячески сопротивлялись принятию «исторического» описания эволюции Вселенной. Сам Эйнштейн относился к нему с большой осторожностью. Леметр часто рассказывал, что, когда он пытался обсуждать с Эйнштейном возможность более точного задания начального состояния Вселенной в надежде найти объяснение космических лучей, Эйнштейн не проявил никакого интереса»[110].

   Справедливости  ради надо сказать, что «разбегание» галактик не указывает аподиктично  на конечный размер Вселенной, хотя и  не исключает этого. Речь может идти только о том, что если галактики  «разбегаются» друг от друга, то когда-то они должны были быть ближе друг к другу. Точнее, если бы их скорости были постоянными, то время, необходимое  для того, чтобы любая пара галактик достигла теперешнего взаимного  удаления, как раз равнялось бы теперешнему расстоянию между ними, деленному на их относительную скорость. Но если скорость пропорциональна теперешнему  расстоянию между галактиками, то это  время одинаково для любой  пары галактик. В данном случае иногда просто говорят, что размер Вселенной  увеличивается. Подобное выражение  используется потому, что в любой  заданный момент времени расстояние между любой парой типичных галактик увеличивается на одну и ту же относительную  величину.

   Существует  два основных типа моделей Фридмана. Если средняя плотность материи  во Вселенной меньшенекоторой критической величины или равна ей, то тогда Вселенная должна быть пространственно бесконечной. В этом случае современное расширение Вселенной будет продолжаться всегда. Если же плотность материи во Вселеннойбольше той же критической величины, тогда гравитационное поле, порожденное материей, искривляет Вселенную, замыкая ее на себя; Вселенная в этом случае конечна, хотя и неограничена, вроде поверхности сферы[111]. Гравитационные поля достаточно сильны для того, чтобы в конце концов остановить расширение Вселенной, так что рано или поздно она начнет снова сжиматься к состоянию бесконечно большой плотности. Ниже мы более подробно рассмотрим отдельные модели релятивистской космологии.

   Помимо  красного смещения, другим аргументом в пользу эволюционной Вселенной  считают т. н. «реликтовое» излучение, т. е. обнаруженное А. А. Пензиасом и  Р. В. Уилсоном микроволновое фоновое  излучение, равномерно заполняющее  все пространство. Сторонники модели Большого взрыва истолковывают данный феномен как температурно ослабленное  излучение, образовавшееся вместе со всей Вселенной в результате Большого взрыва 10 – 20 миллиардов лет тому назад[112]: «Единственная жизнеспособная физическая интерпретация такого излучения, —  пишет Уильям Бёрке, — заключается  в том, что оно представляет собой  реликт от некоторого сжатого и, следовательно, горячего состояния Вселенной»[113].

   Как и в предыдущих случаях, здесь  мы имеем дело не с «чистым опытом», а с его интерпретацией, родившейся, интересно отметить, благодаря случайному звонку, из коего Пензиас узнал  о теоретических изысканиях космологов[114]. Как известно, ученик А. А. Фридмана Джордж (Георгий Антонович) Гамов  в 1946 году заложил основы модели горячей Вселенной, в которой основное внимание переносится на состояние вещества и физические процессы, идущие на разных стадиях расширения Вселенной, включая наиболее ранние стадии, когда состояние было необычным. Таким образом, микроволновому излучению суждено было стать эмпирическим подтверждением именно этой модели — модели, согласно которой плазма и электромагнитное излучение на ранних стадиях расширения Вселенной обладали высокой плотностью и температурой. В ходе же космологического расширения Вселенной эта температура падала, и при достижении температуры около 4000 K произошла рекомбинация протонов и электронов, после чего равновесие образовавшегося вещества (водорода и гелия) с излучением нарушилось — кванты излучения уже не обладали необходимой для ионизации вещества энергией и проходили через него как через прозрачную среду. Температура обособившегося излучения продолжала снижаться, но это излучение сохранилось до наших дней как реликт от эпохи рекомбинации и образования нейтральных атомов водорода и гелия: оно осталось как эхо бурного рождения Вселенной (Большого взрыва).

   Однако  существуют и другие, хотя и не столь  разработанные интерпретации «реликтового»  излучения. Напр., В. М. Мигунов считает, что данное излучение рождается  электронами Земли[115]. А профессор  В. П. Селезнев, действительный член Академии космонавтики им. К. Э. Циолковского и  руководитель секции общей физики Московского  общества испытателей природы, предлагает другое объяснение.

   По  мнению Селезнева, более обоснованно  зарождение и распространение фонового излучения можно объяснить, рассматривая модель вращающейся Вселенной. Накопленный  человечеством научный и практический опыт в области земной и небесной механики показывает, что движения планет относительно Солнца, самого Солнца относительно Галактики, а также  множества звездных систем и галактик относительно друг друга осуществляются под действием двух видов сил  — сил гравитационного притяжения тел (сил всемирного тяготения) и  сил инерции масс этих тел. Этот всеобщий для всей Вселенной закон механики приводит к тому, что галактики  вращаются не только вокруг своих  центров масс, но и относительно друг друга, а следовательно, вращается  и вся Метагалактика. Подобное вращение звездного неба с угловой скоростью  порядка 10^-5 угловой секунды в год наблюдается экспериментально. Где бы ни находился наблюдатель в пределах Метагалактики, он мог бы обнаружить такое вращение звездного неба экспериментальным путем. Таким образом, и земной житель тоже является участником вращения Метагалактики. «Что же он увидит, рассматривая излучение далеких звезд и галактик?» — спрашивает Василий Петрович и сам же предлагает ответ:

  Представим  пространство за пределами Метагалактики, содержащее огромное множество звезд  и галактик, связанных между собой  силами всемирного тяготения. Это пространство вращается как единое целое, наподобие  огромного дискообразного тела, благодаря  чему силы всемирного тяготения уравновешиваются силами инерции небесных тел (центробежные силы), не давая возможности этим телам слиться в одно общее  тело. В какой-то произвольной части этого пространства находится наблюдатель (точка A), а на расстоянии R от него — небесное тело B, излучающее во все стороны потоки света.

  Вследствие  вращения Метагалактики с угловой  скоростью ω линия AB также вращается  с той же угловой скоростью. Окружная скорость V точки B относительно точки A будет равна V = ωR, а направление  вектора V будет перпендикулярно  линии AB. Если небесное тело излучает свет во все стороны со скоростью света C, то в направлении наблюдателя  поток фотонов будет двигаться  с результирующей скоростью C₁ = C + V или  (С — гипотенуза прямоугольного треугольника, составленного из векторов C, V и C₁). Следовательно, скорость светового потока C₁будет меньше скорости излучения C, что вызовет доплеровский эффект, сопровождаемый красным смещением в спектре света, воспринимаемого наблюдателем. В рассматриваемом примере расстояние AB не меняется, а причиной наблюдаемого красного смещения выступает вращение Метагалактики. Чем больше R, тем значительнее возрастает поперечная составляющая скорости V (при постоянной величине угловой скорости ω)...