А. Моисеев
Звёздное небо начинается с того места, которое я занимаю во внешнем чувственно воспринимаемом мире. Оно связывает меня сквозь необозримые дали с мирами и системами миров в безграничном времени их периодического вращения, их начала и продолжительности.
Иммануил Кант.
На современном этапе познания Вселенной мы всё чаще задумываемся о том, что наш мир не уникален. Уникально его строение, но никак не он сам. За последние пятьдесят лет истории исследования мира вокруг нас мы продвинулись уже так далеко вглубь Вселенной, что даже умозрительным и дальновидным учёным древности (которые уже в те далёкие времена начали задумываться о строении и возникновении мира) даже не мечталось узнать столько, сколько знают современные учёные. В связи с этим вспоминаются слова выдающегося нашего философа и космолога Акбара Турсунова, к монографиям которого мы ещё не однократно будем возвращаться в данной статье: «то, что Вселенная не исчерпывается видимым миром, было известно уже древнему человеку. Вопрос состоял лишь (!) в том, чтобы выяснить: какова природа (происхождение, устройство, состав занебесного мира-аналогичен ли он нашему или же чем-то отличен от него.»[1] Проблема плюралистической (т.е. множественной) Вселенной имеет давние корни и берёт начало ещё с аристотелевских времён (под началом я имею в виду философское трактование этой идеи.) Уже тогда она была предметом глубоких философских раздумий. В последующие века идея космического плюрализма получила довольно широкое развитие и распространение в среде астрономов и философов. Ими, в частности, обсуждался вопрос «о формах существования множества (по крайней мере, двух) различных миров во Вселенной». Не будем, однако, подробно рассматривать историю становления идеи космического плюрализма, а перейдём к обсуждению этой проблемы в свете современного научного поиска, ведущегося, в основном, в рамках релятивистской космологии. Тем более что как мы увидим позднее, форм существования данной идеи достаточно много и сделать какой-то определённый вывод в пользу одной из них довольно не легко. Но давайте перейдём к обсуждению этой увлекательнейшей темы, определив прежде условия, сопутствующие или предопределяющие существованию концепции множественности вселенных.
Сингулярность и начальные условия. Что определяет существование плюралистической Вселенной? Что необходимо для практического осуществления данной идеи? Почему вообще мы говорим, что Вселенная не уникальна? Ниже мы попытаемся дать ответ на эти, на мой взгляд, вполне правомерные вопросы. Вообще, надо сказать, что концепцию плюралистической Вселенной можно условно разделить на три составляющие:
1)начальные условия, сингулярность и связанные с ними возможности существования множественности вселенных.
2)выбор космологических моделей развития не только нашей Метагалактики, но и других гипотетических вселенных.
3)собственно формы существования (точнее возможные формы реализации) идеи множественности миров.
По крайней мере, именно такое деление мы будем использовать по ходу наших размышлений. Итак, каковы же были начальные условия возникновения множественности вселенных? Как известно, они могли быть симметричными или асимметричными, то есть «носили случайный характер». На мой взгляд (да и не только на мой) более предпочтительными оказываются асимметричные условия. Симметричные условия менее возможны, так как реализуемые в их случае «логические возможности» практически (на практике) не осуществимы или являются просто нереальным воплощением «разделения вещества и антивещества в столь гигантских масштабах». Ко всему прочему, асимметричные условия в большей вероятности обеспечивают появление так называемой «доменной структуры», к которой мы вернёмся позже. Более приемлемыми являются и возможности осуществления этих условий. А именно: «существование целого множества вселенных с присущими им особыми начальными условиями и существование одной единственной Вселенной, многократно проходящей через произвольно распределённые начальные условия».[2] Как мне кажется, хоть в «последнем случае наиболее приемлемой окажется осциллирующая космологическая модель», в первом варианте наиболее чётко прослеживается мысль о довольно большом «разбросе» начальных условий эволюции, так как наличие множественности миров предполагает именно существование вселенных с различными физическими свойствами, а, следовательно, и с разными начальными условиями.
Рядом с начальными условиями стоит и сингулярность, а точнее проблема сингулярности, которая «как своеобразный дамоклов меч висит над релятивистской космологией вот уже свыше полувека».[3] Связана она ещё и с выбором космологической модели Вселенной, которая подробно будет рассмотрена чуть позже. Коротко проблему сингулярности можно описать так. Согласно Фридману, Вселенная начала расширяться с сингулярного её состояния (то есть с момента t=0.) В данном случае вопрос «что было до момента t=0» снимается сам собой, так как фридмановская сингулярность не предполагает наличия понятия пространство-время, когда t<0. Такое понятие просто не может существовать до сингулярности, потому как физические законы просто перестают действовать в этот момент. Что же всё-таки было до момента t=0? Этот вопрос является одним из основных вопросов всей космологии. И только в случае отхода от классической космологии и применения нестандартных решений этой проблемы можно прийти к определённым выводам. Итак, «проходило ли вещество Вселенной через бесконечно большую плотность (или, по крайней мере, через «планковскую» плотность p~1093г/см3), или же сжатие Вселенной в ещё более раннюю эпоху сменилось расширением при конечной плотности?»[4] Этот вопрос, как мне кажется, является ключевым в подходе к вопросу «что было до момента t=0». То, что расширение Вселенной началось с сингулярности установлено уже точно, а вот было ли что-то до неё остаётся загадкой. Однако, не всё столь безнадёжно как кажется на первый взгляд. В этом мы убедимся в следующем. Из-за того, что материя в сингулярности находилась в состоянии с бесконечной плотностью (или плотностью «планковской» p~1093г/см3) логически следует тот факт, что до этого плотность могла быть иной, а именно меньшей «планковской» (науке не известно плотности больше чем планковская)[5],то есть, другими словами «начало Вселенной в том виде, как она нам известна, может быть концом другой формы развития материи».[6] Примерно то же предположение сделал А.Турсунов: «материя до сингулярного состояния прошла бесконечный ряд других состояний». Отсюда следует важный вывод: если до сингулярности материя имела качественно иной состав, то представляется возможность говорить и о качественно ином состоянии нашей Метагалактики, то есть о её сжатии до момента с «планковской» плотностью. Но до сжатия было расширение, а это значит, что в этом случае Вселенная могла находиться просто (!) в конце своего очередного цикла развития или (что одно и то же) осцилляции. Следовательно, можно говорить, что Вселенная (согласно Турсунову) «пульсирует между двумя сингулярными состояниями», по другому является осциллирующей. Это, в свою очередь, влечёт за собой целый ряд важных космологических последствий, которые мы рассмотрим в следующей части наших размышлений.
Космологическая модель.
Рассмотрев вопросы сингулярности и начального состояния Вселенной, мы пришли к выводу о том, что она может быть осциллирующей, то есть циклической. Но это было только весьма робкое предположение, потому как исходя лишь из сингулярности нельзя сделать однозначного вывода в пользу той или иной модели. Давайте же сейчас более детально рассмотрим этот вопрос, но перед тем несколько слов, касающихся выбора того или иного пути развития Вселенной.
Не будем, однако, подробно останавливаться на этом вопросе, а скажем лишь то, что все нестатические модели (статические, как известно, не подходят для описания нашей Метагалактики) называются «моделями Фридмана» среди которых выделяются: пульсирующая модель, модель Леметра, модель Эйнштейна-де Ситтера и модель Эддингтона-Леметра. Существуют и другие модели, но для нас наиболее важными являются именно эти, а в особенности пульсирующая модель. Подробно рассматривать остальные возможности мы здесь не будем [7]. О них можно сказать лишь то, что они все являются открытыми и реализуются в случае, когда средняя плотность больше критической. О возможности этой модели мы говорили, когда речь шла о сингулярности, теперь же давайте посмотрим на неё «вблизи».
Что же представляет собой пульсирующая модель? Вообще говоря, эта тема могла стать темой отдельной заметки, настолько она широка и многогранна. Здесь мы же попытаемся рассмотреть саму возможность реализации модели на практике и самое главное, конечно, посмотрим, как она связана с концепцией множественности вселенных. А связана она, как мы увидим, с ней самым непосредственным образом.
Итак, пульсирующая модель реализуется в случае, когда средняя плотность больше критической плотности (p>pкр.) Данная Вселенная будет закрытой, а радиус кривизны («масштабный фактор») в ней «возрастает до нуля, достигает максимального значения и снова уменьшается до нуля». Другими словами, такая Вселенная является циклической, каждый цикл в ней заканчивается коллапсом, то есть живёт она, если так можно выразиться, от сингулярности до сингулярности. Какова же возможность реализации пульсирующей Вселенной в принципе?
Как уже было сказано выше, выбор той ли иной модели целиком зависит от средней плотности нашей Вселенной. Каково же её современное значение? По данным сегодняшней науки она равна или меньше критической. Но такой вывод будет означать то, что Вселенная является открытой, и будет расширяться вечно, то есть коллапса не будет. Однако, такое значение более чем преждевременно. По оценкам учёных, видимая материя во Вселенной составляет не больше 10% от её массы. Большую же её часть составляет невидимая материя (до 90%), названная скрытой массой. Такой массой может быть «межгалактический газ, массивные короны слабосветящихся объектов вокруг галактик, космические лучи, нейтрино, гравитино, гравитационные волны».[8] Саму проблему скрытой массы чаще всего характеризуют как так называемый вириальный парадокс, состоящий в том, что «масса многих скоплений в десятки, а то и в сотни (!) раз больше массы, установленной суммированием каждой галактики в отдельности».[9] Вообще говоря, проблема скрытой массы носит совсем не простой характер. «Так, определённый вклад в плотность вещества могут вносить гипотетические космические струны и не менее гипотетические частицы-аксионы, гравитино и т.п.»[10] На мой взгляд, очень перспективным решением вопроса скрытой массы могут стать нейтрино. Пояснить такую точку зрения мне бы хотелось словами И.Д.Новикова: «Нейтрино очень многочисленны во Вселенной. Несмотря на ничтожную массу каждой частицы, в сумме они оказываются главной составной частью массы материи во Вселенной. По расчётам эта масса (масса покоя у нейтрино: mov~5х10-32г.) Таким образом, данная масса в 30 раз больше средней плотности обычного вещества во Вселенной ! Обычное вещество по массе составляет только 3% «примеси» к массе нейтрино». Это же говорит и Турсунов: «Судя по всему, именно реликтовые нейтрино вносят основной вклад в среднюю плотность космической материи; последняя с учётом этого вклада оказывается больше её критического значения. Это значит, что нейтринная Вселенная пространственно замкнута, а потому со временем её нынешнее значение сменится сжатием».[11] Как видим, нейтрино могут сыграть решающую роль в разрешении проблемы скрытой массы, а то, масса их не нуль, как мы увидели выше, уже почти доказанный факт («уверенность в правильности результатов всё возрастает, аналогичные оценки получены уже за рубежом».) Таким образом, во Вселенной действительно может реализовываться закрытая, пульсирующая модель.… Однако в связи с этим нельзя не упомянуть ряд существенных нюансов. С осциллирующей моделью Вселенной связано такое понятие как энтропия (мера возрастания беспорядка в системе, энтропия системы никогда не уменьшается.) А с энтропией, в свою очередь, связано и второе начало термодинамики, которое как выразился Девис в своей книге «Пространство и время в современной картине Вселенной»[12], «обладает всеобщностью и описывает «необратимые», асимметричные во времени процессы самой разнообразной природы. Согласно второму началу термодинамики, события всегда происходят в одном порядке», следовательно, «оно запрещает осциллирующую модель» и гласит, что энтропия Вселенной не может уменьшаться, она только увеличивается. Вот как характеризует эту проблему Новиков: «В самом деле, энтропия Вселенной только растёт. Энтропия растёт и в ходе расширения и в ходе сжатия, она не уменьшатся при прохождении через сингулярность. Если от одного цикла к другому энтропия растёт, то каждый следующий цикл отличается от предыдущего». Согласно Р.Толмену, известному учёному, основоположеннику релятивистской термодинамики Вселенной, «расчёт приводит к циклам, удлиняющимся во времени и с растущей амплитудой, с увеличивающимся максимальным радиусом Вселенной». То, что в каждом цикле «энтропия возрастает на конечную величину» действительно верно, ведь когда система (то есть Вселенная) достигает равновесия, а энтропия «конечной величины», происходит коллапс-конец очередного цикла. Но так как от цикла к циклу возрастает амплитуда и продолжительность его, то бесконечное число циклов просто невозможно, потому как «энтропия стала бы бесконечно большой. Это противоречит наблюдениям. Значит, вечная осцилляция Вселенной невозможна». Это и есть основная проблема осциллирующей Вселенной и связанной с ней энтропией. Казалось бы, что на этом можно было бы закончить и не развивать больше концепцию плюралистической Вселенной, потому что она при сделанных предположениях не возможна в принципе, но существуют другие, не менее, а может быть даже более убедительные теории, описывающие иные «возможности при прохождении через сингулярность». Такие теории, в частности, разрабатывались, да и разрабатываются в работах И.Розенталя, Дж. Уилера, М.Маркова и др. При этом, допускается, что в сингулярности меняются все свойства Вселенной: «и фундаментальные константы природы, и свойства элементарных частиц, и даже сами физические законы, в том числе и энтропия». А если энтропия уменьшается, то циклы осцилляции Вселенной не изменяются, а это значит, что возможна вечная осцилляция Вселенной. Это, однако, ещё предстоит доказать. Тем не менее, если принимать во внимание тот факт, что наша Метагалактика является лишь частью «Большой Вселенной» (в случае множественности миров) или изолированной областью, сферой (как мы увидим позднее такое вполне реально), то существование её в качестве осциллирующей системы кажется вполне закономерным и даже естественным. Появившись как гранула на солнечной поверхности, наша Вселенная просуществует определенный промежуток времени, а затем исчезнет, породив другую Вселенную… Можно представить себе другую ситуацию (кажущуюся, однако, более чем фантастической), когда Вселенная при «ничтожно малой» энтропии начала своё существование в качестве осциллирующей модели. До этого же, она могла пройти «бесконечный ряд других состояний», и её модель могла быть совсем иной, но при определенных условиях она «повернула на дорогу осцилляций» и сейчас мы можем наблюдать один из её циклов, который закончиться через определённый промежуток времени и возможно продолжится, пройдя «через горловину сингулярности» другим циклом. Она всё же может вообще достигнуть финала (конца жизни как физической реальности) «захлопнувшись» в сингулярность. В случае же множественности вселенных это может быть финал только одной из многочисленных вселенных, существующих в Большом Космосе. Но любопытно то, что эта полуфантастическая гипотеза подтверждается теорией квантовой механики, так как в её основе (по Девису) лежит «отрицание возможности абсолютной предсказуемости всего происходящего во Вселенной, независимо от объёма доступной нам информации. Квантовая механика (в сравнении с классической механикой Ньютона, которая основана на «фундаментальном принципе предсказуемости») допускает множество возможных прошлых и будущих состояний Вселенной».[13] Вообще, надо сказать, что все квантовые теории (концепция квантового рождения Вселенной, различные квантовые процессы, квантовая механика и т.д.) имеют очень хорошую перспективу и нам их сейчас следует развивать в первую очередь.