Карташов Александр Сергеевич: другие произведения.

Вселенная - вид из окна

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Peклaмa:
Конкурс 'Мир боевых искусств.Wuxia' Переводы на Amazon
Конкурсы романов на Author.Today

Конкурс фантрассказа Блэк-Джек-20
Peклaмa
Оценка: 7.06*4  Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Краткий очерк классической космологии в контексте проблемы времени


- Скажи, Мубарек, зачем ты туда забрался?
- Я туда не забирался.
- Лжешь! Все видели, что ты там сидел.
Из кинофильма "Волшебная лампа Аладдина"

  

 []

  
  
В публикациях, посвященных космологической проблеме, уделяется неоправданно мало внимания проблеме времени, хотя обе они в равной мере относятся к проблемам мировоззренческим. Теория относительности объединяет две физические абстракции, представляющие собой череду наблюдаемых событий (время) и расположение предметов в поле зрения наблюдателя (расстояние), в математическую абстракцию четырехмерного пространства-времени, где время и пространство формально равноправны, но между этими двумя абстракциями на самом деле пролегает бездонная пропасть в естественнонаучном мировоззрении. Во-первых, четырехмерная геометрия может быть только гиперболической (т.е. включающей действительную и мнимую части) - иного в ощущения не нам дано. В исчислении комплексных величин к реальности относится только действительная часть числа, а мнимая часть играет вспомогательную роль при вычислении изменений, происходящих с действительной частью - т.е. в пространстве. Эту роль как раз и играет время, которое может иметь самостоятельный смысл только как оператор. Однако такой оператор до сих пор наукой не обнаружен, поэтому, за неимением оператора времени, для фиксации изменений в пространстве используются часы. В этом и состоит проблема времени. Во-вторых, размещение предметов в пространстве имеет явный характер, тогда как смена событий, не связанных с изменением движения предметов, происходит для наблюдателя неявно. Успешно изучая причинно-следственные связи наблюдаемых событий, происходящих с физическими телами в поле нашего зрения, мы не знаем, как и почему происходят необратимые изменения в отсутствие видимых причин, и вынуждены лишь фиксировать их с использованием метрических свойств времени, задаваемых "часами наблюдателя", не понимая откуда берется инерция у маятника часов или небесных тел. Эти два основных аспекта проблемы времени выражаются в утилитарности понятия времени. Может быть, утилитарные представления о времени и достаточны для изучения большинства наблюдаемых физических явлений, но для изучения картины мира, в том числе и тех ее аспектов, которые изучает космология, таких представлений явно недостаточно.
        
Естественнонаучный метод познания предполагает, что у хода времени должна быть физическая подоплека, на чем настаивал, например, Роджер Пенроуз в своей дискуссии со Стивеном Хоукингом. По значимости эта дискуссия двух крупнейших современных астрофизиков напоминает знаменитую дискуссию Альберта Эйнштейна и Нильса Бора о статусе случайности в физических законах, в которой ни одна из сторон не смогла договориться с другой, но сама дискуссия помогла глубже понять квантовые законы природы. У феномена времени, как и у случайности, физическая подоплека настолько глубоко скрыта природой от наблюдателя, что обнаружить ее не представляется возможным. В этом - сущность проблемы времени.
        
Тем не менее, невозможность далеко не всегда равносильна безнадежности. Отрицательный результат с точки зрения физики это - тоже результат, наводящий в данном случае на мысль, что невозможность для наблюдателя обнаружить явные причины хода времени носит принципиальный характер и имеет прямое отношение не столько к наблюдаемым явлениям, сколько к условиям существования самого наблюдателя. В самом деле, глядя на себя ежедневно в зеркало, мы не заметим изменений внешности пока не достанем свою старую фотографию и не сопоставим наблюдаемую в зеркале картину с нею. Если условия нашего существования таковы, что нет ни фотографии, ни доброжелательного соседа, который, встретив нас, воскликнет: "Как ты постарел, приятель!", - то нам будет казаться, что все вокруг меняется, кроме нас самих. Но у нас в таких условиях все же есть шанс догадаться, что расплывчатость предметов вокруг является следствием нашей близорукости, а общие изменения качества изображения предметов - результат возрастных изменений. Ситуация лишь тогда становится действительно безнадежной, когда условия таковы, что ничего, кроме собственного отражения в зеркале, мы не наблюдаем, - в таких условиях мы бы вообще ничего не знали о времени, и этой проблемы не существовало. А раз она существует, значит, ее разрешение все же можно искать в общих изменениях окружающего мира, описываемых космологией, имея при этом в виду, что такие изменения происходят не только с наблюдаемой вселенной, но и с наблюдателем, и если удастся отделить одно от другого, то проблема времени будет решена.
        
Цель очерка - показать, с одной стороны, органичную связь физической постановки проблемы времени с классической космологией, а с другой - возможность ее разрешения тем или иным путем для дальнейшего последовательного развития физических представлений о мире. Очерк написан в форме научно-популярного обзора основных научных достижений в области космологии в контексте двух авторских научных статей (Карташов А.С. Электронный журнал "Исследовано в России", 46, 509-519, 2005. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/046.pdf, 114, 1160-1165, 2005. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/114.pdf). Речь не идет, конечно, о полноценном обзоре космологии - это непосильная задача, да и нет в этом необходимости, поскольку общих обзоров современной космологии, написанных авторитетными специалистами, много, в том числе, и в научно-популярной литературе. С точки зрения проблемы времени достаточно будет ограничиться классиками, заложившими фундамент современной космологии: это А. Эйнштейн, В. Де Ситтер и А. А. Фридман. Их взгляды представляют собой последовательное развитие космологии на основе общей теории относительности (ОТО) и содержат в себе всю необходимую для поставленной цели информацию.
        
Вселенная в начале прошлого века казалась в целом неподвижной - статичной. Вопросом, который чрезвычайно занимал Эйнштейна, попытавшегося применить только что разработанную им общую теорию относительности к вселенной, был вопрос о граничных условиях для потенциала гравитационного поля. Дифференциальные уравнения, как известно, требуют задания дополнительных условий на границе изучаемой области, так как без них они не могут быть проинтегрированы для получения описываемого уравнениями поля. Но как определить условия на пространственной бесконечности, если наш опыт ограничен ближайшими окрестностями Земли? - в пределах которой (скажем, при изучении планетной системы), мы можем лишь с уверенностью считать потенциал гравитационного поля вселенной постоянным. Э. Мах в "Познании и заблуждении" дает такой рецепт: "Не во вкусе физика делать предположения относительно свойств геометрических образов в бесконечности, ему недоступной, и затем сравнивать эти последние с ближайшим опытом и к нему их приспособлять. Он предпочитает рассматривать как источник своих понятий непосредственно данное и значение этих понятий затем распространяет и на область недоступного ему бесконечного до тех пор, пока не увидит себя вынужденным их изменить". Запомним это высказывание - оно нам еще пригодится в связи с похожей проблемой начальных условий для нестационарной вселенной, которая в отличие от проблемы граничных условий, не дает покоя космологии до сих пор.
        
Искушенный в физике Эйнштейн вначале так и поступил (по Маху), но столкнулся с непреодолимыми трудностями при распространении "ближайшего опыта на область недоступного бесконечного", поскольку постоянство гравитационного потенциала на бесконечности приводит к тому, что плотность материи стремится к нулю, а это значит, что материальный мир конечен. Что же тогда удерживает его от того, чтобы не разлететься на все четыре стороны или сколлапсировать? Можно было бы, погрешив против рецепта Маха, предположить, что потенциал на границе вселенной бесконечно велик и не позволяет "распоясаться" силам инерции, но это предположение противоречит "ближайшему опыту", так как означает бесконечно большую разность потенциалов во всей вселенной, а этого-то мы как раз и не наблюдаем. Получалось, что вселенная в таком случае не может существовать по причине гравитационной неусточивости. В этой безвыходной ситуации Эйнштейн совершает вопиющий "грех", введя в гравитационные уравнения в качестве аддитивной добавки поле неизвестного происхождения, не имеющее никакого отношения к "непосредственно данному", но позволившее обойти вопрос о граничных условиях, попросту замкнув бесконечность в сферическое пространство.
        
Такому миру еще не было аналогов: бесконечный и, вместе с тем, замкнутый мир с равномерно распределенной плотностью вещества и конечной массой, определяющей кривизну пространства! Однако этот высший полет человеческой мысли достался Эйнштейну ценой совершенного им тяжкого "греха", ибо введенное им искусственное поле никак не проявляло себя в "ближайшем опыте" и не проявляет до сих пор. Впрочем, этот грех простителен, так как изменение уравнений не портило общей теории относительности и вполне законно с точки зрения обобщения.
        
Де Ситтер заинтересовался новым теоретическим феноменом (аддитивной добавкой) и, сделав ряд уточняющих замечаний, попытался найти для него физическое содержание. Он отметил, что пространство с положительной кривизной не обязательно должно быть сферическим. Эллиптическое пространство более предпочтительно для физической реальности, поскольку прямые линии в нем пересекаются в одной точке, а не в двух, как в сферическом пространстве. Кроме того, его смущал особый статус времени в мире Эйнштейна. Действительно, пространственные компоненты тензорного потенциала стремятся к нулю на бесконечности в замкнутом пространстве, тогда как временной компонент остается тем же самым, что и в ближайшей окрестности. Время, в отличие от пространственных координат, не допускало произвольных преобразований в мире Эйнштейна и, с точки зрения теории относительности, было инородной сущностью - неким абсолютом, требующим внешней физической подоплеки в виде часов наблюдателя. Это обстоятельство не имело бы большого значения, если бы не было самым тесным образом связано с другой проблемой, восходящей, как минимум, к Ньютону - об относительности инерции.
        
Инерция, как сила движения массы, по своей природе относительна и не имеет смысла без указания системы отсчета. Ньютон в "Началах натуральной философии" приводит пример с вращающимся вокруг продольной оси ведром с водой для иллюстрации введенного им понятия абсолютного движения, но этот иллюстративный пример свидетельствует еще об одном важном обстоятельстве, - что гравитации без инерции не существует. Действительно, результатом равновесия вращающегося ведра (граничных условий) и содержащейся в нем воды (предмета исследования) является искривление водной поверхности, которое обязано своим существованием не только притяжению Земли, но и инерции, поскольку у края ведра скапливается большая масса воды благодаря центробежным силам. Если же представить, что в ощущение нам дана лишь искривленная поверхность воды в качестве пространства, то мы естественным образом соотнесем силу, которая влечет нас к центральной оси ведра (тяготение) и инерцию, которая возникает при движении, с кривизной поверхности воды. При этом если мы находимся в изолированном ящике, то силы инерции будут восприниматься как притяжение пола до тех пор, пока мы не просверлим в стене ящика дырку и не обнаружим, что наша легкая походка по полу связана не с таинственным притяжением пола, а с равномерно ускоренным движением ящика вдоль искривленной поверхности. Тот факт, что от изменения наших представлений в самой природе ведра ничего не изменилось, говорит о том, что все системы координат равноправны, и уравнения, описывающие тяготение, не должны зависеть от наличия в ящике смотрового окна. Этот принцип позволит нам в конечном итоге разработать теорию, которая называется общей теорией относительности.
        
Общий принцип относительности имеет, как и любой принцип, свои сильные и слабые стороны, причем слабость его проявляется в тех случаях, когда мы отдаем предпочтение ящику и забываем о том, что в природе ведра, помимо гравитации, огромную роль играет инерция. Ведь если наблюдаемое пространство ограничено лишь поверхностью воды, возникает проблема определения системы отсчета для инерции. В примере ньютонова ведра инерция создается наглядным образом: за счет циркуляции воды, вызванной центробежными силами, возникающими при вращении ведра относительно Земли, а притяжение Земли представляет собой внешнюю мировую массу. Однако это очевидно только при взгляде на ведро со стороны, когда мы систему отсчета связываем с Землей. Но каково было бы нам рассуждать об инерции, если бы весь наблюдаемый звездный мир, вместе с нами, был лишь планктоном, плавающим в ведре на поверхности воды? К чему прицепиться в этом непрерывном движении планктона, когда помимо мелкомасштабных движений частичек, взаимодействующих друг с другом и группирующихся в скопления, есть еще и общее перемещение всей массы планктона от края ведра к его центру? Эйнштейн полагал, что, несмотря на наличие звездных скоплений, в среднем распределение вещества однородно во вселенной, и систему отсчета вполне можно связать с веществом, усредненным в масштабах вселенной, определяя все движения относительно нее.
        
Разумеется, в такой постановке никакого общего движения всего вещества быть не может, и нет необходимости апеллировать к гипотетической внешней мировой массе как опоре абсолютного пространства. Таким образом, относительность инерции определяется совокупной массой наблюдаемого вещества, которая создает кривизну пространства, что и определяет силы тяготения. Такой взгляд на мир вполне соответствовал известным тогда результатам наблюдений за движениями звезд, которые казались неподвижными, поскольку эффекты красного смещения в спектрах излучения звезд, свидетельствующие об огромных радиальных скоростях их движения относительно наблюдателя, еще не были известны. Но если мы соотнесем этот вывод о природе искривления всего пространства с причинами искривления водной поверхности ньютонова ведра, то вынуждены будем признать, что этот вывод неверен. Не может планктон сам по себе создать общее искривление водной поверхности ведра: его массивные частички могут лишь слегка продавливать водную поверхность в балансе с силами поверхностного натяжения, создавая локальные лунки, в которые попадают другие более легкие частички, крутящиеся вокруг лишь при наличии у них инерции.
        
Де Ситтер предложил не связывать причину общей кривизны пространства с совокупной массой наблюдаемого вещества. Он заметил, что модифицированным уравнениям гравитационного поля можно удовлетворить вообще без всякой мировой массы. Чем бы мировая масса ни определялась, - гипотетическими внешними факторами или же совокупной массой наблюдаемого вещества, - она не нужна с точки зрения определения инерции. Вполне достаточно постулировать нулевые условия на бесконечности для всех компонентов тензорного потенциала гравитационного поля, включая временной. Именно этим обстоятельством отличаются, в своей основе, миры Эйнштейна и Де Ситтера.
        
В общей теории относительности потенциал гравитационного поля определяет метрические свойства пространства - это по существу одно и то же, поэтому нулевые условия для потенциала на бесконечности автоматически означают конечность мира. Но гипотеза нулевых граничных условий говорила не только о конечности пространства, но и о конечности времени, которое, таким образом, лишалось своего особого статуса и ничем не отличалось от пространственных координат. Де Ситтер получил решение уравнений гравитационного поля, отличающееся от решения Эйнштейна появлением дополнительного фактора, зависящего от расстояния, благодаря которому временной компонент дифференциального элемента длины в четырехмерном пространстве-времени обнулялся на границе - так же, как и пространственные компоненты. Поскольку временной компонент определяет энергию, при его обнулении проблемы гравитационной неустойчивости вселенной, само собой, не возникает. Можно отметить и ряд других принципиальных отличий. Если мир Энштейна инвариантен только при пространственных преобразованиях координат, а требование относительности инерции выполнимо с оговорками об абсолютном времени, заданном извне, то в мире Де Ситтера имеется "полная инвариантность относительно любых преобразований всех четырех координат". Если в мире Эйнштейна мировая материя становится на место абсолютного пространства Ньютона (инерциальной системы), а время по-прежнему абсолютно, то в мире Де Ситтера нет мировой массы, нет абсолютного пространства и нет абсолютного времени, а инерция безусловно относительна, - при любом выборе системы координат она определяется воздействием близлежащих масс. Появление добавки в уравнениях гравитационного поля в виде аддитивного потенциала с постоянным множителем (космологической постоянной), связанным напрямую с кривизной пространства, позволяет обойтись без посредничества мировой массы. Таким образом, Де Ситтер освобождается от призраков абсолютных величин во вселенной, приобретая при этом, однако, другого призрака - априорную кривизну пространства, не имеющую под собой физически ощутимого основания. Причина кривизны пространства осталась за рамками мира Де Ситтера - она не определялась и рассматривалась как некая данность, которую практически невозможно измерить.
        
Несмотря на этот недостаток, исследование Де Ситтера имеет огромную научную ценность. Впервые на рациональной физической основе он поставил вопрос о возможности изучения времени таким же образом, каким мы изучаем пространство. В его мире материальная частица не может под влиянием только сил инерции двигаться по прямой линии с постоянной скоростью: ее скорость уменьшается с приближением к границе, где она обращается в нуль и не может обладать энергией. То же самое относится и к свету. На границе мира пространство и время вырождаются - там нет времени, следовательно, нет и движения. Однако время, за которое свет может достичь границы мира равно бесконечности, - т.е. он никогда ее не достигнет. Поэтому никаких парадоксов в существовании предела для времени нет: "все парадоксы возможны лишь после конца или до начала вечности" - так по этому поводу выразился Де Ситтер.
        
Помимо нового взгляда на время, Де Ситтер оказал еще одну неоценимую услугу научному познанию вселенной. Именно то обстоятельство, что кривизна пространства оказалась "в подвешенном состоянии", навело Фридмана на мысль, что она может быть и переменной величиной - функцией времени. Исходя из этой гипотезы и приняв остальные положения Эйнштейна, он нашел нестационарные решения уравнений гравитационного поля, создав мир, "кривизна которого, постоянная относительно трех принятых за пространственные координат, меняется с течением времени, т.е. зависит от четвертой переменной, принятой за временную". Этот мир по свидетельству самого Фридмана напоминал "цилиндрический мир" Эйнштейна с положительной кривизной, определяемой совокупной массой вещества вселенной, где время - ось "цилиндра". Отличался он, кроме зависимости кривизны пространства от времени (радиуса "цилиндра"), еще и тем, что космологическая постоянная за счет этого теряла свое исключительное значение с точки зрения замкнутости пространства и приобретала характер дополнительной искомой величины наряду с плотностью вещества и кривизной пространства, а попросту говоря словами Фридмана - "лишней константой задачи".
        
Развив таким образом взгляд на вселенную Эйнштейна, Фридман пошел дальше в исследовании нестационарного мира в связи с открытой Де Ситтером априорностью кривизны пространства. В самом деле, кто кроме Эйнштейна сказал, что кривизна пространства должна быть непременно положительной? С формальной точки зрения она может быть как положительной, так и отрицательной, и Фридман получает решение уравнений гравитационного поля для пространства отрицательной кривизны, охватив все возможные варианты геометрии нестационарной вселенной.
        
Нестационарный мир Фридмана предполагает наличие начальных условий - момента времени, в который мы точно знаем значения искомых параметров и, начиная с которого, можем рассчитать радиус кривизны в любой последующий момент времени. Предельный случай нулевых начальных условий, - т.е. такого момента времени, когда мир не существовал, - означал признание физической реальностью, не зависящей от наблюдателя, акта творения мира и появление дополнительной физической характеристики вселенной, которой Фридман дает такое определение: "Пользуясь очевидной аналогией, будем называть промежуток времени, понадобившийся, чтобы радиус кривизны от 0 дошел до R, временем, прошедшим от сотворения мира". Задание этой характеристики эквивалентно заданию начальных условий. Но как ее задать? Богословская дата сотворения мира вряд ли может послужить этой цели. Можно воспользоваться тем, что она теоретически связана со средней плотностью вещества вселенной, наблюдаемого в настоящий момент времени, но где гарантия, что мы наблюдаем все вещество? Кроме того, определение даты сотворения мира таким способом сталкивается с неопределенностью типа кривизны пространства: результат в случаях отрицательной и положительной кривизны будет разным.
        
Вспомним, что "нулевое" время рассматривалось также и Де Ситтером, но оно имело характер не начальных, а граничных условий для времени, равноценных с граничными условиями для пространства, поскольку ход времени подчинялся тем же самым правилам игры, что и элемент длины, устанавливаемых кривизной четрехмерного пространства-времени. Фридман же, как и Эйнштейн, оперирует кривизной трехмерного пространства, оставляя время в качестве априорной переменной, которую можно менять, как заблагорассудится.
        
А. А. Фридман не застал триумфа своей теории, скончавшись от тифа, когда 1929 году Э. Хаббл инструментально открыл расширение вселенной, которое предсказывала теория Фридмана. Если радиус кривизны пространства меняется со временем, это означает, что пространство растягивается, и расстояние между соседними точками должно увеличиваться. Именно это и обнаружил Эдвин Хаббл посредством изучения Доплер-эффекта в спектрах излучения галактик, предоставив исследователям вселенной дополнительный измеряемый параметр, который, казалось бы, должен был разрешить неопределенность мироустройства. Тем более что кинематика расширения казалась удивительно простой: скорость расширения линейно росла по мере удаления объекта от наблюдателя с одинаковым по всем направлениям параметром роста - постоянной Хаббла. Достаточно было точно измерить эту постоянную и затем, сопоставив ее со средней плотностью вещества, определить тип пространства и рассчитать дату сотворения мира.
        
Однако этого не случилось. Постоянная Хаббла все время "плыла" по мере совершенствования астрономических средств в пределах порядка величины, а поначалу - и того более. Совсем недавно еще казалось, что она стабилизировалась вблизи 100 км/сек/Мпк, однако в последнее время, при изучении пограничных объектов вселенной, ее характеристика резко "завалилась" в сторону уменьшения. Да и со средней плотностью материи до сих пор нет уверенности, что все учтено.
        
Надежда умирает последней, и может быть наступит время, когда наука придет к требуемой точности и определит дату сотворения мира. Но давайте вспомним рецепт Маха. Что представляет собой признание физической реальности акта творения мира, лежащее в основе определения начальных условий? По существу это то самое деяние, которое "не во вкусе физика", как справедливо заметил Э. Мах. Действительно, мы постулируем некие физические условия на бесконечности и пытаемся их приспособить к "ближайшему опыту" - к тому, что мы наблюдаем в настоящий момент. Правильно ли это? Корректно ли будет, вооружившись знаниями в области физики высоких энергий, полученными в земных ускорителях, предполагать, что их можно применять к недоступной нам бесконечности и делать расчеты физических условий спустя доли секунды, секунду, минуту, час после акта творения и, наконец, распространять эти условия до настоящего времени, сравнивая их с тем, что мы наблюдаем? Это "не во вкусе физика" оттого, например, что если мы имеем дело с системой большой чувствительности, мы никогда не придем к однозначному результату, поскольку малейшая неточность конечных измеряемых параметров может повлечь большие изменения начального состояния, - и наоборот. Может быть, лучше сосредоточить внимание на "непосредственно данном", чтобы худо-бедно судить о бесконечном, заранее ничего физического там не предполагая, но надеясь на то, что чем лучше мы будем понимать физику непосредственно данного, тем точнее станут наши представления о бесконечном? Это всегда плодотворный путь, ибо познание непосредственно данного бесконечно. В том, что сегодня нам кажется хорошо знакомым, завтра непременно обнаружатся детали, которых мы не заметили.
        
К одной из таких деталей относится то, что при получении решений уравнений гравитационного поля Фридман использовал преобразование времени. Сделанная им подстановка позволяла считать постоянным коэффициент при временной координате пространственно-временного интервала, представляющий собой на самом деле функцию времени, и приравнять его без ограничения общности единице, переместив всю нестационарность, таким образом, на кривизну пространства. Это - ключевой момент, который позволяет упростить выражение для элемента длины пространства-времени и получить решение уравнений гравитационного поля для нестационарного мира. К исследованию же самого преобразования времени Фридман не возвращался, рассматривая его как чисто технический прием решения уравнений без ограничения общности, поскольку общая теория относительности позволяет произвольно менять систему координат и не различает гравитацию и инерцию. Но что он получил в итоге? - правильно: неоднозначность решения задачи.
        
Однако это никоим образом не умаляет значение исследования Фридмана. Напротив, он блестяще справился с той задачей, которую себе ставил: единой теорией охватить все возможные следствия применения ОТО к наблюдаемой вселенной, оставляя прикладной науке решить вопрос выбора. Вместе с тем, он отчетливо понимал, что его теория не исчерпывает всех фундаментальных вопросов. В заключение статьи "О кривизне пространства" он отмечает: "Данные, которыми мы располагаем, совершенно недостаточны для каких либо численных подсчетов и для решения вопросов о том, каким миром является наша Вселенная; быть может, проблема причинности и проблема центробежной силы прольют свет на рассматриваемые здесь вопросы". Очевидно, что наличие глобальной инерции в нестационарной вселенной Фридман, как последователь Ньютона в методологии познания ("Гипотез не измышляю!"), не считал себя вправе связывать напрямую с собственными представлениями о взрывах, которые он имел не понаслышке, участвуя добровольцем в Первой Мировой войне и понимая, что его чувственный опыт не имеет прямого отношения к проблеме мироустройства. Упоминание же о центробежной силе свидетельствует скорее в пользу модели ньютонова ведра, нежели модели взрыва.
        
Не будем, однако, впадать в искушение и заменять один чувственный образ другим; фантазия человека безгранична, и можно придумать сколько угодно таких образов - все это гроша ломанного не стоит с точки зрения познания. Подойдем к проблеме выбора изнутри самой теории Фридмана. Общность решения уравнений гравитационного поля для нестационарной вселенной, как отмечено выше, была достигнута за счет общности использованного преобразования времени наблюдателя. Но преобразование времени может иметь и конкретный вид в актуальной вселенной, в котором константы функции преобразования определяюся через наблюдаемые параметры вселенной. Более того, наблюдатель существует во времени, следовательно, преобразование времени для него это не простая формальность, а объективный процесс, в котором он непрерывно участвует. Если же время действительно преобразуется по объективным причинам, наряду с преобразованием радиуса кривизны пространства, тогда наблюдатель, связанный всегда с настоящим моментом времени и, следовательно, невольно участвующий в этом преобразовании, является уже не отвлеченным наблюдателем, а именно современным, и для него нестационарность вселенной может оказаться иллюзией, связанной с тем, что он неявно переносит условия своего существования на свойства наблюдаемых им объектов, будучи неспособным в своей системе координат явно фиксировать непрерывное преобразование времени в наблюдаемой им вселенной. Эта иллюзия подобна пространственной перспективе, когда мы видим уменьшение предметов, отстоящих от нас на разные расстояния. Опыт непосредственного перемещения в пространстве дает нам в данном случае возможность понять, что явления пространственной перспективы не имеют отношения к реальному изменению размеров. Во времени такие опыты невозможны, однако это ограничение не может служить аргументом в пользу отказа от принципиальной возможности существования временной перспективы в поле зрения наблюдателя, а, следовательно, - и симметричности четырехмерного мира.
        
Как отмечалось выше, на принципиальную возможность такого симметричного ("сферичного") четырехмерного мира указывал Де Ситтер в рамках представлений о стационарной вселенной и в развитие "цилиндрического" мира Эйнштейна, в котором замкнуто только пространство, а время - свободная переменная. В уравнениях Де Ситтера имеется фактор временной координаты, замыкающий время и по виду идентичный преобразованию времени, использованному Фридманом, но этот фактор представляет зависимость не от времени, а от пространственных координат, что вполне понятно, поскольку в его теории изначально не рассматривался вариант нестационарной вселенной. К сожалению, возможность существования симметрии четырехмерного мира - это гениальное прозрение Де Ситтера - была практически забыта в связи с тем, что модели стационарного мира уступили место нестационарным моделям вселенной после работ Фридмана. Ученый мир увлекся захватывающими дух и отстраненными от реально существующего наблюдателя картинами раздувающихся из общего начала трехмерных "пузырей", связанных "кротовыми норами", и прочими математическими чудесами, выплеснув в связи с инструментальными достижениями астрономии, - явно указывающими на видимое разбегание вселенной, - вместе с "устаревшими" взглядами о статичном мире, из корыта ребенка. Между тем, этот ребенок дорогого стоит.
        
Физический наблюдатель всегда современен, поскольку он может существовать только во времени. Он сам находится в процессе преобразования времени, и это обстоятельство может оказывать существенное влияние на его восприятие окружающего мира. Не исключено, что изучение законов временной перспективы (преобразования времени) наряду с изучением характера наблюдаемых изменений внешнего мира (расширение), потребует внести корректировку в наблюдаемые явления, соответствующую особенностям собственного существования наблюдателя, и тем самым позволит отделить то, что мы наблюдаем от того, что мы при этом видим. Не исключено также, что, несмотря на кажущиеся изменения временных "верст" при их приближении к горизонту, они на самом деле остаются такими же, как и в ближайшей окрестности от нас, а их Хабблово "перемещение" является на самом деле результатом воздействия всеобщего преобразования времени на наблюдателя, - т.е. его перемещения во времени. В таком случае следует относиться к общим (изотропным) эволюционным явлениям вселенной так же, как мы относимся к изотропным явлениям пространственной перспективы, ибо везде и всегда действуют одинаковые законы физики - в том числе и на видимых границах вселенной. Это означает, что физика высоких энергий применима только к изучению звездных объектов, но никак не к вселенной в целом. Подчеркну: это - не утверждение, а вопрос, имеющий право на существование, так как изменение взгляда на то, что мы наблюдаем, никоим образом не ставит под сомнение классические достижения космологии, которые, в целом правильно описывают видимую картину вселенной. Нельзя сказать, например, что точка зрения Птолемея на звездное небо неправильна, поскольку моряки с успехом пользуются ею в практических целях. Но она недостаточна для понимания картины мира.
        
Способ вывода уравнений нестационарного мира, примененный Фридманом, математически безупречен, а полученные им уравнения позволяют описать видимую картину вселенной, однако в этой картине мира "под ковром" неявно лежит преобразование времени, использованное при выводе уравнений. Если посмотреть на эту же картину под другим углом зрения, - а именно, с целью вымести из под ковра преобразование времени и определить что оно собой представляет, - то необходимо в первую очередь поднять ковер с затейливо изменяющимся рисунком, оставив голый пол, который должен быть одинаков по своим свойствам и не меняется в пределах видимости. Иными словами, необходимо поискать в уравнениях Фридмана, описывающих видимую вселенную, масштабно-инвариантное преобразование времени.
        
Такое преобразование существует и имеет вполне конкретный вид, являющийся частным случаем преобразования времени общего вида, использованного Фридманом при выводе уравнений. Причем это преобразование возможно только в старом добром мире Ньютона, а все остальные варианты динамики вселенной отфильтровываются требованием инвариантности уравнений. Следовательно, нестационарный мир Фридмана содержит в качестве частного случая также и привычный для нас мир Ньютона, который воспринимается современным наблюдателем, существующим во времени, как затейливый нестационарный мир. Этот мир преобразуется по определенным объективным законам, связанным не с начальным импульсом "большого взрыва", а с непрерывным преобразованием времени, независящим от наблюдателя, в результате чего мир кажется ему нестационарным, но при этом наблюдаемая в пределах пространственно-временного горизонта общая картина вселенной остается одной и той же с течением времени.
        
В качестве иллюстрации к сказанному, представим себе некий одномерный мир растительной разумной жизни, имеющий единственную форму движения - вертикальный рост. В нем нет ни ветра, ни облаков, ни звездного неба - ничего движущегося, кроме растущих обитателей этого мира, которые расположены в горизонтальной плоскости на некотором удалении друг от друга - достаточном, чтобы за деревьями увидеть лес; кроме того, они имеют круговое зрение и способны рассуждать. Какова картина мира, которую они себе составят? Не имея способности к премещениям в горизонтальной плоскости, они ничего не знают о перспективных свойствах этого пространственного измерения и воспринимают окружающий мир как панораму, на которую проецируются обозреваемые ими объекты. На этой картине им предстают подобные им особи, имеющие различную высоту, причем, в изменении высоты наблюдается определенная регулярность, не зависящая от угла зрения, и эту изотропную регулярность нужно как-то объяснить с физической точки зрения. Имея в своем распоряжении единственный физический закон - локальный закон вертикального роста, они доподлинно знают, что есть лишь одно пространственное измерение (вертикаль), в котором происходят все физические изменения, и в соответствии с этими изменениями формируют представление о времени как о втором измерении; других измерений в их физическом мире ожидать не приходится. Закон вертикального роста недвусмысленно свидетельствует, что изменение размеров любых особей связано только с возрастом: чем меньше особь, тем меньше ее возраст. Поэтому глубину наблюдаемой панорамы они предпочтут развернуть во времени, полагая, что воочию видят эволюцию растительной жизни, которая предстает им в виде последовательности прошедших собственных стадий роста. Приняв во внимание, что закон роста имеет универсальный характер, они сформируют научное представление о прошлом растительной жизни, - вполне обоснованное наблюдениями и известными им законами физики. Основополагающим элементом этих представлений станет, конечно же, представление о начале времен, когда зародилась растительная жизнь. Исходя из наблюдений за собственными корнями, разумные особи будут строить различные сценарии того, как растительная жизнь проклюнулась, и что собой представлял первичный клубень. Они будут давать туманные объяснения о том, где и как этот клубень мог произрастать, - при том, что сама вертикаль должна сводиться к нулю, - а также как он возник из ничего вместе с вертикалью. Таким образом, научная картина окружающего мира объяснит все локальные наблюдения, не внося ничего дополнительного к физическим представлениям, сложившимся у растительной разумной жизни, где есть два и только два измерения - одно в пространстве и одно во времени, в которые укладывается как настоящая, так и вся прошлая растительная жизнь. Кто усомнится в правильности такой картины мира, созданной наиболее экономным способом? Ведь дополнительное введение второго пространственного измерения - горизонтали - это непозволительная роскошь для разумных особей, не имеющих возможности перемещаться в этом измерении, а объяснять уменьшение размеров особей, наблюдаемых в окружающем мире, некими законами пространственной перспективы - вообще ненаучно, так как подобные законы выходят за рамки локальной физики - закона роста.
        
Не правда ли, эта условная картина растительного мира в чем-то созвучна представлениям о вселенной сложившимся в науке сегодня? Ровно так же, как и для ее разумных персонажей, лишенных возможностей перемещаться по горизонтали и, вследствие этого, не имеющих понятия о явлении пространственной перспективы как масштабно-инвариантном преобразовании объектов в поле зрения наблюдателя, нам трудно допустить существование перспективных явлений во времени, ибо мы лишены возможности произвольно перемещаться в этом измерении, будучи привязаными всегда к настоящему моменту времени. Но, вместе с тем, как отсутствие горизонтальных перемещений растительных особей является ограничением, относящимся к условиям существования этих наблюдателей, и не может само по себе отменить пространственной перспективы окружающего их мира, так и наша неспособность путешествовать во времени не может отменить временной перспективы. Наука приучила нас к мысли, что наши возможности как наблюдателей неограничены, но это далеко не так, и мир, который мы наблюдаем, на самом деле полон иллюзий, вызванных обманом зрения, подобных тем, которые изображал в свое время замечательный художник Мариус Эсхер. Если не слишком задирать нос по отношению к растительной жизни и принять к сведению, что условия существования любого наблюдателя являются непременным атрибутом создаваемой им картины мира, и что иной картины мира просто не существует, то появляется шанс составить более или менее объективные представления об окружающем мире. Необходимое и достаточное условие для этого - наличие различных точек зрения на один и тот же предмет исследования и соответствующих им способов описания, соответствующих и дополняющих друг друга. Почему, например, мы можем говорить об объективности квантовой механики? Потому что в свое время было предложено даже не два, а три различных способа описания квантовомеханических явлений (Луи де Бройлем, Гейзенбергом и Максом Борном). В отличие от этого, в современной космологии господствует лишь одна точка зрения - Большой Взрыв, что вызывает серьезные сомнения в ее объктивности. Ведь разумному обитателю вышеописанного растительного мира ничто не мешает задаться вопросом: если мы имеем два измерения, то почему бы нам не попробовать развернуть наблюдаемую панораму не во времени, а в пространстве, добавив к вертикали горизонталь? Тогда наблюдаемое уменьшение размеров будет связано уже не с законом роста, а с удалением наблюдаемых объектов. Отсюда следует, что окружающий мир одинаков по всем направлениям. Все растения в нем должны быть примерно равными по размеру, но с увеличением расстояния уменьшается их угловой размер в поле нашего зрения, и этот размер стремится к нулю на горизонте. В таком случае можно не обременять себя рассуждениями о первичном клубне и о его связи с нашими корнями, поскольку с точки зрения реально существующего наблюдателя нет никакого начала времен, а есть горизонт наблюдения, к которому сходятся все угловые размеры. Очевидно, что разумный растительный мир при таком рассуждении обогатился бы новым физическим законом - законом пространственной перспективы.
        
Современная наука обладает знаниями и возможностями наблюдения несравненно большими, чем разумные особи растительного мира в приведенной аллегории, и можно не сомневаться, что рано или поздно исключительность господствующей точки зрения в космологии будет преодолена. Возможно, при этом окажутся не бесполезными и пять копеек подброшенные в этой статье, вносящие в динамику вселенной дополнительные ограничения теоретического характера в связи с введением в картину мира современного наблюдателя как активного компонента, и это поможет разрешить проблемы, с которыми сталкивается сегодня космология.
        
Основная проблема современной космологии связана с недостаточностью теоретических ограничений на многочисленные "сценарии расширения". Такая ситуация вызывает объективные предпосылки для всевозможных спекуляций в области космологии и создает "нишу" для произвольных толкований, - как научного толка, так и лженаучного, - что само по себе занимательно, но крайне нежелательно для научного познания, которое в отличие от политики стремится все таки к истине, а двух истин - не бывает. Требование масштабной инвариантности динамических уравнений при преобразовании времени в этом смысле было бы весьма кстати, так как оно оставляет единственно возможный вариант динамики вселенной, приемлемый для реально существующего наблюдателя.
        
Кроме того, в космологической литературе уже давно, в качестве загадки, обсуждается вопрос об удивительно тонкой привязке начальных условий вселенной к факту существования современного разумного наблюдателя. Оказывается, из бесчисленного количества физически возможных вариантов расширения, приводящих к безжизненной вселенной, мир все же выбрал именно такой вариант, при котором появился человек. Вероятность этого исхода оценивается близкой к нулю. Мир чудесным образом прошел в своей эволюции между Сциллой и Харибдой к человеку, т.е. в буквальном смысле слова: шаг влево, шаг вправо - расстрел. Связь наблюдаемой эволюции вселенной с преобразованием времени в поле зрения современного наблюдателя, а не с начальным условиями, отстраненными от него, естественным образом обосновывает кажущийся атропоцентризм вселенной, позволяя в принципе отказаться от невероятного физического эволюционного пути вселенной без человека - к самому человеку, признав, что этого пути просто не было.
        
Как это ни парадоксально звучит, но позитивное познание возможно только при ограниченном кругозоре. Всякий предмет исследования должен быть как-то локализован, ибо знание всего и обо всем равносильно незнанию. Вселенная в этом смысле - не исключение: чтобы стать предметом исследования, она должна быть локализована - как во времени, так и в пространстве. Теоретикам частично удалось это сделать, замкнув пространственную бесконечность в ограниченное пространство посредством его кривизны, но пока что не удается сделать то же самое и со временем; оно по-прежнему остается разомкнутым, а временная локализация вселенной достигается самым "патриархальным" из возможных способов - введением даты сотворения мира самого по себе. Бесспорно, это один из возможных способов, но далеко не самый лучший, поскольку он не учитывает естественных ограничений, связанных с условиями существования наблюдателя, локальная система отсчета которого транзитивна во времени и другой быть не может. Образно говоря, из "поезда", несущегося во времени в будущее, мы смотрим на окружающий мир через очень узкое окно, ограниченное настоящим моментом времени, и наблюдаем обозримое прошлое, полагая, что весь мир только этим видом из окна и ограничен. Но такой ограниченный взгляд на мир не должен нас вводить в заблуждение. Мир всегда существовал, и он будет существовать независимо от того, едет наш "поезд" или нет, и ему нет никакого дела до дискуссий среди пассажиров по поводу вида, открывающегося из окна. Отождествление вида на мир из отдельно взятого окна с самим миром есть реликтовое метафизическое заблуждение, до сих пор бытующее в современных космологических представлениях, и чем скорее мы от него освободимся, тем лучше.
  
  

 []

  

Оценка: 7.06*4  Ваша оценка:

Популярное на LitNet.com В.Коломеец "Колонизация"(Боевик) Н.Борзакова "Стражи"(Боевик) А.Верт "Пекло 2"(Боевая фантастика) В.Бец "Забирая жизни"(Постапокалипсис) В.Мелан "Санара"(Любовное фэнтези) Д.Сугралинов "Дисгардиум 5. Священная война"(Боевое фэнтези) А.Вильде "Эрион"(Постапокалипсис) Е.Кариди "Сопровождающий"(Антиутопия) А.Светлый "Сфера: один в поле воин"(ЛитРПГ) Д.Мас "Королева Теней"(Боевое фэнтези)
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
Э.Бланк "Институт фавориток" Д.Смекалин "Счастливчик" И.Шевченко "Остров невиновных" С.Бакшеев "Отчаянный шаг"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"