Е. Дубровский - Разум побеждает: Рассказывают ученые

Космология — один из разделов астрономии. Другие ее разделы изучают конкретные космические объекты с различных точек зрения, Космология же претендует на изучение Вселенной как целого. Точнее, космология есть физическое учение о Вселенной как целом, включающее в себя теорию всего охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной.

В этом определении надо различать понятия «учение» и «теория»: учение здесь предполагается более общим понятием, чем теория. Теория — такое учение, которое может и должно быть проверяемо эмпирическими данными, тогда как учение вообще может быть такой проверке и не доступно. Поэтому теория Вселенной как целого невозможна. Но зато возможна теория всего охваченного астрономическими наблюдениями мира. При этом — поскольку никакая часть Вселенной не является физически изолированной системой — теория всего охваченного наблюдениями мира должна рассматривать его как часть Вселенной. В то же время (поскольку космология основывается не только на эмпирических данных, но и на основных законах физики, то есть основных физических теориях, область применимости которых в принципе выходит сколь угодно далеко за пределы охваченного наблюдениями мира) возможно учение о Вселенной как целом, основанное на этих законах. Выводы этого учения, выходящие за границы охваченного наблюдениями мира, не доступны непосредственной эмпирической проверке. Критерием их правильности может служить их сохранение при смене основных физических теорий, лежащих в основе космологии, новыми, более общими и, следовательно, опирающимися на несравненно более широкий круг фактов.

Разумеется, кроме эмпирических и физико-теоретических данных для космологии существенны философские принципы, поскольку она соприкасается с коренными вопросами философии и, кроме того, не может обойтись без далеко идущих обобщений и экстраполяции.

Следует заметить, что в применении ко Вселенной словосочетание «как целое» имеет существенно иной смысл, чем в применении к материальному миру: «Вселенная как целое» означает Вселенную в ее отношении ко всем ее частям (областям) и все части Вселенной в их отношении ко Вселенной, иначе говоря, единство всех частей Вселенной. В отношении же к материальному миру словосочетание «как целое» означает единство всех его аспектов (сторон).

В научной литературе встречаются термины: «Вселенная Эйнштейна», «Вселенная Фридмана», «Вселенная Леметра», «Вселенная Наана», «Вселенная Зельманова». Как это понимать?

Под этими терминами имеются в виду разные модели (теоретические схемы) Вселенной, соответствующие разным представлениям о ней как целом.

Обычно это — модели, математически хорошо разработанные (из перечисленных таковы однородные, изотропные вселенные Эйнштейна, Фридмана и Леметра), иногда — качественные описания некоторых черт Вселенной. Вселенная Эйнштейна — статическая модель, предложенная до открытия нестационарности Вселенной, Вселенная Леметра — частный случай нестационарной Вселенной Фридмана. Вообще же различия между разными «вселенными» (моделями) определяются рядом причин. Одна из них состоит в том, что исходные эмпирические данные, используемые в космологии, например средняя плотность материи в Метагалактике, темп ее расширения и т. п., известны пока лишь с невысокой степенью точности, а часть этих данных такова, что даже небольшие различия в их значениях могут при их экстраполяции на всю Вселенную приводить к сильно различающимся космологическим моделям.

Другая причина заключается в том, что при космологических построениях используются различные модификации физических теорий. Третья связана с логической возможностью различных представлений о том, в каком отношении находятся характерные черты охваченной наблюдениями части Вселенной ко Вселенной как целому, в частности с логической возможностью различных ответов на вопросы: характерно ли вещество для всей Вселенной, так же как и для известной нам ее части, или же в ней вещество и антивещество играют одинаковую роль («симметричная Вселенная Наана»); можно ли экстраполировать на всю Вселенную предположения об однородности и изотропии, приемлемые для охваченной наблюдениями области Метагалактики?

Однако существует мнение, согласно которому разные теоретические «вселенные» — это действительно реальные космические системы, иначе говоря, в самом деле различные Вселенные.

Каждая из таких «вселенных» представляет собой неограниченную физическую систему, в которой мы живем и которая включает в себя всю охваченную астрономическими наблюдениями область. Но если система, внутри которой мы находимся, не имеет границ, — она единственна.

Совокупностью этих двух признаков — неограниченностью системы и нашим присутствием в ней обладает только Вселенная и не обладает никакая ее часть.

Значит ли это, что вообще не может существовать никаких других неограниченных Вселенных — миров, в которых мы не живем?

Говорить о реальном существовании других Вселенных имеет смысл лишь в случае, если самый факт их существования в принципе допускает проверку непосредственную, эмпирическую, или косвенную, теоретическую. Но возможность эмпирического подтверждения их существования означала бы наличие причинно-следственных связей между ними и нашей Вселенной, то есть означала бы, что все эти Вселенные, включая нашу, являются частями единой неограниченной Вселенной.

Что же касается чисто теоретического подтверждения, то ни одна из существующих основных физических теорий его не дает. Но позволим себе немного пофантазировать и допустим, что из будущей физической теории, которая будет опираться на более обширный круг фактов, чем современные физические теории, будет с логической неизбежностью вытекать множественность Вселенных.

В этом случае новая теория, по существу, свяжет логически факт существования множества Вселенных с какими-то реальными свойствами каждой из них, в том числе и той, в которой мы живем. И тогда наличие этих свойств в нашей Вселенной будет служить доказательством существования других Вселенных. Это будет означать, что между различными Вселенными также существует взаимная связь, хотя и отличная от обычной причинно-следственной. Но и здесь наличие такой связи означает объединение всего множества Вселенных в единую Вселенную. Таким образом, даже и в этом — фантастическом — случае Вселенная единственна.

Что вы можете сказать об однородных изотропных моделях Вселенной?

Однородные, изотропные модели, по-видимому, удовлетворительно описывают свойства и поведение охваченной наблюдениями области Метагалактики в современную эпоху и в предшествующие ей несколько миллиардов лет. Однако поскольку однородность и изотропия не являются неизбежными с точки зрения основных физических законов, то здесь нужно иметь в виду два обстоятельства.