В школе нас учат в основном тому, что было открыто или придумано век назад или более. Даже теория относительности и квантовая механика, которые принято считать «современными» теориями, скоро станут столетними «старухами». Более того, из педагогических соображений учеников и студентов тщательно оберегают от всех проблем основания наук и тем более от понимания места и роли науки в обществе, декларируя её как единственно правильный способ добычи знаний, как производительную силу и естественный путь формирования мировоззрения.
1. Сэр Айзек Ньютон и механистический подход
Одним из самых ярких имён в истории мировой науки является Сэр Айзек Ньютон (Sir Isaac Newton, ударение в фамилии — на первом слоге), которого в отличие от его тёзки писателя-фантаста почему-то принято именовать Исааком. Впрочем, это одно и то же имя, весь вопрос в английском произношении. В отличие от его менее талантливых и более самоуверенных последователей Ньютон чётко осознавал границы своего знания. На вопрос о природе гравитации, которую он с таким успехом описал, сведя в систему множество разрозненных эмпирических данных, он ответил: «Hipotheses non fingo» (гипотез не измышляю). Строго говоря, астрономические наблюдения, на которых основывалась теория гравитации (законы Кеплера), не являлись научными, они относились к некому предварительному этапу накопления и классификации знаний, называемому феноменологией. Именно стараниями Галилея, Ньютона и Лейбница накопленные знания обрели форму теорий с предсказательной силой.
Что же было сделано? Было создано то, что Ньютон так метко назвал «математическими началами натуральной философии». Впервые в истории нескольких последних тысячелетий удалось описать природные явления количественно языком математики, причём, основываясь на очень простых исходных посылках. Законы небесной механики Кеплера оказались лишь следствиями законов механики и гравитации Ньютона. Заметим, что открытие закона тяготения сейчас принято считать достижением современника Ньютона Роберта Гука, который в некотором смысле оказался тем самым «яблоком, упавшим на голову Ньютона». Математическая формулировка закона всемирного тяготения — несомненно, достижение Ньютона. Триумф заключался в том, что и небесные и земные явления (речь идёт о механическом движении) удалось описать единообразно и просто.
«Природа проста, если её рассматривать локально» — эти слова Эйнштейна знаменовали конец простоты Ньютоновой механики и теории гравитации. Вместе с тем и частная (специальная) и общая теория относительности вполне отвечают той же схеме: универсальное описание явлений природы (опять механика) на основе сравнительно простых математических моделей и физических идей.
Представление о мире как об огромной совокупности частиц, участвующих в механическом движении, то есть перемещающихся из одной точки пространства к другой под действием сил или по инерции, было в значительной степени создано Нютоном. Удачное применение механики в технике, значительный прорыв в науке 18–19 веков привели многих к убеждению во всемогуществе и безграничности науки. Физику конца 19 века считали практически законченной, но лишь нескольких проблем (излучение абсолютно чёрного тела, фотоэффект и изменение формы уравнений электродинамики при преобразованиях Галилея) оказалось достаточно, чтобы «похоронить» под грудой новых представлений классическую физику в начале 20 столетия.
Но и в новой науке не всё было гладко. Термодинамика (феноменология) говорила о стреле времени, о необратимости, а механика до сих пор описывает мир, в котором время течёт и вперёд и назад. «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю». Эти слова, приписываемые Архимеду, хорошо иллюстрируют, как замечательная идея рычага вступает в противоречие не только с интуицией обывателя, но и с законом сохранения механической энергии. «Назовите мне координаты и скорости всех частиц в любой момент времени, и я скажу вам, что было и будет». Это заблуждение великого Лапласа, которое представляется нам столь же невозможным, сколь и поднятие Земли рычагом. Если весь мир уже задан своим изначальным движением, то правы фаталисты — чему быть, тому не миновать, а такие вещи как свобода выбора, воля и ответственность за свои поступки просто не существуют.
Вторая половина 20 столетия подарила миру серию отчаянных попыток решить проблему необратимости. На пути к этому были сделаны шаги к созданию эволюционных теорий, описывающих явления в их развитии. Возникло понятие о сложности, о хаосе, о самоорганизации. Появился аппарат описания «бесформенных» объектов и процессов в них. Расшифрован геном человека. Генная инженерия стала сельскохозяйственной практикой. В 20 столетии наука наконец стала заявлять: «Этого мы принципиально не можем». Это относится и к знаменитому соотношению неопределённости, имеющему гораздо более широкое применение, чем приложение к квантовой механике, и к понятию хаотических процессов. Появилось понятие «горизонт предсказуемости». Наука объясняет мир, очень похожий на реальный. Но что такое реальный мир?
Мы черпаем информацию из реликтов — находок свидетельств древности. И это не только орудия труда первобытного человека (артефакты), но и свет далёких звёзд или излучение, пронизывающее вселенную. Кстати, термин «артефакт» применительно к экспериментальной науке означает принятие за явление природы особенностей процесса исследования. Иллюстрацией может служить старый анекдот из сборника «Физики шутят», где, демонстрируя диаграмму, исследователь поясняет: «А здесь Смит ударил по сейсмографу».
Одним из самых чарующих открытий было разбегание галактик. Так как скорость разбегания тем больше, чем больше расстояние, то возникла гипотеза о том, что всё в нашей Вселенной когда-то вылетело из единого центра, то есть о начале жизни нашего мира в результате «большого взрыва». Многие приняли это не как перенесение результатов краткосрочного наблюдения на длительные промежутки времени (далёкую экстраполяцию), а как доказанный факт не только развития, но и происхождения Вселенной. Воистину, есть две бесконечные вещи…
Итак, что же на самом деле говорят астрофизики по поводу большого взрыва, и насколько основательна сама гипотеза?
2. Правда и мифы о большом взрыве
Во-первых, время, прошедшее с момента большого взрыва, оценивается в соответствии со скоростью разбегания галактик примерно в 10 (8–15) миллиардов лет (возраст Вселенной). О разбегании галактик известно менее 100 лет. Отношение периода наблюдения к предсказанным возрастом Вселенной составляет менее одной стомиллионной. Теперь представьте себе, что Вы или кто-нибудь ещё пытается угадать, что было сто лет назад по своим ощущениям, длящимся один миг… «Да он же просто сумасшедший» — скажете Вы. Тем не менее, в науке при всей строгости логических выводов из наблюдений и рассуждений принято делать смелые шаги и верить в то, что явление, повторяющееся в лаборатории или в течение сравнительно недолгого наблюдения, будет воспроизводиться и в других местах и в другое время. Эта особенность является этаким «необходимым злом», связанным с относительностью научного знания.
Никто и никогда не может гарантировать, что через какое-то время имеющиеся представления не будут низвергнуты или, по крайней мере, подвержены пересмотру или ограничениям. Так, например, механика Ньютона вполне хороша для описания всей инженерной механики, но абсолютно непригодна для описания движений с большими скоростями, некоторых электродинамических явлений и выделения энергии при ядерных реакциях, которые являются «сердцем» атомных электростанций и источником разрушительной силы в атомных и водородных бомбах.
Кстати, по воспоминаниям Лауры Ферми (супруги неофициального «отца» атомной бомбы Энрико Ферми), когда жёны физиков, участвовавших в Манхэттенском проекте, услышали сообщение о бомбардировке Японии, они испытали радость и гордость за своих мужей. Вернувшиеся с работы физики-отцы ядерного оружия не только не разделили восторженности жён, но и поведали о великой беде, связанной с тем, что этот страшный джинн по вине политиков оказался выпущенным из бутылки. Затем учёные организовали знаменитое Пагуошское движение против ядерной угрозы, Нильс Бор (в соответствии с распространённой в последние годы информации в печати) лично информировал агентов НКВД о технических деталях ядерной технологии, что позволило Курчатову и стране сэкономить массу времени и денег для разработки этого оружия в СССР, что при всём ужасе последовавшей гонки вооружений явилось сдерживающим фактором. Конечно, всё это — на совести авторов, однако, после трагедии Хиросимы и Нагасаки больше ядерное оружие не применялось… Но, пора заканчивать наше «лиричекое отступление».
Итак, одной из серьёзных проблем большого взрыва является попытка далёкой экстраполяции. Если вдуматься: «А в чём, собственно, проблема?», то станет ясно, что такие предсказания возможны только в том случае, если наблюдаемое явление не подвержено изменениям. Можно с достаточной уверенностью утверждать, что смена дня и ночи была и во время написания Библии, и будет через сто лет. В случае большого взрыва это не так. Дело в том, что звёзды, планеты, космическая пыль и даже излучения, заполняющие Вселенную, имеют массу. Это означает, что силы притяжения должны тормозить разбегание. В зависимости от массы Вселенной её ожидает либо сжатие, либо бесконечное расширение. Кстати, оба этих исхода губительны…
Сделаем ещё одно «лирическое отступление». Космология, наука о Вселенной, опирающаяся на физику, астрономию, химию и, конечно, математику, формирует мировоззрение. В конце концов, как будет показано ниже, при своей отчуждённости от человека наука весьма «очеловечена» своими целями и задачами. Дело в том, что один из принципов науки — получение наиболее простых описаний для практики (прагматизм).
Научно-технические достижения 19–20 столетий заставили людей верить в решение всех проблем методами науки. Люди верят в панацею в виде горы всевозможных лекарств или какой-нибудь одной «кремлёвской» таблетки, в победу над СПИДом, чумой, лучевой болезнью… Это отголоски того метафизического механистического подхода, который предложил Ньютон. Образование сделало своё дело, и механическое восприятие стало частью обыденного сознания (сознания обычных людей, неспециалистов). Люди надеются, что наука решит проблемы погасшего Солнца, истощения природных ресурсов и болезней.
Если мы склонны видеть смысл в продолжении человеческого рода, то на что нам надеяться, если мы знаем, что коллапс (сжатие в точку) или бесконечное охлаждение («тепловая смерть») неизбежны? На параллельные миры? На другую Вселенную, куда мы явимся как погорельцы? Что касается болезней, то вирус гриппа под действием противовирусных препаратов мутировал и преобразовался в более изощрённые формы. Вирус гриппа и вирус СПИДа принадлежат к одной группе. По мнению М.В.Супотницкого (статья «После СПИДа» в Российском химическом журнале № 2 за 1996 год, том XL, стр. 141) битва со СПИДом приведёт к аналогичным результатам. Фактически речь идёт о непреднамеренной селекции вирусов. Хотя редакция журнала не разделяет этой точки зрения, мне кажется, что она не лишена рационального зерна, а, главное, в ней содержится замечание, что система человечество-вирусы взаимосвязана, и воздействия человека на вирус приводят к соответствующим изменениям и реакции со стороны вируса.
Вторая проблема большого взрыва, если не считать философской проблемы конечности жизни Вселенной, это так называемая сингулярность, то есть обращение в бесконечность значения некоторой функции. Например, обычная школьная гипербола y = 1 / x сингулярна в нуле. Математики научились лихо обходиться с такими вещами, а физики и химики относятся к ним с недоверием и считают, что в них нет физического смысла. Современная наука не имеет возможности описать сверхплотное вещество первых мгновений большого взрыва, не говоря уже о «точке старта», то есть о начале времени. Критика большого взрыва обычно связана именно с экстраполяцией и сингулярностью. Так в журнале «Истоки» (© 1994, единственный номер переведённый на русский язык) в статье «Большие проблемы «большого взрыва»» упор делается именно на это. В этой статье, затрагивается и самый серьёзный вопрос: «Что является источником возникновения Вселенной?»
Когда-то в школьные годы на подобный вопрос я отвечал, что не было ничего и даже законов сохранения… То есть всё могло появиться само собой. Некоторые говорят, что мир возник «случайно». Автор «Больших проблем…» разумно отмечает, что случайность связана с возможностью испытаний, которые в случае Вселенной лишены смысла. «Природа существовала всегда и будет существовать всегда» — так нас учили в 70-х годах 20 столетия. Вопрос о причинах приводит к идее, что должно существовать нечто (например, то же сингулярное состояние), являющееся причиной самого себя и существующее вне времени. Сегодня я убеждён, что человек, желающий сохранить ясность ума не должен спекулировать на эту тему. Наука должна по крайней мере подождать появления принципиально новых теорий, таких как общая теория поля, которую Эйнштейн мечтал, но так и не смог создать… В лекциях по астрономии Стивена Майерса (Steven Myers) говорится об «универсальности» (или «унификации» — «unification»), то есть о том, что во время порядка 10–43с от начала температура была порядка 1032 °C, и все четыре известных типа взаимодействий (тяготение, электромагнетизм, сильное и слабое) не отличимы друг от друга. При меньших временах («эра Планка»), видимо, не применима концепция пространства или времени.
Майерс говорит и о других проблемах, которые с научной точки зрения куда серьёзнее. Дело в том, что оценки массы Вселенной, её геометрии (наш мир считается неевклидовым) и её возраста противоречат оценкам возраста скоплений (globular clusters). Сами значения скорости разбегания, отнесённой к расстоянию (постоянной Хаббла) определены в диапазоне от 40 до 100 км / с / Мпс (Мпс — мегапарсек, парсек — сокращение от параллакс-секунда — расстояние с которого отрезок, соединяющий крайние точки земной орбиты, виден под углом в 1 секунду), то есть непригодны для прогнозов… В любом случае погрешности наблюдения слишком велики для длительных прогнозов…
В лекциях отмечается также, что есть недостающие звенья в нуклеосинтезе, то есть в цепочке ядерных реакций образования основных химических элементов. Отмечается, что недостающие звенья могут быть заполнены, если допустить взаимодействие с ядрами тяжёлого водорода, что в некотором смысле существенно сложнее. Скажем так, можно из золота сделать платину, добавив электрон к ядру, причём сделать ускоритель для этих целей можно и в «домашних условиях», но эффективность такого предприятия будет крайне низка, а сама процедура нерентабельна. Проще продать золото и купить платину… Конечно, в масштабах Вселенной даже редкий процесс приведёт к большому количеству вещества, но это не слишком хорошо согласуется с обилием тяжёлых элементов.
Обратите внимание: даже в лекциях для студентов учёные чётко оговаривают все детали обоснования гипотезы большого взрыва, а обыватель или журналист, читающий популярную литературу или слушающий публичные лекции, нередко «пропускает подробности» и выдаёт за истину в конечной инстанции гипотезы…
Особой «крамолой» в лекциях Майерса является замечание: «Are there limitations on the ability of mathematics to model the Universe? Food for thought.» В переводе это значит: «Существуют ли ограничения на способность математики моделировать Вселенную? Пища для ума». То есть подвергается сомнению математика как язык, «на котором говорит природа». Я бы не обратил на это внимание, если бы на лекциях по самоорганизации не услышал бы более сильное замечание из уст физика: «Вам никто не давал определения бабы Яги, но это не помешало вам понять, кто она такая… Идя к медику, который не знает бинома Ньютона, вы тем не менее доверяете ему самое дорогое, что у вас есть». С моей точки зрения — это мощный удар по основаниям науки со стороны её самых преданных и талантливых слуг…
