Большой взрыв в космологии

Описываемая современной релятивистской космологией Вселен­ная с общефилософской точки зрения представляет собой лишь фрагмент бесконечно многообразного, неисчерпаемого материального мира или Сверхвселенной. Следовательно, необходимо без гнева и пристрастия, как говорили древние римляне, разобраться в сути дела — в происхождении нашей Вселенной. Научная концепция происхождения нашей Вселенной, которая занимает первое место среди приключенческих историй всех времен и народов, разработана достаточно детально в последние десятилетия. Она восходит в те­оретическом плане к работам русского физика и математика А.А. Фридмана, установившего возможность существования расширяющейся Вселенной (в 20-х годах XX века это предсказание было подтверждено наблюдениями американского астронома Э. Хаббла, занимавшегося исследованием спектров далеких галактик).

Из вывода, что Вселенная находится в состоянии расширения или раздувания, приходят к умозаключению, что когда-то она дол­жна была находиться в сжатом состоянии; расчеты космологов по­казывают, что около 15 — 20 млрд. лет назад космическая материя была сконцентрирована в необычайно малом объеме порядка планковских расстояний (около 10^-33 см) с плотностью 10⁹³ г/см³ при температуре 10³¹ К. Такова суть теории Большого взрыва, утверждающей, что наблюдаемая сейчас Вселенная возникла благодаря гигантскому взрыву (41; 39; 79).

Теория Большого взрыва весьма правдоподобно объясняет свойства крупномасштабной структуры Вселенной, которые были открыты в последние 15—20 лет с помощью современных методов оптической, рентгеновской, радио- и инфракрасной астрономии. Эти свойства группируются следующим образом: 1. Расширение Вселенной, под­чиненной закону Хаббла. 2. Асимметрия между веществом и антиве­ществом, выраженная в преобладании вещества в структуре нашей Вселенной. 3. Однородность и изотропность (независимость от на­правления) в распределении светящейся материи в масштабе рассто­яний порядка 100 Мегапарсек. 4. Существование и изотропность ре­ликтового фонового излучения с тепловым спектром, соответствую­щим температуре около 2,7 градуса К. 5. Существование галактик, галактических скоплений и клетчатой (ячеистой) структуры Вселен­ной на ее самом высшем, метагалактическом уровне, где обрывается космическая иерархия. В объяснении этих свойств крупномасштабной структуры Вселенной решающую роль играет принятая в релятиви­стской космологии эволюционная концепция, согласно которой все космические объекты представляют собой исторические образования.

В соответствии с концепцией космической эволюции 15—20 млрд. лет тому назад все вещество нашей Вселенной (случай «закрытой» модели) концентрировалось в «сингулярности» — определенном фи­зическом состоянии, не подчиняющемся обычным законам физики (в случае «открытой», бесконечно протяженной модели Вселенной в начале эпохи расширения сингулярность присуща каждой точке бесконечного пространства). Новейшие исследования на стыке кос­мологии и физики элементарных частиц высоких энергий показы­вают, что эта «сингулярность» или «сверхген», так как из него по каким-то внутренним законам развития возникла наблюдаемая в настоящее время Вселенная с ее невообразимо сложной структурой и процессами, в том числе и процессами разумной жизни, был «создан» из ничего (41; 123). Заслуживает внимания то обстоятель­ство, что большинство исследователей под термином «сингулярность» или «ничто» понимает физический вакуум.

В соответствии с новейшей концепцией физического вакуума последний обладает особой творческой функцией — изначальной способностью, подобно богу времени в древнеиранской мифологии Зервану, порождать из самого себя Вселенные, неисчерпаемое мно­гообразие которых образует Сверхвселенную. Именно физический вакуум как «начало всех начал» является истоком рождения нашей Вселенной; его же характеристика как «ничто» выражает факт неописуемости на понятийном языке релятивистского пространст­ва-времени этого физического состояния материи. Первобытный физический вакуум, давший начало раздувающейся Вселенной, обла­дает, согласно представлениям квантовой теории поля, весьма слож­ным строением: в нем имеется несколько этажей, каждый из которых обладает своим энергетическим потенциалом (90, 475). В свете новейших представлений о вакууме элементарные частицы, из ко­торых состоит вещество и антивещество, являются возбужденными состояниями вакуума.

Научная космология пока не смогла теоретически воссоздать про­цесс рождения нашей Вселенной из кипящего моря вакуума, сейчас набрасываются эскизы этого процесса в виде квантового описания рождения Вселенной. Предполагается, что спонтанное возникновение замкнутой Вселенной представляет собой квантовомеханический эф­фект некоторого туннельного перехода. В исходном состоянии не су­ществовало классического, столь привычного нам макроскопического пространства-времени, метрика же представляла собой чисто кван­товую величину. Из некоторых специфических предположений сле­дует, что Вселенная рождается из гладкой чашеобразной области, где время является мнимой величиной. После «квантового творения» Все­ленная начинает эволюционировать в соответствии с классическим сценарием в реальном физическом времени (136, 22), просачиваясь «из ничего» через потенциальный барьер (туннелирование). Вблизи «сингулярности» понятия пространства и времени неприменимы, здесь флуктуирует «квантовая пена», подчиняющаяся законам квантовой фи­зики. В этом случае (гипотеза Вселенной, «просочившейся из ничего») перед нами картина Вселенной ненулевых размеров и конечной плот­ности энергии, возникающей из квантовых флуктуации (136, 23).

Этот процесс позволяет понять аналогию с процессом ядерного альфа-распада. До распада неправомерно говорить о траектории аль­фа-частицы, ибо ее движение является квантовым; ее классическая траектория появляется только тогда, когда она после туннельного перехода вылетает из ядра. Аналогично сейчас понимается и рождение нашей Вселенной: макроскопическое, классическое пространство-вре­мя образуется в силу некоторого туннельного перехода, только после этого можно говорить о возникновении нашего мира, нашего про­странства и времени. Основная идея, которая лежит в квантовом описании возникновения мира из «ничего», состоит в том, что веро­ятность рождения замкнутого мира не равна нулю, т. е. в традици­онной квантовой механике вероятность классически запрещенного процесса (туннельного перехода) представляет некоторую величину. При этом следует обратить внимание на то, что наша Вселенная в целом может возникнуть без нарушения закона сохранения энергии, как, впрочем, и других основных физических законов. Сам акт рож­дения нашего мира описывается законами квантовой гравитации, а для его рождения не нужно никакой энергии.

Для объяснения Большого взрыва, положившего начало расши­рению нашей Вселенной, причем ее возникновение не нарушает закона сохранения энергии, весьма успешно используется «инфля­ционный сценарий» (теория инфляции) или сценарий раздувающей­ся Вселенной. Основная идея, которая лежит в основе «инфляци­онного сценария», состоит в том, что Вселенной на ее самых ранних стадиях эволюции присуще неустойчивое вакуумоподобное состоя­ние, характеризующееся большой плотностью энергии (39; 79). Однако сама эта плотность энергии тоже не упала с неба, она тоже каким-то удивительным для наивного реалиста способом появилась из «ничего». Ключ к рождению нашей Вселенной из «ничего» дает природа квантового вакуума, отнюдь не являющегося пустым, без­жизненным пространством, хотя в нем и отсутствуют реальные частицы, поля и волны. Оказывается, что в соответствии с принципом неопределенности Гейзенберга действие закона сохранения энергии как бы «приостанавливается» на весьма короткое время. В течение этого времени энергия берется как бы «взаймы» для рождения частиц, которые обретают мимолетное бытие и затем исчезают, т. е. перед нами так называемые «виртуальные» частицы (частицы-при­зраки). После исчезновения частиц-призраков энергия снова отда­ется вакууму, однако существенно то, что в вакууме все время находятся эти виртуальные частицы, «субсидируемые» соотношением неопределенностей Гейзенберга. Иными словами, вакуум кишит виртуальными частицами и насыщен сложными взаимодействиями между ними, причем заключенная в нем энергия располагается на его различных этажах (имеется феномен разностей энергетических состояний вакуума). К этому следует добавить, что разностям энер­гий (следовательно, различным состояниям вакуума) соответствуют разности отрицательных давлений (для квантового вакуума харак­терно отталкивание!).

Теперь можно объяснить и происхождение Большого взрыва, если предположить, что в самом начале Вселенная находилась в состоянии так называемого «ложного» вакуума — возбужденного вакуума. Это означает существование в квантовом вакууме косми­ческого отталкивания такой величины, которое вызывает расшире­ние Вселенной, когда занимаемый ею объем пространства удваива­ется каждые 10^-34 с. (все расстояния возрастают по экспоненциаль­ному закону). Затем этот процесс удвоения продолжается в геометрической прогрессии, в итоге все части Вселенной разлетаются как при взрыве, т. е. мы имеем Большой взрыв, а тип такого расширения называется «инфляцией». Однако фаза инфляции не может продолжаться до бесконечности, ибо в возбужденной кван­товой системе, каковой и является рождающаяся наша Вселенная, «ложный» вакуум неустойчив и стремится к распаду. Отталкивание исчезает, когда происходит распад «ложного» вакуума, что приводит в свою очередь к прекращению инфляции и замедлению расширения Вселенной. В фазе инфляции область пространства нашей Вселенной увеличилась от миллиардной доли размера протона до нескольких сантиметров, к концу фазы инфляции Вселенная стала пустой и холодной.

Конец фазы инфляции ознаменовался тем, что Вселенная вдруг стала внезапно «горячей», что объясняется освобождением громадной энергии «ложного» вакуума. Распад состояния вакуума вызвало излучение, мгновенно нагревшее Вселенную примерно до 10²⁷ К, процессы которой описываются в соответствии с Теорией Великого Объединения (ТВО) — во Вселенной действует единая суперсила, представляющая собой единство гравитационного, электромагнитно­го, слабого и сильного взаимодействий, и теорией суперсимметрии, указывающей на одиннадцатимерное пространство-время нашей Все­ленной. С этого момента эволюция Вселенной описывается стан­дартной теорией «горячего» Большого взрыва. Таким образом, теория инфляции раскрывает тайну Большого взрыва: благодаря действию отталкивания, присущего квантовому вакууму, произошел взрыв, причем самопроизвольный взрыв, пустого пространства. Но остается вопрос: откуда взялась энергия, необходимая для образования ве­щества и излучения, которые до сих пор существуют во Вселенной?

Теория инфляции дает ответ и на этот вопрос (разумеется, дает один из возможных научных ответов). Ведь она исходит из того, что наша замкнутая Вселенная в самом начале имеет энергию, которая равна нулю, вся же гигантская энергия возникла в первые 10^-32 с. Возникновение этой энергии связано со свойственным вакууму отрицательным давлением, за счет гигантских сил отталкивания происходит его все ускоряющееся расширение, которое в свою оче­редь вызывает возрастание энергии вакуума. По сути, вакуум сам себя питает энергией, ибо ему присуща внутренняя неустойчивость и только распад «ложного» (возбужденного) вакуума кладет конец этому «мотовству». На стадии инфляции энергия появившейся теп­лоты и вещества полностью компенсируется отрицательной грави­тационной энергией образовавшихся масс. Иными словами, полная энергия нашей Вселенной в целом равна нулю! П. Девис так пишет об этом: «Все сказанное здесь о вакууме очень напоминает излюб­ленную физиками историю о мальчике, который, провалившись в болото, вытащил себя за шнурки от собственных ботинок. Само­создающаяся Вселенная напоминает этого мальчика — она тоже вытягивает сама себя за собственные «шнурки» (этот процесс обоз­начается термином «бутстрэп»). Действительно, благодаря собственной физической природе Вселенная возбуждает в себе всю энергию, необходимую для «создания» и «оживления» материи, а также ини­циирует порождающий ее взрыв. Это и есть космический бутстрэп: его поразительному могуществу мы и обязаны своим существова­нием» (39, 215).

Итак, наша Вселенная появилась в огненной вспышке, в процессе Большого взрыва из «ничего» при сохранении закона сохранения энергии. В момент 10^-12 с. достаточно высокая температура способ­ствовала рождению всех известных частиц и античастиц в равном количестве, но так как в процессе расширения и охлаждения Все­ленной произошла их аннигиляция, то в силу небольшого нарушения пространственно-зарядовой симметрии возник перевес электронов и протонов (около одной частицы на каждый миллиард). В итоге из них образовались галактики, звезды, планеты, живой мир, в том числе и человек. Здесь следует помнить, что структура нашей Вселенной, когда преобладает вещество в конечном счете, необхо­димо связана со временем жизни протона, равным в соответствии с ТВО порядка 10³¹ лет!

Теория раздувающейся Вселенной достаточно удовлетворительно на данном уровне знаний объясняет наблюдаемые свойства круп­номасштабной структуры нашего мира. Наряду с этим следует от­метить и то весьма важное и неожиданное следствие теории раз­дувающейся Вселенной, согласно которому имеется возможность вечного существования самовосстанавливающейся Вселенной. Это приводит к иной постановке вопроса о возникновении Вселенной из сингулярного состояния или из «ничего», ибо в сценарии хаоти­ческого раздувания эволюция Вселенной не имеет конца и, вполне возможно, не имеет единого (сингулярного) начала. А это приводит к выводу, что структурные свойства и особенности наблюдаемой Вселенной представляют собой результат своеобразного гравитаци­онного отбора на протяжении 15—20 млрд. лет, т. е. Вселенная лишена «памяти». Имеется и другая точка зрения, в соответствии с которой свойства Вселенной были уже заданы на выходе сингу­лярного «черного ящика» и эволюция Вселенной является осущест­влением ее потенциальных свойств или своеобразной расшифровкой ее генетического кода. Иными словами, речь идет о том, какой тип развития присущ нашей Вселенной; по мнению А. Турсунова, «в космологии в особом единстве реализуются оба типа развития: осу­ществление изначальных эволюционных возможностей и приобре­тение принципиально новых свойств и тенденций суть два интег­рально-динамических аспекта одного и того же становящегося кос­мологического объекта» (123, 78).

Такое понимание особенностей эволюции Вселенной как целого, с одной стороны, хорошо вписывается в контекст парадигмы само­организации нашего мира, с другой стороны — фактически лежит в основе гипотез американского психолога Т. Лири о космогалактическом коде, задающем «поле сознания», и западногерманского биолога и психиатра X. фон Дитфурта о существовании сознания и разума, памяти и воображения, творческой изобретательности и обучения задолго до появления мозга человека. Рассмотрим по существу эти гипотезы, исходящие из положения о развитии изна­чальных свойств Вселенной. Начнем с Гипотезы Т. Лири, излагаемой в контексте его так называемой экзопсихологии, определяемой как межзвездная нейрогенетическая телеология (181).

На основе данных нейрологии, этологии, нейрохимии, психофар­макологии, астронавтики, астрофизики, ядерной физики и генетики им делается достаточно произвольный вывод о наличии у ДНК так называемого контеллекта (неологизм, который получен сочетанием английских терминов «сознание» и «интеллект».— В. П.), который не ограничивается нашей планетой и нацелен на возвращение к вне­земному интеллекту. В основе экзопсихологии лежит положение о том, что человеческое сознание является неким свойством нейрофизиологической организации и функционирования мозга, своеобраз­ного биокомпьютера, для которого тело выступает в качестве транс­портирующего робота. «Программа ДНК предназначена для того, что­бы отделить жизнь от планеты и войти в высокоскоростные, времени-относительные состояния, чтобы достичь симбиотической долгой жизни, чтобы конструировать и направлять энергию ядерного синтеза, которая позволит нам выйти за пределы галактики и даст возможность развиваться за пределами известной нам материи» (181, 192). В качестве философской основы экзопсихологии выступает «метафизиологическая нейроатомная эсхатология», объясняющая, что происхо­дит, когда сознание человека покидает его тело. Таким образом, вы­ходит, что уже в момент рождения нашей Вселенной существовал код, благодаря которому совершается эволюция от квантового созна­ния через промежуточную фазу человеческого сознания к космиче­скому разуму, обладающему бессмертием.

Не менее интересна и гипотеза западногерманского биолога и психиатра X. фон Дитфурта о том, что сознание с его атрибутами существовало до появления человека с его развитым мозгом (161; 162). Согласно этой гипотезе, основывающейся на положении о необходимости синтеза истин Книги Природы и Священного Писа­ния, история мира с ее результатом — человеком, обладающим сознанием, начинается с Большого взрыва. Именно в этом «космическом костре» уже были заложены все условия человеческого существования. В огненном взрыве, в первые секунды начала нашей Вселенной, когда протоны и электроны образовали атомы водорода, этой волшебной, способной к развитию «праматерии», все, что потом должно было появиться, уже существовало, т. е. в атоме водорода был заключен весь наш мир. Утверждение, что вначале был водород и история Вселенной является одновременно и «естественной историей водорода», а также утверждение, что венцом эволюции водорода является появление существ, обладающих сознанием и разумом, вполне логично следует из результатов научного знания конца XX века.

Для подхода X. фон Дитфурта к взаимоотношению человека и космоса характерно целостное видение, охватывающее «этот» ма­териальный мир (Вселенную), и «тот», потусторонний мир. X. фон Дитфурт стремится нарисовать картину Целостности, содержащей в себе как «этот» мир естествоиспытателей (науки), так и мир «тот», мир верующих (теологии). В связи с этим гейдельбергский ученый выдвигает ряд тезисов, чтобы продемонстрировать эвристи­ческую плодотворность картины бытия, синтезирующей «этот» и «тот» миры. Первый тезис предполагает, что «биологическая эво­люция является только частью универсального процесса» космиче­ского становления. Жизнь, подобно роду человеческому, есть для X. фон Дитфурта «дитя Вселенной». Так как биологическая эволю­ция носит космический характер, то можно выдвинуть второй тезис о многократности прорастания жизни на многих других планетах Космоса. Более того, если удастся показать, что эволюция земной биосферы была необходимостью, то в результате экстраполяции можно также «нам домыслить, что существование внеземных внечеловеческих разумных живых существ является необходимым» (162, 223). Третий тезис гласит, что Целое биолога — это наряду с «этим» миром также и «тот» мир, охватывающий собой универсум естествоиспытателей. Это значит, что проявление духа на Земле (а также на других планетах Космоса) в виде индивидуального созна­ния, связанного с мозгом, было бы невозможно вообще без суще­ствования внепространственного и вневременного потустороннего мира. Без трансцендентной духовной реальности биологическая эво­люция, трактуемая как познавательный процесс, привела бы только к бессознательному отражению в «мозгах» индивидов упорядоченного Космоса. Отсюда вытекает четвертый тезис — сознание, разум, воображение и другие способности ума существуют в распыленном виде в космической материи, мозг только интегрирует их, выступая зеркалом, которое по мере шлифовки все более рельефно и полно отпечатывает потусторонний духовный мир.

Тогда возникает вопрос: если мозг не рождает мысль, если сознание не является функцией высокоорганизованной материи, если разум не представляет собой нового системного свойства на эволюционной лестнице Вселенной подобно тому, как зеркало не рождает изображения, то откуда появился дух? По мнению X. фон Дитфурта, он появился из «того» мира, который вечно существует вне пространства и времени. Тогда оказывается, что момент Большого взрыва — это момент возникновения «этого» мира (материи, пространства и времени) из «ничего» (162, 215). Иными словами, фактически творение мира у гейдельбергского ученого относится исключительно к материи, огненный центробежный взрыв влечет за собой опространствливание «того» мира; дух же только приходит в становящийся мир (по его образу и подобию), проникает в него и по мере протекания эонов (миллиардов лет) заполняет Вселенную. В результате космическая эволюция завершается следующим обра­зом: происходит растворение друг в друге бренного и потустороннего миров (162, 275).

Основная концепция X. фон Дитфурта состоит в том, что мозг человека является неким интегратором разума, воображения и па­мяти, которые уже существовали в природе до возникновения че­ловека, что человеческое сознание может быть понято как комби­нация уже готовых элементов. Очевидно, в этой концепции понятия сознания, воображения и памяти используются не в общепринятом их значении, что может приводить к недоразумениям. Фактически речь идет о существовании у природных систем функциональных свойств, аналогичных разумному поведению человека. К тому же утверждение, что в атоме водорода уже был заключен весь наш мир, звучит как тезис крайнего детерминизма и напоминает теорию преформизма, согласно которой в яйце или семени содержится в миниатюре полностью сформированный организм; Вселенная в пер­вые моменты своего существования напоминает такое «яйцо», со­держащее все, что появится позже. Однако эта формулировка яв­ляется неудачным выражением важной идеи, что понимание Все­ленной и человека требует постижения истории Вселенной, всех этапов ее развития. На наш взгляд, концепция X. фон Дитфурта (согласиться с ней или нет, это уже иное дело) заслуживает внимания хотя бы потому, что своим острием она направлена против концеп­ции, утверждающей безысходность, пессимизм и бессмысленность человеческого существования перед лицом холодного и чуждого космоса. Тем более, что накопленный современной наукой материал свидетельствует о космической природе феномена жизни.