Перед стеной непознаваемого – (философское завещание)
В науке есть своего рода аксиомы, никак не доказываемые. К примеру – вера в познаваемость мира. Кто это доказал? Никто. Это исходный постулат науки, который принимается без доказательств как самоочевидный – вроде аксиом геометрии. Но без этой веры заниматься наукой было бы невозможно.
Познаваемость мира – это, конечно, философская проблема. В ней есть три позиции. Первая – мир полностью познаваем. Это Гегель. У него люди неизбежно приходят к постижению абсолютной истины, после чего развитие науки останавливается, далее развиваться некуда. Вроде как достигнут Эверест, вершина мира, далее куда не пойдешь будет только снижение. На этом пике познания, на абсолютной истине у Гегеля останавливается не только наука, но история вообще – она тоже более не нужна. Сознание человека отрывается от тела, и возвращается к своему прародителю – к абсолютной идее. Как именно это понимать – Гегель не пишет, но похоже на некий рай, где нет времени, а только вечное блаженство.
У Юма и у Беркли, потом у агностиков мир совсем непознаваем. Как он там устроен – неведомо, да и не надо ведать. Познание начинается с опыта, но опыт – это всего лишь получение ощущений, это восприятие человека. Вот свои ощущения мы и знаем, а вовсе не природу вещей. К тому же дело осложняется фантазиями ума вроде априорных форм рассудка и всяких диковатых теорий, которые уводят человека еще дальше от сути вещей.
Посередине этих двух «крайностей» засел Кант. У него познаваемы явления, феномены, которые описываются априорными формами созерцания – пространством и временем, на которые накладываются тоже априорные формы рассудка – категории причинности, необходимости и случайности, количества-качества, возможности – невозможности и прочие, а вот ноумены – вещи «сами по себе» нем недоступны. То есть, их суть, природа непознаваемы.
Примерно здесь притулился и диамат. Мир там познаваем, но абсолютная истина недостижима, к ней только можно вечно приближаться (асимптотически). Так что приходится довольствоваться относительными истинами. Формула диамата: непознаваемых вещей нет, есть пока непознанные. Это же позиция, на который стихийно стоят добротные ученые, не мудрствующие от лукавого.
План мира
Согласимся с тем, что мир в какой-то мере познаваем. Это вполне привычная и спасительная вера. Если бы это было не так, то мы не могли бы, к примеру, получать атомную энергию. Но… в мире странным образом есть совершенно закрытые для познания части. К примеру, все, что происходит за горизонтом событий в Черной дыре (ЧД) непознаваемо (ниже будет подробнее). Или первичная сингулярность. Это что такое? Это не есть нечто материальное, хотя и обладающее массой. Как понимать – масса есть, но это нечто нематериальное? Так, что согласно ОТО Эйнштейна тяготеющая масса может быть описана как геометрия пространства. Под сферой Шварцшильда геометрия существенно неевклидова, там геометрия Римана с суммой углов треугольника больше 180 градусов, вплоть до того, что треугольник будет иметь все углы прямые, то есть, в сумме 270 градусов. Нам представить такой треугольник невозможно. Вот эта геометрия и есть масса черной дыры.
Да и потом – ведь та самая сингулярность, из коей возникла Вселенная – ведь это не физический объект. Там нет пространства и времени, не работают известные физические законы. Это то самое библейское “ничто”, оно же гегелевское “чистое бытие”. Посему сингулярность можно считать математической абстракцией, в которой свернуты все законы природы, как в ДНК свернуты и заложены планы будущих организмов.
Материи в черной дыре нет, а сингулярность есть скорее законы симметрии. А закон – есть нечто идеальное. Эти законы симметрии можно назвать и Создателем. Так даже как-то поэтичнее. С учетом того, что пути Господа неисповедимы. То есть – непознаваемы.
Еще короче: начало мира, сингулярность, есть план Вселенной, это его законы. И это же – замысел Господа, по чьему слову, то есть по волевому желанию (оно первично и беспричинно, но ведь также беспричинно “взорвалась сингулярность”), из ничего возник весь этот Божий мир. Вот Леметр (президент папской АН и крупный космолог) так и полагал. А из наших – акад. Зельдович.
В космологии на уровне философии давно обсуждается дилемма: перед Большим взрывом, “во времена”сингулярности уже были законы физики или нет? Скажем, законы сохранения, законы симметрии, соотношение неопределенности. Или они возникли после Взрыва вместе с первичной глюонно-кварковой плазмой ? А зачем, к примеру, законы сохранения заряда или четности или даже простой закон Кулона, если еще нет ни нуклонов, нет ядер – тем паче – атомов? А если их нет, то по каким правилам возникали при остывании плазмы названные объекты?
Пойдем дальше. Где в момент сотворения мира были законы химии, если до возникновения молекул еще простирались сотни миллионов лет? А законы биологии, до которых были еще миллиарды лет? Когда возникла жизнь, она сразу стала развиваться через мутации по законам естественного отбора, вот только таким образом шла эволюция, приведшая к нам с вами. Вопрос: где были законы биологии во времена зарождения самых первых звезд, но за миллиарды лет до появления первых планет? Вы можете сказать, что объекты природы типа атомов или молекул появлялись одновременно с законами их “жизни”. Сказать-то можно, но это будут только слова.
Возьмем аналогию: вы строите дом. Что раньше – ваш дом или проект вашего дома? Или они появляются одновременно? Логично предположить, что-таки раньше был проект. Вот и со Вселенной примерно так же. Можно сказать, что в некоем потенциальном виде законы природы предсуществовали до появления соответствующих объектов, коими они управляют. Вот как хранится проект постройки до всякой постройки. И вот сказать ли так, или сказать, что имелся божественный замысел – это одно и то же. Но первая формула про законы природы у вас не вызывает протеста, а вторая, как у советского материалиста – вызывает.
Вполне может быть непознаваемое и в области контактов с разумом неземного происхождения. Лем в виде своего рода идеального эксперимента в Солярисе показал, что чужой разум может быть непознаваем. Да что там – инопланетный разум. Тут и на Земле имеется присловье – чужая душа – потемки. Это особая тема,
Но мы ограничимся здесь только внешним миром. И начнем с его начала, дадим сводку того, что известно космологии о Вселенной.
Рождение мира
Сразу после своего рождения Вселенная была очень плотной (значительно больше ядерной плотности) и очень горячей. В цифрах это выглядит как десятки и сотни триллионов градусов. Всё вещество в ней представляло собой раскаленную массу кварков и лептонов, и температура не давала никакой возможности объединиться в атомы. Ничего более определенного о том периоде пока сказать нельзя. Ибо “до того” (само выражение “до того” – условно) было еще хуже – существовала первичная сингулярность, то есть некая особенность материи с бесконечной плотностью, температурой и нулевым радиусом кривизны. Иначе говоря, там не было ни пространства, ни времени. Вообще ничего не было. Некоторым образом – ничто. Или, если это слово пугает и отдает “креационизмом и поповщиной”, то можно сказать так: изначально существовали некие законы симметрии. Или гегелевская Абсолютная идея. Или план мира. Так сказать, “вначале было слово”. Еще проще: к сингулярности не приложимы и там не действуют никакие из известных законов физики. Ибо законы физики не имеют дела с актуальной бесконечностью и не работают вне времени и пространства. Для материалистов можно сказать, что сингулярность – это некое неизвестное науке состояние материи, и физика этой материи находится за пределами науки. В общем, с чего-то ведь начинать нужно. Вот мы и начинаем с планковского времени и видим, что в этот момент еще никакой Вселенной нет, а есть, так сказать, ее оплодотворенная яйцеклетка, ДНК мира.
При температурах в немыслимые триллионы градусов гравитация отсоединяется от сильных, слабых и электромагнитных взаимодействий (эти три пока существуют слитно, они разделятся позже). Еще примерно через одну стотысячную долю секунды кварки сливаются в элементарные частицы. До этого Вселенная представляла собой море из кварков и лептонов, с этого момента она превратилась в остывающий океан элементарных частиц.
В этот же миг началось скачкообразное расширение, которое называется инфляционным, продолжавшееся до отметки 10-32 cекунды.
В это мгновение (10-32 cекунды) произошел фазовый переход вещества из одного состояния в другое в масштабах Вселенной – явление, подобное превращению воды в лед. Произошло скачкообразное расширение новорожденной Вселенной. И как при замерзании воды ее беспорядочно движущиеся молекулы вдруг “схватываются” и образуют строгую кристаллическую структуру, так под влиянием выделившихся сильных взаимодействий произошла мгновенная перестройка, своеобразная “кристаллизация” вещества во Вселенной.
Это инфляционное расширение во много раз быстрее обычного хаббловского расширения. Примерно за 10-32 секунды Вселенная увеличилась на десятки порядков (до 50-60) – была чуть ли не точечной размером с электрон, а стала размером с Нью-Йорк (для сравнения: вода при замерзании скачкообразно расширяется всего на 10%).
Я понимаю так, что эта инфляция просто постулируется как почти мгновенный переход от сингулярности к ныне известному пространству трех измерений. То есть – так появилось пространство и время. Поэтому к этому “процессу” не применимы понятия скорости, которая ограничена скоростью света. Точнее было бы сказать так: когда речь идет об инфляции, то там вообще-то говоря речь не идет о скорости расширения пространства. А происходит нечто вроде фазового перехода. Ну, как при кристаллизации воды в лед. Идет сразу во всех точках, а не распространяется из одной точки с какой-то скоростью. В сингулярности дело обстоит еще хуже – там сплошные бесконечности. В истории физики было много таких постулатов. Например, квант действия у Планка, неизлучающий электрон в атоме Резерфорда-Бора(вопреки классической электродинамике) при ускоренном движении по “орбите”, да и то же постоянство скорости света. А сейчас постулируется существование темной материи и темной энергии.
Прикинем “на вес” Большое Яблоко – в его объеме вся Вселенная. Это значит, что такая чудовищная масса в столь ничтожном объеме должна быть черной дырой. А черная дыра – это такой провал в пространстве, в котором вещество и излучение могут только падать на центр, в сингулярность, но никак не расширятся. Но так будет с отдельными звездами, ставшими черными дырами потом, когда вселенная раздуется до появления галактик. А пока в этой модели Вселенной мы такие мелочи не замечаем и пропускаем, и материя, напротив, из сингулярности вырывается во все стороны. Черная дыра – это не тот масштаб явлений, который мог бы справиться со взрывом самой Вселенной!
До истечения первых трех минут атомные ядра не могли возникнуть. Стоило двум элементарным частицам – протону и нейтрону – образовать ядро, как оно тут же разбивалось при столкновении с другими частицами. Начиная с четвертой минуты Вселенная остыла до такой степени, что энергии столкновений стало недостаточно для разрыва внутриядерных связей, и стали образовываться стабильные ядра.
Между нами и Большим взрывом лежит зона темной эры, наступившей через 375 тысяч лет после начала. Это зона плазмы, непрозрачной для фотонов. Любой фотон поглощался электронами плазмы. Несколько упрощено можно считать, что в этой зоне не было фотонов (точнее, они не могли выйти за пределы темной эры), не было света, царила некая абсолютная адская темень. Это значит, что и сам Биг Бенг, и стадия кварк-глюонной плазмы и сама зона dark era есть теоретическая модель, которую никогда ни сейчас, ни в любом будущем нельзя будет проверить средствами наблюдательной астрономии. Этот черный абсолютно непроницаемый занавес отсекает наше (наблюдаемое) познание от начала мира.
Впрочем, это утверждение неполно. Оно относится только к телескопам, работающим в электромагнитном диапазоне – в инфракрасном (как Уэбб), оптическом, рентгеновском, гамма-излучении. А вот гравитационые волны и нейтрино, возникшие еще до времени темной эры, должны проходить через него. Информации от этого не так много, но что-то есть. Работают гравитацонные телескопы (особенно – Ligo и Virgo, открывшие гравитационные волны), кним добавили новый GOTO, и нейтринный телеском на южном полюсе Антарктиды IceCube, есть такой даже в пучине Байкала.
Через сотню миллионов лет после Большого взрыва Вселенная остыла (примерно до 3000 градусов Кельвина) достаточно для того, чтобы электроны начали прочно удерживаться ядрами и появились стабильные атомы, не распадающиеся сразу же после соударения со следующим ядром. После формирования атомов пространство Вселенной стало прозрачным для фотонов, а вещество – достаточно разреженным для образования устойчивых сгустков материи под воздействием сил гравитационного притяжения.
На этой стадии для объяснения возможности дальнейшего гравитационного формирования галактик теоретики вводят появление некоей “темной материи” (темная энергия появляется только спустя 5 миллиардов лет после «творения», когда Вселенная достигнет нужных размеров). И вот через 100-200 миллионов лет после Биг Бенга под воздействием гравитации и темной материи началось формирование галактик, состоящих из звезд (звезды первого поколения образуются в это же самое время). Именно начиная с этого времени космологи могут видеть прошлое Вселенной. Причем пока не ясным образом как бы центрами консолидации газовой материи в галактики становятся массивные черные дыры, которые и по сей день находятся в центрах галактик. Черные дыры, как выяснилось, необходимейший элемент мироздания, оказываются чем-то принципиально непознаваемыми – настоящими кантовскими вещами в себе.
Непознаваемость черных дыр
Обычная черная черная дыра характеризуется только массой, моментом вращения и зарядом. Никаких иных свойств в ней нет. И любой объект, попавший в черную дыру прибавит к ней только свою массу (и заряд, если он есть). Все прочие его свойства исчезнут. Казалось бы, и хрен с ними. Но тут вот какое дело. Хокинг давно постулировал процесс испарения черных дыр, то есть порождение в ее сверхсильном поле виртуальных частиц, которые через тоннельный эффект покидают сферу Шварцшильда и черная дыра постепенно худеет, пока не исчезнет. Все это будет выглядеть как излучение фотонов. Но в черную дыру -то попадали не только фотоны, а разные частицы. И вот квантовая механика нам говорит, что частицы обладают квантовыми числами, которые подчиняются законам сохранения, например, сохранению барионного или лептонного заряда. А из черной дыры могут выйти в результате испарения только фотоны, стало быть, барионный заряд исчез. То есть, исчезла исходная информация, которая была в природе и нарушились законы сохранения, кои ни в коем случае не должны нарушаться. Иначе говоря, то знание, которые мы имели об объектах, исчезает при попадании их в ЧД. А так как ЧД имеют обычай пожирать и затягивать внутрь себя окрестную материю, выходит с течением времени наши знания о Вселенной не растут, а уменьшаются. Сейчас самая массивная из открытых ЧД имеют массу 66 миллиардов солнечных масс ( TON-618). Вот эти 66 миллиардов солнечных масс материи (это больше массы нашей Галактики) пропали для их познания нами.
Устройство природы наука описывает в категориях пространства и времени. Посмотрим, что с ними происходит в ЧД.
Пространство и время в черной дыре меняются местами, пространство становится одномерным, а время — трехмерным. Трехмерное пространство обратимо, вот и время в черной дыре должно быть обратимым.
Под горизонтом событий пространство становится одномерным (как время)и точно так же, как время течет всегда только от прошлого к будущему, так и пространственные пути «внутри» черной дыры всегда направлены от сферы Шварцшильда по радиусу в центр, в сингулярность, и не могут уклоняться «по сторонам». С этим еще можно примириться.
Ну, а что означает обратимое и трехмерное время, приобретшее такие свойства под горизонтом событий? Увы, ответить на этот вопрос затруднительно, разве только предположив, что обратимость времени теоретически и означала бы как раз возможность попадать в другую, «будущую» или «прошлую» Вселенную.
Имеется весьма специфическое решение для случая коллапса электрически заряженного шара, данное И. Д. Новиковым еще в 1966г., когда вещество после ухода под сферу Шварцшильда сжимается, но на определенном этапе сжатие останавливается, и начинается расширение вещества, которое, однако, происходит «в глубь» черной дыры, в некое новое пространство.
Структура пространства-времени керровской дыры предстает на диаграмме Пенроуза в виде бесконечного набора пространств-времен различных вселенных, которые связаны между собой черными дырами. Вернее, можно влетать из одной вселенной в черную дыру, а вылетать из нее в другой вселенной, затем можно нырнуть в этой второй вселенной в ту же дыру и вылететь из нее, но не в первой, нашей Вселенной, а в некоей третьей, и так далее…
Определенный ответ на этот вопрос, на вопрос о том, что там происходит
«на самом деле», видимо, не может быть дан в рамках «чистой» физики. К ответу примешан натурфилософский или, лучше сказать, сверхфизический довесок, поскольку формальная полнота диаграммы Пенроуза интерпретируется в виде постулирования существования «других вселенных». Но с тем же успехом эти «другие вселенные» можно интерпретировать как нашу собственную Вселенную, только находящуюся либо в далеком прошлом, либо в будущем. И тогда оказывается, что в этой интерпретации вылет из дыры означал бы попадание в прошлое нашей Вселенной. Другими словами, черная дыра является «машиной времени».
Итак, как понимать трехмерное время под горизонтом событий?
Машина времени, путешествие в прошлое нашей Вселенной – не позволяет принцип причинности. Иные вселенные, никак не связанные с нашей – никак не доказываемое умозрение.
Тогда что это за формализм, который дает трехмерное время?
Речь идет о том, что решение уравнений Эйнштейна в ситуации под горизонтом событий дает условный переход пространственной метрики во временную. Как быть с этим? История теоретического открытия Черных Дыр говорит о том, что ни сам Эйнштейн, ни многие другие, вроде Чандарсекара никак не могли поверить в существование такой экзотики и полагали, что некие процессы не позволят в реальности образоваться ЧД. Но они – позволили.
Мне кажется, тут главная загвоздка не в трех измерениях, а обратимости времени в случае его трех измерений (конечно, три измерения и обратимость связаны).Вот обратимость – это да. Ну, возвращение в прошлое априорно невозможно – тут стоит на страже принцип причинности. Но точно также невозможно и информационное присутствие в будущем – не говоря уж о телесном присутствии там, при условии, что потом снова вернулся в свое время.
Представьте себе, что вы попали в будущее лет на сто и видите там свою могилу с датами вашей жизни и причиной смерти: автокатастрофа. Но вы ведь там живы, в этом будущем! А рядом – ваша могила, где вы мертвы. Как согласовать этот когнитивный диссонанс? Ну как: либо лечь в эту могилу (но там уже есть ваш труп), либо не ездить в будущее. Ну, можно, конечно, вернувшись “к себе” не ездить в тот злополучный день автокатастрофы на машине и не погибнуть в ней. Однако же в будущем уже есть могила с датой катастрофы и смерти. Как быть? Это же выходит вариативное будущее. Как говорил Никита Пряхин, поджигая Воронью слободку: “как захотим, так и сделаем”. См. https://ufn.ru/ufn91/ufn91_5/Russian/r915m.pdf
Да, ничего не поделаешь, вот мы такие как есть, такого масштаба, с такими органами чувств, с таким мышлением. Слабовато? Ну, Господь мог бы сказать: других мыслителей у меня для вас нет. А y нас нет иных способов понимать отличный от нас мир кроме как в категориях пространства, времени, масс, координат, скоростей, зарядов и пр. Если в некотором состоянии, например, сингулярности, нет пространства и времени (там радиус кривизны равен нулю), температура, плотность и пр. наши физические параметры становятся бесконечными , то есть лишенными физического смысла, то тогда мы вынуждены остановиться и сказать: перед нами непознаваемое. И тут будет простор для веры. Можно допустить, что сингулярность – это замысел божий. То самое СЛОВО. А можно – что это некое состояние материи, которое находится за пределами описания земной наукой. Впрочем, для столкновения с непознаваемым сингулярность не нужна. Нам никогда не удастся узнать, как именно возникло сознание и что оно собой представляет. Теперь создан искусственный интеллект, и при его дальнейшем совершенствовании он станет недоступен нашему разумению. Нам придется просто принимать на веру то, что он нам сообщает. Впрочем, мы и сейчас вынуждены верить выводам суперкомпьютеров, проверить их данные “своим умом” мы не можем. Ситуация чем-то будет напоминать “Солярис”. Вот такой современный агностицизм.
Зрелость, старость и смерть Вселенной
Будущее Вселенной покрыто мраком неизвестности. Сейчас мы имеем такую картину. По прошествии 5 миллиардов лет после Бенга Вселенная продолжает расширяться, в галактиках появляются звезды второго и третьего поколения, среди них и наше Солнце. Вокруг некоторых из них – планетные системы. Скорость разлета галактик даже немного уменьшается, так как разбег галактик притормаживает сила гравитации между ними. После прошествия этого времени Вселенная достигает такого размера, когда в ней все больше и больше начинает проявляться темная энергия. Понятие это ввели недавно, в 2011 году, и три группы ученых получили за открытие ускоренного расширения Вселенной (а это и есть эффект действия темной энергии) Нобелевскую премию.
Открытое нобелевцами увеличение ускорение расширения Вселенной вызвало возрождение идеи о неких грандиозных отталкивающих силах, действующих во Вселенной на огромных расстояниях. Эта идея содержалась еще в ранних уравнениях Эйнштейна, когда он ввел в них для получения стационарной вселенной некий лямбда-член. После работ Фридмана и открытия Хаббла Эйнштейн выбросил эту “космологическую постоянную” и стал считать этот член своей самой большой ошибкой. И вот теперь он снова понадобился – но уже для объяснения ускоренного разлета. Как говорил Герман Герц, уравнения могут быть умнее своего создателя. И еще – ошибка гения может равняться его открытию.
Теперь стало ясно, что чем больше рассматриваемый объем, тем мощнее силы отталкивания. Точнее, нужно говорить об энергии, которая заставляет разлетаться галактики со все большим ускорением. Эту таинственную “силу” назвали “темной энергией”. Кто именно назвал – неизвестно, но среди первых был русский по происхождению американский космолог, входящий сразу в две группы нобелевцев Алексей Филиппенко. Название сразу прижилось – оно хорошо встраивалось в ряд черных дыр и темной материи. Что-то опасное, грозное и не совсем понятное. Эта “темная энергия” – некая “отталкивающая сила”, эквивалентная антигравитации. Само слово раньше отдавало чертовщиной и мракобесием, наряду с левитацией и полетами ведьм на помеле. В земных условиях, в масштабах планетных систем, галактик и даже скоплений галактик это и сейчас так. Нет там антигравитации. Точнее, есть, но ею можно пренебречь из-за ничтожности проявления. Но в космических масштабах дело меняется. Антигравитация – темная энергия начинает чувствоваться. Только проявляется она исключительно на космологических расстояниях, когда речь идет о пяти и более миллиардов световых лет. И чем больше расстояния, тем сильнее чувствуется.
По мере “раздвижения горизонтов” гравитация между удаляющимися скоплениями галактик слабела пропорционально квадрату расстояния между ними, зато некая отталкивающая сила, “темная энергия” все время росла (напомню – она проявляется тем сильнее, чем больше объем Вселенной). Наконец, “темная энергия” преодолела тяготение, стала доминирующей и погнала Вселенную вширь со все более увеличивающейся скоростью.
В прямом смысле слова “темная энергия” – никакая не энергия в некоем обиходном смысле слова. То есть, ее нельзя извлечь (даже в принципе) наподобие, например, термоядерной, утилизировать для нужд человечества.
К тому же есть две интерпретации темной энергии – одна, это некий “силовой фактор”, а вторая – это просто геометрия пространства, в данном случае, очень близкая к эвклидовой. Но и в “силовом” варианте, увы, для нас темная энергия бесполезна, хотя бы потому, что темную энергию можно отождествить с энергией вакуума, а его температура ниже любого холодильника, который необходим для перевода энергии “в рабочую форму”.
Когда к факту новой динамики привыкнут, то введут в уравнения тяготения Эйнштейна лямбда-член, припишут ему нужное для объяснения наблюдаемых данных разлета галактик значение, раз в десять или сто больше, чем от “рождения в 1916 году” и вполне свыкнутся с новой картиной мира. И, как ранее, будут говорить: можно считать, что это не Вселенная расширяется, а просто меняется метрика пространства. Причем она, метрика, еще и сама не просто меняется, но с течением времени имеет как бы свое ускорение этого изменения. Как если бы резиновый шарик, на поверхность которого нанесены точки, раздувался со все большей скоростью.
Тут самое время вспомнить слова нобелевского комитета о том, что “процесс расширения будет ускоряться до тех пор, пока Вселенная не дойдет до “ледяного” состояния”.
Вселенная и сейчас не горяча. Ее средняя температура – температура реликтового излучения в 2,7 градуса Кельвина. Нагрев от отдельных звезд с учетом сверхновых практически ничего не меняет. Это все равно, как отапливать огромные ангар, зажигая иногда в нем спички.
Если ускоряющееся расширение Вселенной будет продолжаться бесконечно, то казалось бы, разлетающиеся галактики за пределами нашего Сверхскопления галактик превысят скорость света. Пусть себе – ведь это не групповая скорость, а как бы фазовая, нечто вроде солнечного зайчика от быстро вращающегося прожектора, здесь нет передачи сигнала, так что эта скорость может быть любой. Удаленные галактики как бы уйдут за горизонт событий и перестанут наблюдаться. Вселенная как некое целое образование перестанет существовать, системно начнет распадаться. Пока космологи не имеет хорошего прогноза. Это ускоренное раздувание Вселенной добром не кончится. Раздуваемый шарик, в конце концов, лопнет. А Вселенная? Наверняка, тоже.
Физики это смутно предчувствуют и пишут некие апокалиптические видения в предвидении “Страшного космического суда”. Суд этот называется в физике Big Rip, что вполне точно переводится как Большой Разрыв. Вначале был Большой Взрыв, в конце – Большой Разрыв
В чем его суть? В том, что Вселенная полностью перестанет быть системой. Она и сейчас-то не очень системна. Если на прохождение сигнала от самых крайних объектов требуется время, соизмеримое с временем существования Вселенной, то понятно, что эти части мира никак между собой не связаны. Даже теоретически. Ни гравитацией, ни фотонами. Никак. Так как Вселенная раздувается со все возрастающей скоростью, все большее число ее структурных единиц начнет терять связь друг с другом. К примеру, все звезды, составляющий нашу Галактику (Млечный Путь) связаны между собой гравитацией и вращаются вокруг общего центра масс. Согласно расчетам Роберта Колдвела (Robert Caldwel), который как раз и ввел термин Большой Разрыв (Big Rip), примерно через 22 миллиарда лет размеры Вселенной станут таковы, что темная энергия начнет сказываться на движении звезд. Если темная энергия разнесет звезды Млечного пути, они более не будут “общаться”. Перестанут быть системой. То же произойдет с планетами и Солнцем, точнее, с их остатками, ибо на месте Солнца давно будет красный, медленно остывающий карлик, а Земля и ближние планеты еще ранее сгорят при предварительном раздувании Солнца до красного гиганта. Итак, к конце времен: никакой связи ничего ни с чем. Вот это и есть “Big Rip – Большой Разрыв.
С чем бы сравнить? Да вот хотя бы с тотальным уничтожением в печи крематория: сжиганием в топке с последующим развеиванием пепла. И – никакой связи между прошлыми членами и органами. Разве ж после этого можно говорить о существовании тела человека? ?
Первые заметные проявления черной энергии и страсти с разрывами начнутся не ранее, чем через 22 миллиарда лет. Это в 4 раза больше, чем существует Солнце и Земля.
Стало быть, вывод такой: нарастающая темная энергия постепенно доберется до любых компактных тел, до молекул и атомов. Все они буду разорваны на составные части. Молекулы – на атомы, атомы на ядра и электроны, ядра – на протоны, нейтроны, в конце концов останется равномерная смесь из кварков и лептонов. То есть то самое состояние, которое имелось в первые 2 микросекунды Большого Взрыва. Но – без повтора сценария. Ибо в конечном итоге весь объем заполнится равновесным низкотемпературным излучением, с температурой, стремящейся к абсолютному нулю по шкале Кельвина (-273 Цельсия). Абсолютный ноль недостижим, зато приближаться к нему можно вечно.
Большой Разрыв (Big Rip) происходит вследствие метрического расширения пространства. Именно как воздушный шарик. Причем, вместе с пространством раздувается и каждый из нас. Если так будет продолжаться долго, то, в конце концов, даже электромагнитных сил не хватит, чтобы удерживать электроны на орбите непомерно раздутых атомов. Шарик лопнет (т.е. больше ничего ни с чем взаимодействовать уже не сможет, наступит абсолютная тепловая смерть Вселенной).
В общем ледяной труп Вселенной будет представлять собой холодную смесь некоего “первовещества” и торжество разлившейся в пространстве темной энергии. Хотя ее плотность ничтожна, но зато она наполняет собой всю Вселенную, так что по массе занимает 72-74 процента от общей массы. Настанет тотальная тепловая смерть, хотя и с температурой почти абсолютного нуля.
Но вообще-то не только темная энергия виновата в конце света. Даже если бы Вселенная была совсем спокойной, статичной, никуда не неслась и ее не разрывали бы темные силы, то и в этом случае она не могла бы протянуть в знакомом нам и годном для жизни состоянии больше, чем срок стабильности жизни протона – 10 в 32 степени лет. Затем протоны распадаются – опять на все то же равновесное излучение. Таков закон всего сущего: что есть, того не будет. Зато срок жизни Вселенной – величина невероятная, огромная, несопоставимая ни с какими египетскими пирамидами. Но – конечная.
И вот тут мы сталкиваемся с тем, что, выходит, эта мертвая вселенная будет мертвой вечно. Но мы знаем, что ничего вечного нет. Общий философский принцип гласит: все существующее подвержено изменением, то, что есть, исчезнет, чего нет – появится. Каким образом исчезнет эта мертвая Вселенная и что появится вместо нее – нам неизвестно и никогда не станет известным, так как в мертвой Вселенной не может быть жизни и разума. Только и остается уповать на мудрость Творца, который этот отработанный мир выбросит, а взамен создаст новый, гораздо лучший.
P.S.
Место человека в мире
Эту тему я обсуждал ранее в нескольких статьях. Здесь подведу итог. Коснемся не такой экзотики, как ЧД, а, казалось бы, знакомых электронов-протонов и даже уже привычных кварков
Человек занимает некое место в мире, которое определяется его масштабом. Этот масштаб именуется макро. Посему ему не дано лично присутствовать в микромире. Он не может видеть атомы глазами и руками. Он может делать это только приборами, которые переводят нечто происходящее, события в микромире, на уровень его макротела.
Философия не может пройти мимо того, чтобы не спросить: что это за вещь в себе – этот микромир. Когда выяснилось, что ни теория, ни (тем более) эксперимент не может точно предсказать место попадания (координату) электрона, выпущенного из электронной пушки в экран, а может сказать только о вероятности его обнаружения там или сям, то появилась копенгагенская интерпретация Бора, которая ввела понятие “свобода воли электрона”. То есть, привнесла в микромир антропометрический параметр. Человек произвольно может выбрать свой путь, и электрон тоже. Это делало непредсказуемое поведение микрочастицы как бы понятным.
Это, конечно, несколько наивно, но то был первый шаг к пониманию. Ту же цель наглядного понимания преследуют и схемки, рисующие электрон в виде маленького шарика, вращающегося вокруг шарика побольше (ядра атома). Например, в атоме водорода – маленький шарик электрон вращается вокруг протона – ядра атома водорода, шарика побольше.Тут все взято из нашего макроопыта, из того масштаба, в котором мы живем и в котором сформировались наши понятия. Частица-объект, его координата, скорость, орбита, вращение шарика по орбите.
Для физика вообще-то все эти образные картинки вроде частицы и волны необязательны. Для него микрообъект – это ряд цифр вроде массы, заряда, спина, магнитного момента, радиуса и таких параметров, которые обозначаются как цвет, аромат, очарованность и даже странность (это все у кварков). В общем- квантовые числа. Вот такой-то набор этих цифр – это будет электрон. А такой – протон. Кварки – это на порядок вглубь материи и потому они также отличаются от уже привычных протонов-нейтронов, как те – от маленьких шариков. У кварков, например, дробный электрический заряд, чего никак не может быть у респектабельных “элементарных” частиц.
Философия могла бы заранее нам подсказать, что при изменении (в данном случае, уменьшении) масштабов действительности на много порядков (для определенности – на 15 порядков, хотя и при снижении на 10 порядков, к уровню атомов, уже начинают проявляться квантовые законы) с самим качеством этого микромира должно происходить что-то радикальное. Что там такой объект как электрон уже не маленький шарик. Там нет никаких траекторий как последовательного перемещения точки в пространстве. Что там не применимы наши макропонятия орбиты, точной координаты, точной скорости и точного детерминизма.
А что же там применимо? Неизвестно. Но у нас нет другого инструментария, кроме тех понятий, которые описывают наш мир, а не некий микромир. И когда мы этими понятиями вроде скорости и орбиты оперируем для выяснения того, как ведут себя эти микрочастицы, то сталкиваемся как бы с абсурдными вещами. Что, например, один электрон может одновременно проскочить через два отверстия. Что совершенно при одинаковых условиях его излучения он может попасть то в одно место экрана, то в другое. Что мы не можем одновременно определить его координату и импульс (то есть, скорость). Если определяем один параметр, то другой становится неопределенным, что известно как соотношение неопределенности Гайзенберга. Да и один параметр тоже нам не может быть известен с любой точностью, а только до некоторой величины, ограниченной квантовой природой микрообъекта. Что микрообъект имеет одновременно – как свойства частицы, там и свойства волны (корпускулярно-волновой дуализм).
Наглядно это можно себе представить как то, что излучается и поглощается электрон как частица, а распространяется как волна. Именно как волна он и проходит одновременно через два отверстия. а потом при столкновении с экраном волна “схлопывается”, волновой пакет редуцируется и мы видим электрон как вспыхнувшую точку на экране. Причем один тип приборов дает нам знание о скорости элементарной частицы, а другой – о координате.
Собственно, это и есть принцип дополнительности Бора, который в философском смысле слова говорит о месте человека в мире. Это место, которое нам позволяет иной масштаб природы узнавать только как две дополнительные картинки: либо как частицу с координатой, либо как волну с энергией (скоростью). Иначе говоря, узнать что-то о микрообъекте можно только при взаимодействии этого микрообъекта с классическим прибором, с макрообъектом, который соразмерен нашему телу и нашим органам чувств, и показания прибора мы считываем при акте наблюдения в эксперименте.
Давно уже физики не рассматривают электроны и прочие микрообъекты как шарики. Говорят об электронной оболочке, размазанном облаке заряда вокруг ядра. Не об орбитах, а о некоем пульсирующем облаке заряда (Орбиталь и плотности энергии там), который не вращается вокруг ядра, а как бы пульсирует (меняется плотность энергии) и при своих пульсациях периодически проскакивает и через само ядро. Конечно, и это все модели нашего макроопыта, все эти облака, плотности и проскакивания. Но все же лучше, чем шарики.
Тогда что же такое электрон “на самом деле”? Он точно не шарик, не мелкая частица, не волна, не частица и волна одновременно вроде кентавра. Правильный ответ: электрон есть электрон и ничто иное. Да, в каком-то смысле кантовская вещь в себе. Но с помощью наших макроприборов и наших макропонятий немного и вещь для нас, и именно это позволяет нам им управлять и иметь телеэкраны, сотовые телефоны, атомную энергию и прочие достижения науки и технологии. Ибо наши приборы и наши понятия это как бы переводчик с языка микромира на нам понятный язык.
Точно тот же характер макро имеет и причинность. Мы ее знаем по макроопыту – вот есть причина, а потом за ней идет следствие. А в мире ядер мы видим следствие (их распад), но не знаем, какова конкретная причина, которая вызвала распад именно этого ядра, а не соседнего. И не знаем не потому, что еще не исследовали эту тайную причину, а потому, что ее там нет. Вот и вводим понятие вероятностной причины, и говорим, что мы можем вычислить только вероятность, с которой распадется именно вот это ядро атома. Если угодно, вся квантовая механика (равно как и ОТО, и космология) есть свидетельство нашего очень скромного и узкого по масштабам места в мире, в котором нам не дано ни жить среди молекул и атомов, ни покорять телесно просторы Метагалктики.
В микромире не действует даже закон причинности. То есть, он там есть, но только как статистический эффект, а вот по отношению к отдельному объекту там имеется только, так называемая, вероятностная причинность. Вот как это происходит с той самой свободной волей электрона. Или с таким явлением, как радиоактивный распад. Мы знаем период полураспада, за какое время распадается половина радиоактивных атомов, например, урана 235. Но мы не знаем, какой именно атом распадется следующим. И какова причина этого. Но это не потому, что мы пока не знаем, а потому, можно сказать, что и сам атом не знает. У него как бы тоже есть свобода выбора. Захотел – и распался. Все эти выверты вроде свободы воли, да и понятия координаты, скорости, периода вращения и пр. есть наша вынужденность, проистекающая из нашего места в природе. Никак невозможно нам самим уменьшиться на 15 порядков и “своими глазами” увидеть, что происходит в этом микромире. Видим мы это только через наши макроприборы. Через сцинциляционный экран, камеру Вильсона, счетчик Гейгера, следы на фотопленке, треки на всякого рода матрицах и пр. Вот в этих макроприборах и представлены наши понятия вроде скорости и координаты.
Я посмотрел в русских учебниках, там написано, что вопрос причинности в применении к распаду “сложен”. В англо-американских источниках говорится прямо об индетерминизме, то есть, о беспричинности.
Дело в том, что какой именно атом распадется следующим объективно не известно. У них ведь там нет очереди на распад.
Итак, мы имеем две возможности:
1. Принять за факт, что есть область реальности, где не действует принцип причинности. Принять копенгагенскую интерпретацию, принять индетерминизм. Это тревожно. ибо причинность имеет тот же всеобщей статус, что и закон сохранения энергии. К тому же причинность связана со скоростью света как предельной величиной скорости передачи любого сигнала. Если где-то нет причинно-следственных отношений, там можно предполагать и сверхсветовые скорости. Тогда – отказ от элетродинамики Максвелла, от СТО, да и от ОТО. На это никто не пойдет.•
Причина радиоактивного распада есть, но нам она пока неизвестна. Это не что иное, как гипотеза скрытых параметров, которая уже давно (эксперимент 2010) опровергнута теоремой Белла. Либо есть скрытые параметры – и тогда неверна квантовая механика, либо она верна – и тогда нет скрытых параметров. То есть принятие скрытых параметров грозит отказом от квантовой механики, на что тоже никто не пойдет.
В соответствующих статьях про радиоактивный распад понятие причинность вообще не упоминается. А в статьях о причинности нет про распад.
Возможно, в этом случае можно было бы апеллировать к вероятностной причинности, о которой говорят при редукции волнового пакета. Но там все же ситуация не совсем такая. Там мы говорим о вероятности попадания электрона на экран, ибо уравнение Шредингера, Дирака работает именно с вероятностями (квадрат модуля волновой функции), но ведь сама причина движения электрона известна: он излучен катодом электронной пушки. Движение его вероятностно, но сам он имеет причину. А тут – нет причины, почему именно этот атом распался. Все же, думаю, вот эта вероятностная причинность может быть какой-то зацепкой.
Причина существования ядра, скажем, самого атома урана есть: это взрыв сверхновой, когда при температурах в триллионы градусов идут все возможные реакции синтеза вплоть до трансурановых элементов. Общая причина радиоактивности известна: это неустойчивость тяжелых ядер, ибо их внутренняя энергия больше, чем суммарная энергия частей, на которые они распадаются. То есть такие атомы, как шарик стоящий на горке, “имеет стремление” скатиться с нее. У нас же речь идет о причине распада отдельного ядра. Все атомы урана произошли одновременно при взрыве сверхновой, из ошметков которой потом возникла солнечная система вместе с Землей.
Ну, а то, что потом атом урана распадается неизвестно почему и когда, так это действует вероятностная причинность. Просто вводим такое понятие – вероятностная причинность вместо болезненного для нас индетерминизма. Вот мы с какой-то вероятностью можем предсказать этот распад именно у этого атома. А точно – не можем. Не потому, что не знаем, а потому что сам атом не знает.
Похожее дело и с переходом электрона с одной оболочки на другую, при котором происходит излучение кванта энергии. Вопрос: с какой скоростью электрон перескакивает с одной оболочки на другую? А он мгновенно перескакивает. То есть – с бесконечной скоростью? Нет, просто понятие скорости к электрону в этот момент не применимо. Нет процесса перехода, и нет электрона между оболочками, а есть два состояния – первое и второе.
Да как же это … Да вот так- ответит квантовик, так устроена природа – и дело с концом: квантовая механика – она верна, но непостижима. Ну, почему, она немного постижима. Просто нужно принять как данность наше срединное положение между микро и мегамиром.
Весь микромир сегодня наиболее полно описывается Стандартной Моделью (СМ). Всего в СМ 12 разновидностей микрообъектов. Почему именно столько? Ну, так устроена природа, хотя можно считать, что это по числу апостолов. Это такие как кварки, адроны, лептоны, фотоны, гравитоны и эти 12 разновидностей состоят из 61 типа микрообъектов. Почему именно 61 – неизвестно. Может быть, по числу потомков апостолов, хотя сколько их было – никто не знает.
Завершением СМ стало сначала предсказание (Хиггсом в 1964 г.), а потом и экспериментальное открытие таких объектов как бозон Хиггса (2012 г. на БАКе).
Теперь о проблеме мегамира
Поговорим о Вселенной, которая на десятки порядков превосходит наш привычный мир масштабов нашего тела. Точно также имеется ограничение для присутствия человека в мегамире, в космических просторах. Это только иллюзия, будто если лететь очень долго и с очень большой скоростью, то он достигнет соседних звезд. А потом – и других галактик. На самом деле эти пространства, их масштаб недоступен для телесного посещения. Также, как недоступны недра Солнца и звезд. Тысячелетние сроки путешествия к звездам вырывали бы людей из их времени и окружения. Точно так же, как мы не можем уменьшиться до размеров элементарных частиц, мы не можем телесно проникать и в космические масштабы. И там тоже начинают действовать свои законы, которых нет в нашем мире. Например, на расстояниях скоплений галактик начинает проявляться действие темной энергии, которую наглядно можно себе представить как отталкивающие силы, заставляющие Вселенную ускоренно расширяться. Так что только через приборы и через описания этой “огромной реальности” нашими понятиями типа “отталкивающие силы”, нечто вроде антигравитации, которую назвали темной энергией.
Даже если когда-то получат описанное фантастами “нуль-пространство” ( теперешняя «кротовая нора», как в фильме Интерстеллар), когда за счет огромной энергии удастся его “сжать” и в мгновение ока очутиться в соседней галактике (в принципе, это эквивалентно пребыванию во время полета в анабиозе), то заплатить за это придется временем, которое разъединит летунов с его поколением и вообще с земной историей.И еще нужно не забыть враждебную всему миру темную энергию (она в конце времен разорвет все сущее на “мелкие клочки”), которую пришлось ввести из-за наблюдаемых данных об ускоренном расширении Вселенной. Это своего рода пятая «сила», действующая только на огромных расстояниях в миллиарды световых лет (первые четыре – сильные, слабые, эл-магнитные, гравитационные). За это открытие три группы космологов в 2011 году получили Нобелевскую премию.
Согласно теории темной энергии по прошествию чудовищного времени в десятки или даже сотни миллиардов лет эта темная энергия (она работает как отталкивающая сила) разорвет в итоге все сущее (в том числе, элементарные частицы) на хаотичную смесь фотонов, где уж точно любая информация исчезнет. Ну, там будет иная физика и вообще темень кромешная и скрежет зубов.
То есть, это своего рода ад. Нам до него не дотянуть, хотя и заслужили.
Валерий ЛЕБЕДЕВ,
Писатель, журналист, издатель.
Член The International Academy of science, industry, education & arts.
Бостон, США.
Для “RA NY”