Ю. В. АЛЕКСАНДРОВ ВСЕЛЕННАЯ И ЧЕЛОВЕК
реклама
Ю. В. АЛЕКСАНДРОВ ВСЕЛЕННАЯ И ЧЕЛОВЕК Вселенная не только необычнее, чем мы воображаем. Она необычнее, чем мы можем вообразить. Закон Хелдейна из книги «Законы Мерфи» Среди сложных и многообразных процессов становления человеческого сознания был и такой важный процесс. Первобытное племя, добывши всю добычу на определенном участке леса или саванны, вынуждено было мигрировать дальше и осваивать все новые и новые их районы. Столкновение в ходе этих миграций с новыми явлениями и условиями побуждало знать, а что "там, за горизонтом". В результате стало возникать и утверждаться представление о том, что мир не ограничивается тем, что непосредственно воспринимается человеком в данный момент времени (а именно так воспринимают мир животные). Так, конечно не сразу, а в долгом процессе эволюции первобытного человека у него сформировалась настоятельная потребность иметь представление об окружающем его мире в целом, о его устройстве, о силах, определяющих существование и развитие этого мира. Дать ответ на все эти вопросы, прежде всего о пространственно-временной структуре мира – стало одной из важнейших социальных функций науки, а конкретно – астрономии, ее такого раздела как космология. В первобытную эпоху и в эпоху первых земледельческих цивилизаций эта функция выполнялась донаучной астрономией в рамках единой всеохватывающей мифологической формы общественного сознания. Свидетельством этого служат многочисленные, существующие у всех народов мира, мифы, легенды, сказания о сотворении и обустройстве мира различными богами, титанами, героями. От Вселенной Аристотеля – к Вселенной Ньютона Историческая заслуга выделения собственно научного знания, как известно, принадлежит культуре древней Греции. Космологические представления были важной составной частью этого еще не расчлененного натурфилософского знания. Главным в идейном развитии первой (ионийской) научной школы была мысль о единстве мира, которая принимала тогда форму поиска материальной первоосновы всего разнообразия явлений, окружающих человека. В ходе этого поиска вызревало и важнейшее понятие – понятие Космоса. В это понятие вкладывался не только смысл, близкий нашему термину "Вселенная". Это понятие означало не просто "все то, что существует", а и то, что все оно объединено определенной структурой, порядком, гармонией, – в противоположность неупорядоченному Хаосу, из которого Космос когда-то возник. Причем это понятие несло не только логическую, но и эстетическую нагрузку1. В дальнейшем понятие Космоса, освобождаясь от своей мифологической скорлупы, обогащаясь идеей развития, получило весьма завершенную форму в известном фрагменте из Гераклита Эфесского (VI-V ст. до н. э.): «Этот мировой порядок, один и тот же для всех, не создал никто ни из богов, ни из людей, но он всегда был, есть и вечно будет живым огнем, мерой возгорающимся, мерой угасающим». Впоследствии на основе осмысления Платоном представлений об окружающем человека мире и путях его познания возникла первая космологическая модель этого мира – картина мира Евдокса-Аристотеля (IV-III вв. до н. э.). Мир, пространственноограниченный сферой неподвижных звезд, включал прозрачные (хрустальные) сферы – 27 сфер у Евдокса и 56 у Аристотеля). Вращение этих сфер вокруг различных осей призвано было объяснить наблюдаемые движения Солнца, Луны и пяти видимых невооруженным глазом планет. Астрономическая картина мира Евдокса-Аристотеля, несмотря на всю свою наивность с современной точки зрения, была принципиально важным явлением в развитии науки. Она стала первой в истории человечества картиной Вселенной, не созданной «никем ни из богов, ни из людей». Картиной мира уже научной, ибо ее элементы были связаны причинно-следственными связями, ибо она отображала, по крайней мере качественно, весьма большое количество частных наблюдаемых явлений, ибо была создана путем логической обработки значительного массива данных на основе некоторых общих принципов. Эта первая астрономическая картина мира органически вошла в энциклопедическое научно-философское наследие Аристотеля, создавшего и первую общенаучную картину мира. Важнейшей чертой первой в истории космологической модели, которая потом была присуща и всем последующим картинам мира, стала ее обусловленность основными физическими представлениями своей эпохи. В основе физики Аристотеля лежал принцип абсолютности движения, абсолютности скоростей, а не ускорений. Это было обобщением производственной и бытовой практики того времени, которая показывала, что для равномерного и прямолинейного движения нужно прилагать постоянную силу (в действительности – для преодоления силы трения). Эти же физические представления лежали и в основе следующей космологической модели, которую создала античная наука, – картины мира Гиппарха-Птолемея. Качественно новым в ней был отказ от умозрительных конструкций типа хрустальных сфер и разработка на определенных физических основаниях метода количественного описания движения небесных тел, дававшего возможность прогнозировать эти движения. Этот способ был развит в геометрической форме, вообще присущей древнегреческой математике. Это был известный способ эпициклов и дифферентов – системы кругов, в которой центр очередного круга движется по предыдущему кругу, по последнему же кругу наименьшего радиуса движется само небесное тело. Интересно, что Птолемей в своем "Альмагесте" обсуждал обе возможные системы мира – геоцентрическую и гелиоцентрическую. Но, приведя ряд соображений (справедливых, конечно, только с точки зрения физики Аристотеля), он отверг гелиоцентрическую систему. И все же система Гиппарха-Птолемея – это огромное достижение не только астрономии, но всей человеческой культуры. Впервые в истории была создана количественная теория, которая не только обобщала большое число фактов из определенной сферы действительности, но и позволяла пользоваться ею в дальнейшей научной и производственной практике. При ее создании был реализован один из принципов научной методологии – объяснение и описание сложных процессов путем их разложения в совокупность более простых элементарных процессов. И это было сделано не только качественно, но и количественно на основе идеи последовательных приближений. С современной математической точки зрения это была теория, где впервые был применен спектральный анализ сложных периодических процессов. Причем в его важнейшем и наиболее распространенном виде – в виде Фурье-анализа. Ибо, если перевести геометрическое построение из эпициклов и дифферентов на современный аналитический язык, то получим конечные тригонометрические ряды для координат небесных тел (амплитуды и частоты которых определялись, конечно, эмпирическим путем). Другое дело, что, говоря современным языком, система отсчета в картине мира Гиппарха-Птолемея не является оптимальной, ибо геоцентрическая система существенно неинерциальная, в то время как гелиоцентрическая система весьма близка к инерциальной. Поэтому траектории движения тел в геоцентрической системе гораздо сложнее, нежели в гелиоцентрической. Соответственно и сходятся ряды Фурье в этой (Гиппарха-Птолемея) системе очень медленно. Но существенно мешать ее практическому применению это стало гораздо позже2. Господство аристотелевой физики не позволило античной науке воспринять и первую последовательно гелиоцентрическую космологическую модель, развитую Аристархом Самосским. Он сумел найти способ измерить размеры Солнца и Луны в долях радиуса Земли, убедился, что Солнце гораздо больше Земли, и оно поэтому должно быть центом мироздания. Научные идеи Аристарха оказались преждевременными. Но их нельзя недооценивать. Из искры, высеченной Аристархом из Самоса, разгорелось пламя, которым Коперник осветил путь, каким почти через два тысячелетия пошли Галилей и Ньютон. Для того чтобы сложились условия для нового качественного скачка в космологических представлениях человечества, потребовались коренные изменения в социально-экономической жизни общества, должны были стать вполне явными недостаточность физики Аристотеля и космологии Гиппарха-Птолемея. Такие условия вызрели только в XVI веке. Но и силы, стоявшие на пути к такому скачку, были велики. Это и вся система религиозных представлений, пронизывавшая все сферы жизни общества. Это и авторитет Аристотеля, подкрепляемый не только освящением его католической церковью, но и всем «здравым смыслом» повседневного бытия, обобщением которого и было учение Аристотеля со всеми его сильными и слабыми сторонами. Для преодоления этих преград нужны были "титаны по силе духа, страсти и характеру, по многосторонности и учености» (Ф. Энгельс). Н. Коперник, исходя из принципа относительности движения (хотя явно им еще не сформулированного) сумел отбросить основную догму античной космологии – учение о неподвижности Земли. И. Кеплер, опираясь на самые точные и обширные в дотелескопической астрономии позиционные наблюдения планет Т. Браге, преодолел идущую еще от Платона догму о только равномерных круговых движениях небесных тел. Он открыл названные его именем законы планетных движений – едва ли не первые познанные человеком законы природы. «Это астрономия открыла нам существование законов» – так оценил результаты Кеплера А. Пуанкаре в своей книге «Ценность науки». Г. Галилей, развивая идеи гелиоцентризма и утверждая экспериментальный подход к изучению природы, пришел к основополагающим утверждениям новой физики – принципу относительности и закону инерции. Своими телескопическими открытиями он не только закрепил представления о ближнем космосе как о Солнечной системе, но и проложил путь к открытию бесконечной звездной Вселенной. На этом пути его предшественником был Дж. Бруно, который, развивая взгляды Н. Кузанского и опираясь на гелиоцентрическое учение Коперника, довел, хотя и умозрительно, представления о такой Вселенной до утверждения о существовании других обитаемых миров – вывода, в корне противоречащего не только первым же строкам Библии, но и одному из основных догматов христианства об искупительной миссии Христа3. После Галилея новую методологию науки, новый взгляд на мир развивали Р. Декарт и Х. Гюйгенс. Упомянутые выше великие умы и были прежде всего теми гигантами, стоя на плечах которых И. Ньютон (по его собственному признанию) смог завершить полуторавековой переворот в представлениях человечества о мире, в котором оно возникло и существует. Если оставить в стороне безусловно значительные работы Ньютона по оптике, то в центре его научных свершений находится решение им задачи двух тел4. Но для этого Ньютону пришлось завершить создание адекватного задаче математического аппарата – основ дифференциального и интегрального исчисления, сформулировать основные понятия и законы классической механики и, наконец, открыть закон всемирного тяготения. В итоге триста лет тому назад с выходом в свет в 1686 году ньютоновых «Математических начал натуральной философии» были заложены основы нового миропредставления – о бесконечной в пространстве и во времени Вселенной, заполненной системами небесных тел, которые движутся по внутренне присущим природе и познанным человеком законам. За богом оставалась, в крайнем случае, лишь формулировка начальных условий. А еще через столетие И. Кант в своей «Всеобщей естественной истории и теории неба», богатой новыми эволюционными идеями, поставил задачу полного исключения бога из картины мироздания, а П. Лаплас смог ответить Наполеону, что в гипотезе о боге, как источнике развития Вселенной, он не нуждается. Одновременно происходило наполнение бесконечной ньютоновской Вселенной конкретным астрономическим содержанием. В. Гершель заложил основы современных представлений о нашей звездной системе Галактике и о существовании других подобных ей систем. Но уже в XVIII-XIX веках стали выявляться и противоречия в картине бесконечной в пространстве и во времени звездной Вселенной – парадоксы ньютоновской космологии. Фотометрический парадокс состоит в том, что в такой Вселенной в любом направлении луч зрения рано или поздно встретит звезду, и поэтому яркость неба должна быть примерно такой же, как и яркость диска Солнца. На это обратил внимание еще современник Ньютона Э. Галлей. В конце XIX веке астроном Х. Зеелигер обнаружил, что попытка вычислить силу тяготения, создаваемую в какой-либо точке всеми массами бесконечной Вселенной, не приводит к определенному результату5. Наконец, открытие второго начала термодинамики поставило вопрос о том, почему Вселенная, уже бесконечно долго существовавшая в прошлом, не пришла к «тепловой смерти», т. е. в термодинамически равновесное бесструктурное состояние (термодинамический парадокс). Обобщая, можно сказать, что выявилось противоречие между исходными положениями ньютоновской картины мира – ее бесконечностью во времени и пространстве и нынешним состоянием мира – структурой этого мира в виде совокупности звездных систем. Строго говоря, разрешение этих космологических парадоксов возможно и в ньютоновском мире, но ценой наложения на его строение довольно жестких дополнительных ограничений – Вселенная должна состоять из бесконечной иерархической совокупности систем с достаточно быстрым убыванием средней плотности по мере возрастания ранга системы. Но значение этих парадоксов в развитии науки состоит в том, что их естественное разрешение в релятивистской космологии значительно облегчило восприятие человеческим сознанием новой необычной и грандиозной идеи – идеи нестационарной Вселенной. Релятивистская Вселенная Эту новую Вселенную, картина которой была создана наукой XX века, можно назвать Вселенной Фридмана-Гамова в отличие от Вселенной Ньютона-Гершеля, которой она пришла на смену. Теоретической основой этих новых представлений стала теория относительности. Напомним, что в основании специальной теории относительности (СТО) лежат принцип относительности движения и принцип конечной скорости распространения любого физического взаимодействия. В общей теории относительности (ОТО) эти принципы дополняются принципом эквивалентности процессов в поле тяготения и в неинерциальной (ускоренно движущейся) системе отсчета. Как следствие этого появляется представление о тяготении, как о всеобщем свойстве материальных объектов влиять на метрические свойства пространства и времени – изменять степень их искривленности и тем самым определять поведение тел, движущихся в этом пространстве-времени. Речь идет о метрических свойствах пространства и времени потому, что математическая суть ОТО состоит в том, что распределение и движение материи определяет выражение для интервала – «расстояния» между двумя элементарными событиями в пространстве и времени. Величина интервала не зависит от выбора системы отсчета (как это следует уже из СТО), в то время как в физике Ньютона не зависящими от выбора системы отсчета являются расстояние в пространстве и промежуток времени по отдельности. Идея нестационарной, эволюционирующей Вселенной стала наиболее значительным по своим масштабам и мировоззренческим последствиям проявлением эволюционного характера астрономии XX века. В своем современном виде эта идея является результатом применения к однородной и изотропной Вселенной основных уравнений ОТО, что впервые было сделано в 1922 году А. А. Фридманом. Решение уравнений ОТО, найденное Фридманом, оказалось математически подобным решению классической задачи двух тел в случае прямолинейного движения. Это порождало иллюзии, что парадоксы ньютоновской космологии могут быть преодолены в рамках классической физики. Но это не так, в виду совершенно различной физической интерпретации этих двух математически подобных решений. В классическом случае речь идет о движении материальной точки (или сферически симметричной совокупности таких точек) в пространстве и времени, а в релятивистском – об изменении метрических свойств самого пространства-времени. Утверждение идеи нестационарной расширяющейся Вселенной стало одним из самых глубоких переворотов в представлениях человечества об окружающем его мире и было связано с преодолением значительных гносеологических и психологических трудностей6. Но сравнительно быстрому преодолению этих трудностей способствовало то, что появление ОТО и первых нестационарных космологических моделей совпало по времени с возникновением и развитием в первой четверти XX века внегалактической астрономии. Была доказана внегалактическая звездная природа ряда туманностей, получены более или менее достоверные оценки расстояний до них, определены их скорости относительно нашей Галактики. Это позволило Э. Хабблу в 1929 году сделать одно из самых значительных открытий в истории астрономии – установить пропорциональность между скоростями удаления галактик и расстояниями до них (закон Хаббла). Коэффициент пропорциональности – постоянная Хаббла (постоянная в пространстве, но не во времени) стала еще одной фундаментальной величиной, описывающей наш мир. Значение постоянной Хаббла Н важно потому, что обратная к ней величина определяет возраст Вселенной, точнее говоря, время, прошедшее от начала ее расширения. Сам Хаббл оценил постоянную Н в 500 км/с•Мпк, где Мпк (мегапарсек) 3•1024 см. После ряда уточнений в многоступенчатой процедуре определения межгалактических расстояний выяснилось, ее современное значение – 50<Н<100 км/с•Мпк, что дает для возраста нашей Вселенной 6-12 млрд. лет. Темп изменения во времени постоянной Хаббла, а также радиуса кривизны пространства-времени и средней плотности материи и являются основными количественными характеристиками метрической эволюции Вселенной в различных космологических моделях7. О различных космологических моделях приходится говорить в силу двух обстоятельств. Для получения однозначного решения уравнений Эйнштейна (уравнений ОТО) их нужно дополнить уравнением состояния материи, которое задается обычно в виде связи между давлением р и плотностью энергии . Простейшее и хорошо известное уравнение состояния – это уравнение состояния идеального газа, в котором давление есть результат соударения молекул и пропорционально плотности и температуре газа. После перехода к средней энергии газа в единице объема оно приобретает вид P = (2/3). Фридман получил свою первую в истории нестационарную космологическую модель, использовав уравнение состояния пылевидной материи. Пылинки, в отличие от молекул, движутся медленно и практически не сталкиваются, поэтому в такой среде P=0. Во Вселенной роль «пылинок» играют звезды, в которых сосредоточена подавляющая часть вещества и которые также практически не сталкиваются между собой. Однако в прошлом так было не всегда. По мере расширения Вселенной плотность вещества уменьшается обратно пропорционально увеличению ее объема, т. е. кубу ее размера. Также пропорционально кубу размера изменяется в единице объема и число квантов электромагнитного поля – фотонов. Но одновременно увеличивается и соответствующая длина волны , а значит, и энергия каждого фотона уменьшается в соответствии с известным соотношением, определяющим энергию фотона, Е=hv=hс/, где h – постоянная Планка, а с – скорость света. В итоге плотность энергии электромагнитного излучения изменяется обратно пропорционально четвертой степени размера, т. е. быстрее, чем плотность энергии вещества. Поэтому, если идти в прошлое, должно наступить время, когда основная доля энергии будет сосредоточена не в веществе, а в излучении. Нынешнему периоду эволюции Вселенной, когда эта эволюция определяется уравнением состояния пылевидного вещества (стадия вещества) должна была предшествовать стадия излучения, когда характер эволюции определялся уравнением состояния излучения. Как показывается в теории электромагнитного поля, это уравнение имеет вид P=/3. Однако в стадии излучения характер эволюции Вселенной меняется лишь количественно, поэтому обе эти стадии ее эволюции получили название фридмановских. Второе обстоятельство связано с тем, что аналогично трем возможным типам движения в поле тяготения в ньютоновском случае – эллиптическому, параболическому и гиперболическому, расширение Вселенной на стадии вещества также может происходить, хотя и с замедлением, но по-разному. В одном случае скорость расширения обратится в нуль через конечное время после начала расширения, затем расширение сменится сжатием. Это замкнутая модель Вселенной с положительной кривизной (двумерный аналог – сфера). Во втором случае кривизна равна нулю (пространство плоское), но расширение будет продолжаться неограниченно долго со стремящейся к нулю скоростью. И, наконец, в третьем случае кривизна пространства отрицательна (двумерный аналог – поверхность, называемая псевдосферой, на ней выполняется геометрия Лобачевского). Расширение Вселенной также будет продолжаться неограниченно долго. То, какой из этих случаев реализуется, определяется сравнением фактической плотности материи во Вселенной с ее некоторым критическим значением с. Если >с, то Вселенная замкнута, если же с, то имеет место одна из открытых моделей. К сожалению, мы до сих пор не можем сказать с уверенностью, какая же из моделей соответствует нашей реальной Вселенной. Этому мешают два обстоятельства – наличие «темного вещества», т.е. объектов, которые излучают так мало, что мы не можем их наблюдать, и возможность существования материи в каких-то экзотических формах, например, в виде нейтрино, если их масса покоя все же отлична от нуля. С утверждением в 30–40 одах основных представлений релятивистской космологии, с одной стороны, и представлений квантовой физики, с другой, астрономическая и физическая картина мира оказалась разделенной на «сферы влияния» между основными физическими теориями. В мегамире (Вселенная в целом и, как выяснилось позже, в компактных и сверхмассивных объектах) господствует ОТО и, соответственно, гравитационное взаимодействие. В микромире нужна квантовая теория, здесь проявляют себя электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия. При этом в мире атомов и молекул (при относительно небольших энергиях) действуют законы нерелятивистской квантовой механики. В еще меньших масштабах атомных ядер и элементарных частиц (при энергиях порядка и больше энергий покоя этих частиц) нужна релятивистская квантовая теория поля. В промежуточных масштабах макромира (от пылинок до звездных систем) достаточны законы ньютоновской механики и классической электродинамики. Этот «раздел мира» стал той ценой, которую науке пришлось заплатить за выход из кризиса, связанного с неспособностью классической физики описывать всю Вселенную в ее проявлениях различных масштабов. Создалась ситуация, противоречащая неизменному стремлению научной и философской мысли к выявлению наиболее общих черт и свойств окружающего нас мира. Эта ситуация относилась лишь к физическим формам движения материи и в конце концов не противоречила таким аспектам единства мира, как его материальность и объективное существование, но тем не менее существенно затрудняла понимание этого единства. Наиболее четко выразил неудовлетворенность таким развитием событий А. Эйнштейн, выдвинув программу объединения всех фундаментальных взаимодействий или, иначе говоря, построения единой теории поля. Горячая Вселенная Первым шагом со стороны астрономии к восстановлению единой физической картины мира стала принципиально новая идея, выдвинутая в 1946 году Г. А. Гамовым. Он дополнил указанные выше метрические характеристики эволюции Вселенной энергетической. При этом Гамов перешел от плотности энергии к средней энергии одной частицы, т. е. к средней температуре Вселенной, которая в ходе расширения Вселенной уменьшается. Главная физическая суть идеи Гамова состоит в следующем. Некоторый физический процесс (например, ионизация атомов) требует затраты определенной энергии8. Однако при температуре, значительно большей, нежели соответствующая этой энергии, этот процесс и процесс, ему обратный, будут протекать в среднем с одинаковыми скоростями и, тем самым, не будут изменять состояние Вселенной. Но, как только температура в ходе расширения Вселенной станет меньше энергии данного процесса, то из двух противоположных процессов будет идти только тот, который ведет к более устойчивому состоянию с меньшей потенциальной энергией. А это изменит физическое состояние Вселенной, придавая ей качественно новые свойства. Таким образом, последовательность значений энергий таких процессов определяет этапы физической эволюции Вселенной. Такие характерные энергии это, прежде всего, энергии покоя нуклонов и электронов, энергия связи частиц в атомных ядрах, энергия ионизации и рекомбинации атомов. Эти соображения означали наполнение фридмановской космологической модели реальным физическим содержанием, означали появление модели «горячей» Вселенной. Ход изменения основных количественных характеристик эволюционирующей Вселенной и основные этапы ее физической эволюции показаны на рис.1. Для понимания приведенной на этом рисунке схемы надо иметь, в частности, в виду, что энергия покоя нуклона (протона или нейтрона) 1.3 ГэВ, энергия покоя электрона 0.5 МэВ, энергия покоя частиц, называемых векторными бозонами и осуществляющих слабое взаимодействие, около 100 ГэВ. Энергия электронов на внешних орбитах в атомах около 10 эВ. Поэтому таковы же энергия ионизации атомов, энергия химических процессов и энергия фотонов оптического диапазона. Пока средняя температура во Вселенной больше энергии покоя нуклонов, все частицы и античастицы находятся в состоянии термодинамического равновесия (адронная эра9). При температуре, равной 1 ГэВ, происходит аннигиляция нуклонов и антинуклонов. Возникает вопрос, почему же в нашем мире осталось некоторое количество нуклонов, образовавших позже все существующее сейчас вещество (так называемая проблема барионной асимметрии Вселенной)? Один из возможных ответов на этот вопрос дал в 1967 году А. Д. Сахаров. Дело в несколько различной скорости процессов аннигиляции и образования нуклонов и антинуклонов. При температурах Вселенной, меньших 1 ГэВ, но больших 0.5 МэВ, в равновесии с излучением находятся электроны и позитроны (лептонная эра). После аннигиляции электронов и позитронов (при энергии 0.5 МэВ) остается равновесная смесь нуклонов, электронов и фотонов (фотонная эра). Но пока энергия частиц больше энергии ионизации атомов, образование нейтральных атомов еще невозможно. Несколько позже, когда температура стала меньше энергии связи частиц в атомном ядре, произошло еще одно очень важное событие – образование из приблизительно трети протонов и нейтронов соответствующего количества ядер гелия (-частиц). Вместе с пониманием того, что ядра более тяжелых элементов до урана включительно образуются в ходе термоядерного синтеза в недрах звезд и при взрывах сверхновых звезд, это позволило объяснить наблюдаемый химический состав вещества во Вселенной. Это имело огромное общенаучное значение. Еще под один широкий и важный класс явлений природы был подведен эволюционный фундамент, еще одна область естествознания – химия стала наукой эволюционной в своей основе. Были установлены генетические связи между самой общей формой движения физической и следующей за нею в эволюционной структуре Вселенной химической формой движения материи. А возможность существования молекул только при температуре Вселенной, меньшей, нежели энергия их диссоциации, окончательно закрепляет эволюционный статус не только химии, но и биологии. Об идеях витализма, о вечном существовании независимых от физикохимических процессов «жизненной силы», «биоюлей» и т. п. в границах научного мировоззрения уже не может быть и речи. И только тогда, когда температура Вселенной снизилась до средней энергии одной частицы примерно в 1 эВ, стала возможной рекомбинация протонов и -частиц с электронами и образование атомов водорода и гелия, произошел отрыв нейтрального вещества от излучения. Только после этого появилась возможность роста флуктуаций плотности вещества – возможность образования протогалактик и протоскоплений галактик, возможность формирования нынешней крупномасштабной структуры нашей Вселенной. Развитие и детализация модели «горячей» Вселенной продолжается и сейчас. Важнейшим доказательством ее справедливости стало открытие в 1965 году А. Пензиасом и Р. Уилсоном реликтового радиоизлучения – первичных фотонов, которые сохранились от предшествующих этапов эволюции Вселенной. Их энергия определяется средней температурой Вселенной, сейчас это примерно 2.7 К. Но обнаружились и некоторые противоречия (парадоксы) релятивистской космологии в рамках ее фридмановских моделей. Это прежде всего парадокс горизонта. Он состоит в том, что между событиями в двух точках может существовать причинно-следственная связь только в том случае, если расстояние между этими точками меньше, чем то расстояние, которое может пройти свет за время расширения Вселенной (последнее определяет расстояние до горизонта событий или космологического горизонта). Очевидно, что в открытых моделях есть области, точки которых не удовлетворяют этому условию. Можно доказать, что так же обстоит дело и в замкнутой модели. Больше того, расстояние до космологического горизонта возрастает быстрее, чем происходит расширение Вселенной. А раз наш мир состоит из отдельных причинно несвязанных областей, то становится непонятным, почему он является однородным и изотропным. Были попытки отказаться от предположений об однородности и изотропности нашей Вселенной (от так называемого совершенного космологического принципа), но они утратили свой смысл после того, как в 70-80 годах внегалактическая астрономия выяснила упомянутую выше крупномасштабную структуру Вселенной. Эта структура состоит в том, что галактики и их скопления образуют трехмерную сетку с размерами в несколько сотен мегапарсек. А в больших масштабах наш мир является однородным и, соответственно, изотропным. (Продолжение следует) Литература 1. Александров Ю. В. Астрономія. Історико-методологічний нарис. – К.: Сфера, 1999. 2. Вайнберг С. Первые три минуты. – М.: Энергоиздат, 1981. 3. Вайнберг С. Гравитация и космология. – М.: Наука, 1975.* Знаком * отмечена литература для более подготовленного читателя. 4. Долгов А. Д., Зельдович Я. Б., Сажин М. В. Космология ранней Вселенной. – М.: Изд-во МГУ, 1988.* 5. Зельдович Я. Б., Хлопов М. Ю. Драма идей в познании природы. – М.: Наука, 1988. 6. Зельдович Я. Б., Новиков И. Д. Строение и эволюция Вселенной. – М.: Наука, 1979.* 7. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. – М.: Наука, 1985*. 8. Линде А. Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. – М.: Наука, 1990.* 9. Окунь Л. Б. Физика элементарных частиц. – М.: Наука, 1988. 10. Новиков И. Д. Эволюция Вселенной. – М.: Наука, 1990. В связи с этим напомним анекдотический случай, имевший место в 1912 году Известный австрийский физик Лизе Мейтнер защитила в Венском университете диссертацию на тему «Проблемы космической физики». В некоторых газетах было напечатано, что тема ее диссертации «Проблемы косметической физики». Такая тема, 1) по мысли репортеров, была более близка женщине. Однако с этимологической точки зрения они не так уж и ошибались. 2) К XIII веку общее число вспомогательных кругов в системе Птолемея достигло более 350. В связи с этим король Арагона и Кастилии Альфонс Х как-то заметил: «Если бы Господь Бог спросил моего совета, когда создавал мир, то он был бы устроен гораздо проще». Эти не очень почтительные по отношению к «мудрости Божьей» высказывания едва не стоили ему короны. 3) Понимая необходимость разумных компромиссов, нельзя вместе с тем не склонить головы перед мужеством Дж. Бруно, который и жизнью и смертью своей оправдал свой девиз: «Стою на том и не могу иначе». Вот уже четыреста лет его имя является символом борьбы против религиозного фанатизма и невежества. 4) Задача двух тел – это задача о движении одной материальной точки в поле тяготения другой материальной точки или сферически симметричного тела. 5) Точнее говоря, появляется неопределенность вида – , для раскрытия которой нужны дополнительные предположения о структуре Вселенной. 6) Достаточно вспомнить, что сам создатель теории относительности не смог сразу воспринять эту идею, и для сохранения стационарности Вселенной «выпустил джина из бутылки» – ввел в уравнения ОТО так называемый L-член, описывающий некую силу отталкивания, которая должна была компенсировать силу притяжения. 7) Мы не можем наглядно представить себе неплоское, а тем более нестационарное трехмерное пространство, ибо все наши представления сформировались в результате восприятия плоского эвклидова пространства, которое нас непосредственно окружает. НПо есть простая наглядная модель двумерного пространства. Представим себе воздушный шарик сферической формы. Если радиус его фиксирован, то для того чтобы имел место закон Хаббла, нужно, чтобы двигающиеся по его поверхности точки (например, мухи) расползались во все стороны от одной из точек, которая тем самым является выделенной. Это ситуация, аналогичная стационарному (хотя и не плоскому) миру. Если же наш шарик продолжает раздуваться, то расстояние между любыми двумя точками, неподвижными относительно его поверхности, будут увеличиваться, причем пропорционально самому этому расстоянию. Это аналог релятивистского нестационарного мира с постоянной положительной кривизной. Обратите внимание также на то, что площадь (аналог объема) этого мира конечна, но границы у него нет. 8) Поскольку важное значение имеет сравнение температуры (средней энергии) частиц с той или иной характерной энергией, то целесообразно выражать температуру в энергетических единицах электрон-вольтах. Напомним, что электрон-вольт это энергия, которую приобретает электрон в электрическом поле с разностью потенциалов в один вольт (1 эВ=1,6•10-19Дж). 9) Адроны (мезоны и нуклоны) – частицы, участвующие в сильном взаимодействии. Лептоны (электроны, мюоны t-лептоны и соответствующие им нейтрино) – частицы, участвующие только в электромагнитном (если они имеют электрический заряд) и слабом взаимодействиях. Ю.В. Александров (Окончание. Начало в № 2’2000) Космология ранней Вселенной и создание единой теории поля Перед тем как перейти к последним событиям в развитии космологии, следует остановиться на структуре современного физического знания вот с какой точки зрения. Мы знаем сейчас три независимых мировых постоянных – гравитационную постоянную G, скорость света в вакууме с и постоянную Планка h. Поэтому возможны восемь принципиально различных физических теорий. Одна, не содержащая ни одной из этих постоянных. Три теории содержат по одной постоянной. Три включают по две постоянных. И, наконец, возможна одна теория, содержащая все три фундаментальные постоянные. Логическая связь между этими теориями показана на рис. 2. Шесть из этих теорий – ньютоновская механика, ньютоновская теория тяготения (G), специальная (с) и общая (с, G) теории относительности, квантовая механика (h) и релятивистская квантовая теория поля (с, h) с той или иной степенью завершенности уже построены. Интересна судьба теории (G, h), которая должна быть квантовой нерелятивистской теорией гравитации. Для нее просто нет предметной области в нашем мире вследствие малости постоянной тяготения (нужны достаточно большие массы) и чрезвычайной малости постоянной Планка (необходимы очень малые массы и относительно малые скорости). Последняя теория (G, с, h) должна действовать при настолько больших энергиях элементарных частиц, что наряду с электромагнитным, слабым и сильным взаимодействиями необходимо учитывать и гравитационное. Иными словами, это должна быть квантовая релятивистская теория гравитации. Она должна иметь дело одновременно со всеми четырьмя фундаментальными взаимодействиями. Построение такой теории – это одна из самых “горячих точек” в современном естествознании. И находится эта “горячая точка” как раз на стыке физики элементарных частиц и космологии ранней Вселенной. Ее построение будет означать достижение определенной завершенности в развитии физики10). В основе построения теории (G, с, h) лежит идея зависимости безразмерных констант фундаментальных взаимодействий от энергии взаимодействующих частиц (точнее говоря, от передаваемого при взаимодействии импульса). Указанная зависимость имеет такой характер, что с ростом энергий эти бегущие константы двух взаимодействий сравниваются и исчезает различие между этими взаимодействиями – происходит их объединение. Схематически это показано на рис. 3. Перспективность этой идеи доказана созданием теории электрослабого взаимодействия. Но при этом физикам повезло в том смысле, что энергия, при которой происходит объединение электромагнитного и слабого взаимодействий, имеет значение около 100 ГэВ. А такая энергия достигается в современных ускорителях на встречных пучках, и, тем самым, эту теорию удалось проверить экспериментально. Однако самые предварительные оценки того, когда происходит так называемое великое объединение (электрослабого и сильного взаимодействий – GU), дают величину примерно в 1015 ГэВ. А суперобъединения (объединение электрослабого+сильного взаимодействия с гравитационным SU) можно ожидать при энергиях частиц порядка планковской массы – 1019 ГэВ. Эти энергии лежат далеко за пределами технических возможностей человечества не только сегодня, но и в отдаленном будущем. Это обстоятельство и приводит к тесному единству проблем физики сверхвысоких энергий и космологии ранней Вселенной. В этом единстве есть объективный онтологический аспект – то, что энергии, необходимые для великого и суперобъединения, реализуются только на начальных стадиях эволюции нашей Вселенной – в соответствующие моменты времени t(GU)=10-35c и t(SU)=10-43с. Субъективный гносеологический аспект состоит в том, что единственным путем, хотя и весьма опосредованным, проверки теорий великого и суперобъединений является анализ процессов на этих ранних этапах эволюции Вселенной и наблюдение их последствий в нынешней Вселенной. Как говорил академик Я. Б. Зельдович, “ранняя Вселенная – это природный ускоритель для бедного человечества”. С давних времен важной формой поиска закономерностей и гармонии в окружающем нас мире было выявление в нем тех или иных симметрий. Наиболее известны геометрические симметрии (например, между правым и левым, верхом и низом). На этом пути поиска симметрий удалось подойти к пониманию существенных свойств физических явлений в мире элементарных частиц. Если идти от самых больших значений энергии к меньшим, т.е. как раз в направлении, в котором эволюционирует наша Вселенная, то вырисовывается следующая картина. При энергиях, не меньших энергии суперобъединения, реализуется самая высокая степень симметрии. Она проявляется в том, что все частицы подчиняются одному универсальному взаимодействию и находятся в состоянии непрерывного превращения друг в друга. Они существуют только виртуально, т.е. только то время, которое определяется соотношением неопределенностей Гейзенберга. А так как энергии частиц очень велики, то это время чрезвычайно мало. Смесь таких виртуальных частиц образует среду, получившую название физического вакуума. При уменьшении средней энергии частиц эта высокая степень симметрии нарушается – единое до этого взаимодействие расщепляется на два различных. А элементарные частицы подразделяются на классы по их отношению к этим взаимодействиям. Происходит разделение на частицы, принимающие или не принимающие участие в данном взаимодействии (фермионы), или являющиеся его носителями (т.е. квантами соответствующего физического поля – бозонами). Так в ходе последовательных нарушений симметрии возникли кварки и глюны11), адроны и лептоны, электрозаряженные и электронейтральные частицы, фотоны. Таким образом, на пути, проложенном Г. А. Гамовым, всматриваясь во все более далекое прошлое нашей Вселенной, удалось приблизиться к восстановлению единой физической картины мира. Оказалось, что физический вакуум описывается весьма странным на первый взгляд уравнением состояния –p = –. Отрицательное давление в нем и стало той причиной, которая вызвала расширение Вселенной, причем по экспоненциальному закону. Эта инфляционная стадия развития Вселенной12) закончилась тогда, когда фазовый переход в физическом вакууме привел к нарушению симметрии великого объединения и образованию адронов из кварков. А чрезвычайно большое увеличение размеров Вселенной за время инфляционной стадии позволяет снять парадокс горизонта и ряд других парадоксов последующих фридмановских стадий ее эволюции. В последнее время удалось подойти к решению и такого сложного вопроса, как поведение Вселенной при планковских масштабах 13) ее возраста и размеров, когда Вселенная в целом была объектом гравитирующим и одновременно квантовым. Здесь как раз и нужна квантовая теория гравитации (G, c, h). Удалось подойти к преодолению основных трудностей в создании такой теории, связанных с разными основаниями квантовой физики и ОТО (природа тяготения в ОТО имеет геометрический характер, а квантовая теория имеет дело с физическими полями). Оба этих подхода удается объединить в рамках следующей схемы. Рассматривается многомерная планковская Вселенная, в которой происходят квантовые флуктуации ее не только метрических, но и топологических свойств, в частности, числа размерностей пространства. В ходе эволюции Вселенной эти флуктуации отделяются и начинают расширяться, и то состояние, в котором они пребывали в это время, фиксируется. При этом часть размерностей проявляет себя как размерности пространства-времени, расширение которого и составляет метрическую эволюцию той мини-Вселенной, в которую превращается данная флуктуация. А другая часть размерностей пространства остается в свернутом (компактифицированном) состоянии и проявляет себя как физические взаимодействия, порождая соответствующие физические поля. Антропный принцип Все выше рассмотренные идеи еще развиваются. Есть различные варианты или, как говорят, сценарии эволюции квантовой Вселенной. Но из того, что уже достигнуто, и из тех перспектив, которые просматриваются, можно сделать, по крайней мере, два вывода огромного мировоззренческого значения. Первый из них состоит в том, что наиболее общие и глубинные свойства нашего мира – его фундаментальные физические свойства перестают быть просто совокупностью эмпирических фактов. Мы можем ставить вопросы, а главное, искать на них ответы, почему эти свойства именно такие, какими они есть, и как они возникли. Это относится к таким основам бытия нашего мира, как размерность пространства, количество фундаментальных воздействий и значения констант, их определяющих, как спектр масс элементарных частиц, что в свою очередь определяет то, какие более сложные структуры эти частицы могут образовывать. А именно ответы на вопросы “почему” (после того, как более или менее выяснено “что” и “как”) и отличает научное познание мира. В этом основное отличие науки от религии, которая, как основные, выдвигает вопросы “зачем, с какой целью”. А эти вопросы не всегда корректны даже в общественных проблемах и совершенно не применимы по отношению к природе14). Второй вывод связан с утверждением, которое получило название антропного принципа. Сейчас можно привести целый ряд фактов, которые свидетельствуют о том, что перечисленные выше фундаментальные физические характеристики определяют не только все многообразие физической и астрономической картины мира, но и его свойства в других аспектах, на всех других, более высоких ступенях бытия. Так, например, если бы масса электрона была лишь в три раза больше фактической, то невозможно было бы существование атомов и молекул. Ибо тогда различие в массах нейтрона и протона было бы меньше массы электрона, и энергетически было выгоднее превращение всех протонноэлектронных пар в нейтроны, а не распад свободного нейрона15). Существование атомов и молекул, следовательно, и развитие химической, а значит, биологической и социальной форм движения материи, невозможны и в мире с другой, нежели три, размерностью пространства. Ибо только в трехмерном мире решение задачи двух тел (и классической, и квантовой) допускает как периодическое движение в поле притягивающего центра, так и уход на бесконечность при конечном приращении энергии16). В двухмерном мире такое приращение должно быть бесконечно большим (вторая космическая скорость бесконечно велика), а в многомерных мирах устойчивое периодическое движение невозможно (рис. 4). Это означает, что только в трехмерном мире возможно движение по спутниковым орбитам (электрона в атоме или планеты вокруг звезды) и одновременно ионизация атомов и преодоление силы притяжения какого-либо небесного тела. В мирах с другой, чем три, размерностью пространства невозможны гравитационно-связанные системы и их распад. Именно такими системами являются звезды, а их распад (взрывы сверхновых) – это единственно верный способ обогащения Вселенной элементами тяжелее гелия. Хотя мы еще не можем определенно сказать, больше или меньше фактическая средняя плотность вещества в нашей Вселенной по сравнению с критической, но с большей степенью уверенности можно утверждать, что 0,1ρcρ10ρс, хотя априори она могла бы быть и гораздо меньше и гораздо более критической. В первом случае (ρρс) образование звездных систем – галактик из первичных флуктуаций было бы невозможно, а в другом (ρρc) продолжительность полного цикла эволюции Вселенной (расширение и последующее сжатие) была бы слишком мала, чтобы успели возникнуть и развиться сложные структуры типа биологических и социальных. Известно также, что гравитационное взаимодействие хотя и дальнодействующее, но чрезвычайно слабое. Гравитационное притяжение электрона и протона приблизительно в 1039 раз слабее, чем их электромагнитное взаимодействие. Однако именно гравитация определяет условия в недрах земли и, тем самым, темп реакций термоядерного синтеза в них. Поэтому время жизни звезд тем меньше, чем больше отношение гравитационного взаимодействия к электромагнитному. Если это отношение было бы всего на несколько порядков больше, то за время жизни звезд и планет около них снова-таки не успевали бы возникнуть высокоорганизованные формы бытия. А если бы это отношение было, наоборот, на несколько порядков меньше, то звезд просто не было бы, – сила тяготения была бы недостаточной для того, чтобы происходило гравитационное сжатие газовопылевых комплексов, в результате которого образуются звезды. Обобщая все сказанное (а список таких фактов можно было бы продолжить) приходится прийти в выводу, что для качественной эволюции мира, для возникновения в нем сложных форм движения материи необходимо, чтобы фундаментальные характеристики этого мира были не какими угодно и даже не просто лежали в определенных пределах, а были необходимым образом сбалансированы между собой. Этот вывод огромного общенаучного и философского значения и получил название антропного принципа17). Он означает, что сам факт появления и существования человека предопределен совокупностью основных физических свойств нашего мира, включая и такое глубинное его свойство, как размерность пространства в нем. Известный космолог Л. А. Зельманов выразился в связи с этим следующим образом: “Мы являемся свидетелями именно такого мира и таких процессов в нем, которые мы наблюдаем, потому что в других мирах все процессы происходят без свидетелей”. Утверждение, составляющее содержание антропного принципа, очень, если так можно выразиться, ответственное. Ибо неизбежно возникает вопрос: а почему наш мир именно такой – с весьма маловероятным сочетанием его свойств, которое позволяло, по крайней мере, на одной планете у одной из звезд возникнуть разумной жизни? И трудно возражать против того, что вполне естественным будет такой ответ: наш мир создан именно с этой специальной целью – появления в нем человека. То есть антропный принцип как бы подталкивает нас к телеологическому взгляду на мир (телеология – учение о целеполагании). Но тогда сразу же возникает вопрос: кем создан? И таким образом эта телеологическая точка зрения на мир приводит к телеологическому взгляду на него, приводит к идее творца, демиурга этого мира, т.е. идее бога. Можно ли в этих условиях сохранить и развить материалистический взгляд на мир, как на такой (снова вспомним слова Гераклита), что “его не создал никто ни из богов, ни из людей”? Положительный ответ на этот вопрос связан с еще одним выводом, вытекающим из рассмотрения процессов на планковской стадии истории мира. Это вывод о возможной множественности вселенных с различными фундаментальными свойствами – с пространствами разной размерности, с разными наборами элементарных частиц и взаимодействий между ними. Эти вселенные возникают из одной всеохватывающей квантовой Вселенной. Этот вывод и сам по себе после его достаточного обоснования и уточнения будет означать очередное коренное изменение в человеческих представлениях о мире. Изменение, подобное переходу от представлений о плоской Земле к шарообразной, от ограниченной Вселенной античности к бесконечной звездной Вселенной нового времени, от стационарной Вселенной к эволюционирующей. И хотя появление Вселенной со всеми условиями, необходимыми для развития более высоких, нежели физическая, форм движения материи, оказывается событием случайным, но при числе различных вселенных достаточно большом вероятность такого события тоже будет достаточно большой. Таким образом, существование мира, в котором возникла разумная жизнь, – явление целиком естественное и закономерное, но закономерность эта имеет стохастическую природу. Мысль о том, что человек и его жизнь тесно связаны с природой, причем не только с той, которая непосредственно его окружает, а и со всей природой, с космосом, со всей Вселенной, без преувеличения стара так же, как и само человеческое мышление. Она пронизывает древнеиндийскую философию. Она же, пусть в искаженном, иллюзорном виде лежит в основе любой религии, в основе астрологических верований. И вот впервые в истории эта идея выступает в научно обоснованном виде. В этом фундаментальное философское значение антропного принципа. Этот принцип означает новый, более глубокий уровень познания эволюционных связей между различными ступенями организации и движения материи. В этом состоит его интегрирующее общенаучное значение. Сейчас остро встает вопрос об ответственности человечества и каждого отдельного человека за судьбу окружающей природной среды, за судьбу планеты Земля. Со временем ареал бытия и преобразующей деятельности человека будет все больше расширяться в космос. Вместе с этим должно возрастать и чувство ответственности человека за мир, в котором он живет и действует. Антропный принцип поднимает уровень этой ответственности до космических, поистине вселенских масштабов. В этом его важное социальное и моральное значение. Можно, наконец, высказать и такую мысль. Когда интересные и важные познавательные процессы на стыке космологии ранней Вселенной и физики сверхвысоких энергий дойдут до своего определенного завершения, то вместе с движениями биологии в понимании законов жизни и обобщением гуманитарными науками социальноэкономического опыта ХХ века они станут базой для нового качественного скачка в духовном развитии человечества, в его неустанных поисках своего истинного места в мире и своего предназначения в нем. И произойдет это, как показывает исторический опыт, на научной материалистической основе. Отбрасывая черно-белое противопоставление материалистической и идеалистической линий в развитии мировой философии, тем не менее нужно констатировать, что формирование очередной общенаучной картины мира приводит к появлению ее философского обобщения в новой форме именно материализма. Но в чем-то существенном ограниченной, ибо ограниченной, неполной является и соответствующая картина мира. Критикуя эти ограниченности, идеалистические философские течения вносят свой положительный вклад в решение коренной философской проблемы – “человек и мир”. Но проходит время, наука создает новую, более широкую и глубокую, более адекватную действительности картину мира – возникает новое, более совершенное ее философское обобщение, которое становится методологической основой дальнейшего познавательного процесса. Материализм первых натурфилософов – идеализм Пифагора и Платона – материалистическое в своей основе учение Аристотеля – идеалистическая схоластика средневековья – метафизический материализм XVII-XVIII веков – идеалистическая философия Гегеля – диалектический материализм – его современная критика18). Эта схема при всей ее упрощенности, не отражая всех деталей и сложностей развития мировой философской мысли, тем не менее определяет диалектику и главное направление этого развития. И эволюция космологических представлений человечества всегда была необходимым и важным звеном этого процесса познания человеком мира и самого себя. ПРИМЕЧАНИЯ: 10) О путях дальнейшего развития можно размышлять, если выйти за пределы единичного куба на рис. 2, в области, где координаты принимают значения больше 1. Например, если значение z=v/c1, то это будет физика техионов – частиц, движущихся только со скоростями, большими скорости света. 11) Кварки – элементарные частицы с дробным электрическим зарядом, из которых состоят нуклоны и другие частицы, участвующие в сильном взаимодействии, глюоны (склеивающие) – кванты поля, осуществляющего сильное взаимодействие между кварками. 12) Название “инфляционная стадия” связано с тем, что болезнь экономики многих стран – денежная инфляция, если ей не противостоят противоинфляционные процессы, также развивается по экспоненциальному закону (в чем мы в Украине имели возможность убедиться в 1992-1995 годах). Наличие на инфляционной стадии отрицательного давления, т.е. силы отталкивания, привело к тому, что теперь пригодились результаты, полученные ранее в космологии с Λ-членом А. Эйнштейном, В. де-Ситтером, Ж. Леметром. 13) Из постоянных G, c и h можно образовать три постоянных с разномерностями длины, времени и массы – они и называются планковскими длиной (lPl10-33 см), временем (lPl10-43 с) и массой (mPl10-5г≈1019ГэВ). 14) Поэтому, по нашему убеждению, научное и религиозное мировоззрение не совместимы. И их борьба за умы и души людей неизбежна. Другое дело, что эта борьба не должна принимать форму ни сожжения книг, а то и их авторов, ни разрушения храмов. 15) В связи с этим обратим внимание на то, что массы большинства элементарных частиц тяготеют, как к среднему значению, к массе нуклонов, а масса электрона значительно (в 2000 раз) меньше. Заметим также, что поскольку разность масс нейтрона и протона определяется в основном разностью масс образующих их кварков u и d, то невыполнение имеющего место неравенства масс означало бы одновременно и нестабильность протона. 16) Все это вытекает из анализа обобщенного потенциала задачи (суммы гравитационного или кулоновского и центробежного) при условии, что гравитационная и кулоновская силы являются предельно дальнодействующими, т.е. убывающими с расстоянием наиболее медленно, при конечной полной энергии взаимодействия. Для этого их потенциал должен удовлетворять уравнению Лапласа соответствующей размерности и убывать в N-мерном пространстве расстоянием как r-(N-2). 17) Антропный принцип привлек к себе значительное внимание после появления работы английского астрофизика Б. Картера в 1976 году. Но соображения, которые, собственно говоря, уже содержали этот принцип, высказывались еще в 50-60-е годы Л. А. Зельмановым и Г. М. Идлисом. 18) Речь идет о критике научной, объективной, а не о его конъюнктурном отрицании и отбрасывании. Ибо нужно различать диалектический материализм как философское учение, ставшее неотъемлемой частью мировой философии, и определенные социальные процессы, в том числе и негативные, которые связаны как раз с отходом от методологии диалектического материализма. Не случайно К. Маркс по итогам опроса, проведенного в Англии с помощью сети Интернет, признан самым выдающимся философом минувшего двухтысячелетия. ЛИТЕРАТУРА Александров Ю.В. Астрономія. Історико-методологічний нарис. К.: Сфера, 1999. Вайнберг С. Первые три минуты. М.: Энергоиздат, 1981. Вайнберг С. Гравитация и космология. М.: Наука, 1975. Долгов А.Д., Зельдович Я.Б., Сажин М.В. Космология ранней Вселенной. М.: Изд-во МГУ, 1988. Зельдович Я.Б., Хлопов М.Ю. Драма идей в познании природы. М.: Наука, 1988. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. М.: Наука, 1979. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теория поля. М.: Наука, 1985. Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. М.: Наука, 1990. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М.: Наука, 1990. Окунь Л.Б. Физика элементарных частиц. М.: Наука, 1988. Знаком отмечена литература для подготовленного читателя. 0 – классическая механика 1 – ньютоновская теория гравитации (G) 2 – специальная теория относительности (с) 3 – квантовая механика (h) 4 – общая теория относительности (с, G) 5 – нерелятивистская квантовая теория гравитации (h, G) 6 – релятивистская теория поля (с, h) 7 – общая физическая теория (с, G, h) x = Fr2/ Gm2; y = h/S; z = v/c F, r, m, S, v – характерные значения силы, расстояния, массы, действия и скорости Рис. 2. Структура современной физической теории α – бегущие безразмерные константы взаимодействий: s – сильного; w – слабого; em – электромагнитного; g – гравитационного αg= Gm2/ hс; αe=e2/ hс; αw= gFm2c/h3; gF≈10-49epгcм3 ; α≈a/ln(m/mp) Рис. 3. Схема построения единой теории поля (dr/dt)2=E-W; W=c2/2r2-GM/rN-2; E≥W E – полная энергия, W – сумма центробежного и гравитационного потенциалов, с – кинетический момент, N – размерность пространства Рис. 4. Задача двух тел в пространстве N измерений РЕЗЮМЕ Розглянута історія розвитку космологічних уявлень людства, описане становлення релятивістської космології Ейнштейна-Фрідмана-Гамова. Розкривається взаємозв’язок проблем опису раннього Всесвіту та створення єдиної теорії поля. Аналізуються фізичний та загальнонауковий зміст і філософське значення антропного принципу. SUMMARY The evolution of mankind’s cosmological views through history is being considered in this article. The development of the relativistic Einstein-Fridman-Gamov’s cosmology is being described. The author demonstrates the connection between the problems of the early Universe description and the creation of the unified field theory. The physical and general scientific content of the antropic principle is being analysed alongside its philosophic meaning. Врезки – Построение единой теории поля – одна из самых “горячих точек” в современном естествознании. И находится эта точка как раз на стыке физики элементарных частиц и космологии ранней Вселенной – С давних времен важной формой поиска закономерностей и гармонии в окружающем нас мире было выявление в нем тех или иных симметрий – Фундаментальные физические свойства нашего мира перестают быть просто совокупностью эмпирических фактов. Мы можем уже ставить вопросы, почему эти свойства именно такие, какие они есть и как они возникли – Этот вывод огромного общенаучного и философского значения получил название антропного принципа – Существование мира, в котором возникла разумная жизнь, явление целиком естественное и закономерное, но закономерность эта носит статический характер