Филип Стотт
ЖИЗНЕННО ВАЖНЫЕ ВОПРОСЫ
Глава 2
Знаем ли мы что-нибудь вообще?
Вопрос происхождения и начала мира имеет огромную важность. Весь взгляд человека на жизнь зависит от его представления о том, как произошли Вселенная и все сущее в ней. В древних культурах существовало много повествований о начале всех начал, и почти все они были настолько несостоятельными и неудовлетворительными, что давно уже забыты. Но одно древнее повествование остается в силе и все еще находит много сторонников. Одна из причин подобного положения заключается в том, что это единственное последовательное и заслуживающее доверия изложение данного вопроса. Оно содержится в Библии. Примерно до конца прошлого столетия большинство образованных людей западного мира принимало библейское повествование как истинное. В нем говорится: "Вначале сотворил Бог небо и землю". Из родословия человека в Библии следует, что это сотворение произошло, вероятно, всего лишь несколько тысяч лет назад.
К середине XIX столетия Джеймс Геттон и Чарлз Лайель популяризировали представление о "геологическом времени", о миллионах лет и чисто естественных процессах, что заменяло саму идею божественного вмешательства. Это изменило взгляд научной общественности на вопрос происхождения мира. Философы и ученые начали искать объяснение всему в чисто естественных процессах.
Здесь нужно ясно осознать, что такие представления на самом деле ненаучны. Наука, как отмечали Д. И. Менделеев, Э. Мах и А. Эйнштейн, имеет дело с измерениями, все остальное является предположениями. Запись истории охватывает период примерно в 5 тысяч лет. Никакой ученый не может отправиться назад во времени и произвести измерения того, что происходило ранее; так что, когда ученые сообщают о чем-либо, что происходило более чем 5 тысяч лет назад, они неизбежно имеют дело с предположениями.
|
Рис. 3. Популярное сегодня представление о происхождении — гигантский взрыв.
|
Популярное сегодня предположение о происхождении Вселенной известно под названием "теория большого взрыва". Вначале было "космическое яйцо". По поводу размеров "яйца" мнения экспертов разделяются: большинство говорит, что оно было меньше булавочной головки, некоторые утверждают — миллионы километров в диаметре, другие не сообщают его действительных размеров, но просто заявляют, что оно было чрезвычайно плотным. Однако все они, по-видимому, соглашаются, что примерно 15 миллиардов лет назад это "яйцо" взорвалось и образовался газ, называемый водородом. Какое-то количество атомов водорода столкнулось, что привело к образованию другого газа — гелия. Эти водород и гелий, вместе с маленькими сгустками энергии, называемыми фотонами, с огромной скоростью начали разлетаться из центра взрыва.
По мере того как шар горячего газа расширялся, он охлаждался. Охлаждаясь, он собирался в облака, которые сжимались, накалялись и образовывали звезды. Ядерные реакции в звездах привели к появлению "тяжелых" элементов, таких, как кислород, железо и углерод. Звезды взрывались, рассеивая эти элементы по всей Вселенной. Газовые облака, обогащенные тяжелыми элементами, сжимались и образовали, среди всего прочего, Солнце, планеты и Землю. Развитие продолжается, и атомы, молекулы и фотоны, соединяясь в результате случайных процессов, образуют растения, животных... человека.
Хотя это представление известно как "теория большого взрыва", на самом деле оно не заслуживает названия "теории" согласно системе, которой, как это обычно утверждается, следует наука. Скорее, поскольку не представляется возможным никоим образом проверить ни одного действительно важного положения этой теории посредством эксперимента, она относится к разряду гипотез. Эта удивительная история, по всей видимости, противоречит повседневному опыту. Опыт убеждает нас, что любая система, предоставленная сама себе, истощается, становится более случайной, менее упорядоченной, более хаотичной. Однако здесь нам говорят, что порядок и сложность всей Вселенной произошли из полнейшего беспорядка, когда два газа стали стремительно разлетаться из центра взрыва. Если наука приняла представление, которое полностью противоречит всякому опыту, следует предположить, что существуют убедительные доказательства в поддержку этого представления и весьма веская причина, по которой оно вообще было выдвинуто.
Ученые обнаружили, что каждый элемент обладает характерным расположением линий в спектре. Например, в видимом спектре кальция — три близко расположенные красные линии, одна оранжевая, одна зеленая и шесть синих линий. Астрономы исследуют исходящий от звезд свет и на основании анализа расположений линий в спектре делают вывод, какие элементы могут содержаться в самых далеких звездах. Примерно сто лет назад было обнаружено, что расположение линий не всегда соответствует ожидаемому. Иногда оно слегка смещено в сторону синей части спектра, но чаще — в сторону красного конца спектра. Единственное объяснение, которое кто-либо, похоже, мог предложить в то время, заключалось в том, что звезда с синим смещением должна двигаться по направлению к Земле, а звезда с красным смещением — от Земли. Это явление называется "эффектом Допплера".
|
Рис. 4. Расположение линий в спектре кальция.
a - спектр кальция, b - спектр кальция смещенный в фиолетовую часть спектра, c - спектр кальция смещенный в красную часть спектра, d - спектр кальция со значительным красным смещением
|
Помимо звезд астрономы обнаружили размытые пятна света, которые, как они установили, являются огромными звездными скоплениями. Их назвали "галактиками". Обычно в спектрах галактик наблюдается красное смещение. Астроном Эдвин Хаббл заметил загадочную связь: чем слабее свет от галактики (а значит, чем она дальше), тем сильнее красное смещение в ее спектре (следовательно, тем с большей скоростью она, вероятно, должна удаляться от Земли). Интересным в этом наблюдении было то, что такая картина представала везде, в какую бы сторону ни смотрели. Во всех направлениях далекие галактики, казалось, разбегались от Земли с большой скоростью. Похоже было на то, что вся Вселенная расширяется, и центром этого расширения, по всей видимости, является Земля.
Если Вселенная расширяется, то в прошлом она, очевидно, была меньше. Если это так, рассудили ученые, тогда, вероятно, было время, когда все вещество во Вселенной было сосредоточено в одной точке. Так родился "большой взрыв".
В этом представлении, однако, целый ряд проблем.
Считается, что "космическое яйцо" было плотнее, чем "черная дыра, из которой (как говорят нам те, кто верит в "черные дыры") ничто не может вырваться, даже свет. Но все во Вселенной вырвалось из этой "черной дыры".
Вылетевшее из центра взрыва вещество распространяется и рассеивается. Облако газа просто бы истончилось и охладилось. Как отметил Ф. Хойл, "большой взрыв" ведет к "невыносимо скучному расширению, которое адиабатически (т. е. без добавления или отнимания тепла) деградирует до тех пор, пока оно не способно вообще ничего сделать"1. И тем не менее теория утверждает, что этот расширяющийся газ собирается в облака, которые сжимаются, и образуются галактики, звезды, планеты и люди. Создатель этой теории, Лематр, сделал предположение, что расширение должно было остановиться на какое-то время, достаточное для того, чтобы газ собрался и образовались облака. Затем облака, вероятно, снова помчались по своему пути. На большинство ученых эта идея впечатления не произвела. Откуда появилась энергия, чтобы остановить начальное расширение? И откуда появилась энергия, чтобы все снова привести в движение после того, как образовались облака? Поэтому большинство отвергает предположение, что в стремительном движении от центра взрыва была какая-либо пауза. Тогда каким образом вместо равномерного расширения вещества стали образовываться его скопления? Поскольку не было предложено никакого правдоподобного объяснения, стало необходимым верить, что взрыв происходил в очень специфических условиях. Такие теории привели к появлению "антропного принципа", который фактически утверждает, что этот взрыв, вероятно, был чрезвычайно тщательно спланирован, специально для того, чтобы со временем сделать возможным существование человека.
Газовое облако высокой температуры имеет тенденцию рассеиваться. Теория же утверждает, что гравитационное притяжение удерживало молекулы газа вместе и приводило к сжатию облака. Вычисления показывают, что, если температура облака выше 5° от абсолютного нуля (или —268° по Цельсию), то тепловая энергия молекул газа, стремящаяся рассеять облако, больше гравитационной энергии, вызывающей его сжатие. Поэтому, для того чтобы начать сжиматься, облако должно быть холоднее 5° от абсолютного нуля. Сегодня во Вселенной существуют облака газа, из которых, как считают астрономы, образуются звезды. Была измерена температура этих облаков. Она оказалась слишком высокой, примерно 100° от абсолютного нуля, поэтому невозможно, чтобы облака сжимались и образовывали звезды сегодня. Но теория "большого взрыва" говорит, что в прошлом температура облаков была еще выше. По всей видимости, их сжатие в прошлом было еще более невероятно, чем сегодня. Чтобы устранить это противоречие, приходится вводить дополнительные теории. Излюбленная из них — это допущение, что рядом с облаком газа и пыли взрывается звезда. Такая взорвавшаяся звезда называется "новой звездой" или, если она достаточно яркая, "сверхновой". Предполагается, что этот взрыв вызывает сжатие газово-пылевого облака; но, похоже, нет никакой убедительной причины, почему это должно быть так. По логике, такой взрыв должен вызывать рассеивание, а не уплотнение облака. В этой теории есть еще один парадокс. Взорвавшаяся звезда должна была образоваться много лет назад, когда расширяющийся газ был еще горячее, чем сегодня. Следовательно, звезде, которая стала "новой звездой", было даже' сложнее образоваться, чем ее преемнице, родившейся в результате взрыва.
Вещество, вылетевшее из центра "большого взрыва", должно было иметь огромный импульс, но законы механики показывают, что оно не могло обладать моментом импульса, другими словами, эта материя должна была разлетаться из центра взрыва по прямой. Однако все астрономы сходятся во мнении, что Вселенная наполнена телами, которые вращаются, а также движутся по кругу (или, вернее, эллипсу), Эти тела обладают значительным моментом импульса. Откуда он появился? Эту трудность можно преодолеть, если предположить, что было несколько "маленьких больших взрывов", взаимодействующих друг с другом. Комментируя возможность 'маленьких больших взрывов", Ф. Хойл отметил: "...с математикой маленьких больших взрывов труднее справиться, чем с математикой одного простого большого взрыва"2. Он предлагает ученым по возможности придерживаться теорий, с математикой которых они могут справиться, даже если эти теории логически не очень убедительны.
Считается, что "большой взрыв" привел к образованию водорода и гелия. Можно постараться и при помощи манипуляций вывести их "точное" соотношение; обычно допускают, что гелия было немного меньше, чем 20%. Но как только выбрана цифра, она должна приниматься за постоянную величину в отношении всего взрыва. Весь газ, появившийся из "большого взрыва", должен иметь одно и то же относительное содержание гелия. Все облака и все звезды, образовавшиеся из этих облаков, должны иметь одно и то же содержание гелия. Дальше теория говорит, что ядерные реакции внутри звезд превращают водород в гелий, так что было бы вполне возможным встретить звезды, где гелия больше, чем предполагаемая начальная величина; но, по-видимому, содержание гелия никак не может стать меньше. Однако существует группа звезд "Б-типа" (яркие голубые звезды, которые, как считают астрономы, являются "молодыми"), в которых содержится только около 1% требуемого гелия3. Очевидно, это еще одно противоречие в теории.
Многочисленные трудности теории свидетельствуют о том, что "большой взрыв" не может быть верным объяснением происхождения Вселенной. Размышляя над противоречиями этой теории, американский астроном Аллан Гут предположил, что можно было бы объяснить некоторые из них, если бы вся Вселенная могла расширяться со скоростью, превышающей скорость света в течение ограниченного (обязательно ограниченного) времени на ранних стадиях "большого взрыва". Практически все ученые мира принимают скорость света за предельную, они полагают, что ничто не может превышать скорости света. Но, как отметил Гут, если допустить, что все во Вселенной двигалось со скоростью, большей скорости света в течение короткого промежутка времени, то это могло бы вывести "большой взрыв" из области невероятного. Эта идея называется "инфляцией". Никогда не наблюдалось явления, подобного этому. Никогда не выдвигалось действительно правдоподобного объяснения, как такое могло произойти. "Инфляция" помогает понять, как ученые иногда преодолевают теоретические трудности. Столкнувшись с фактами, не совместимыми с теорией, они осознают, что необходимо что-то еще, чтобы теория могла выжить. Это "что-то еще", называемое ad hoc (латинское "ad hoc" означает "специальный", "устроенный для данной цели". — Примеч. ред.), привносится только для того, чтобы устранить определенную трудность в теории. Затем ученый, возможно, исследует последствия принятого предположения. Бесполезность некоторых ad hoc вскоре распознается. Становится очевидным, что они вовсе не спасают теорию. Но если теория кажется правдоподобной, то возникает сильное искушение думать, что ad hoc может оказаться верным. Сейчас большинство сторонников теории "большого взрыва" принимает "инфляцию". Предполагается, что на ранних стадиях "большого взрыва" все было настолько горячим, что материя и энергия могли свободно меняться местами друг с другом. Выражаясь научным языком, материя и энергия были "соединены". Но поскольку горячий газовый шар расширялся, он, по всей вероятности, очень быстро охладился, а материя и энергия "разъединились". Тогда излучение высокой энергии — фотоны — высвободилось и помчалось в бесконечность со скоростью света, чтобы никогда больше не встретиться с оставшейся позади материей ("инфляция" к тому времени уже закончилась). Но этот сценарий слишком скучен, чтобы представлять какую-либо ценность, поэтому теория удерживает энергию внутри Вселенной посредством того, что фактически заключает Вселенную в шар с идеально отражающей поверхностью, который расширяется по мере того, как пытающийся вырваться из него свет "толкает" его изнутри. На самом деле теоретики не говорят об идеально отражающей оболочке Вселенной, они, в сущности, говорят о расширении самого пространства (интересное представление, которое поднимает некоторые щекотливые вопросы!). Это эквивалентно отражающей эластичной оболочке. Расширение ведет к тому, что температура фотонов энергии падает. Спустя какое-то время их температура должна была понизиться до такой степени, что они стали невидимы и приняли частоту микроволн. Сторонники теории "большого взрыва" рассчитали, что эта энергия должна обладать "спектром" определенного рода и определенной интенсивностью. В
1965 г
. двое ученых из телефонных лабораторий Белла в Америке случайно обнаружили микроволновое излучение, поступающее из всех областей неба. Почти сразу они получили Нобелевскую премию за предоставление первого и единственного "доказательства" теории "большого взрыва". Теория предсказывала микроволновое излучение, но, к сожалению, его интенсивность была примерно в 100 раз меньше предполагаемой. Другое затруднение в вопросе о фоновом излучении состоит в том, что оно, по всей видимости, действует как космическая система координат. Измеренный относительно нее дипольный момент характеризует скорость перемещения через космическое пространство. Считается, что теория относительности А. Эйнштейна, которая представляет собой главный инструмент в обосновании гипотезы большого взрыва", отрицает существование космической системы координат. Существует несколько других объяснений фонового излучения, но их редко упоминают. Лучше всего с наблюдаемым спектром этого излучения согласуется объяснение, что скорость света в настоящее время сильно уменьшилась 4. Это представляется наименее приемлемым из всех объяснений. Оно поставило бы под сомнение многие другие излюбленные научные теории, не только теорию "большого взрыва".
С фоновым микроволновым излучением была еще одна проблема. Оно казалось абсолютно равномерным, "гладким", как говорят астрономы. Хотя сложно понять, каким образом звезды, галактики и т. д. могли вообще образоваться из расширяющегося газового облака, многие допустили, что это могло стать возможным, если начальное распределение вещества при взрыве было неравномерным. Наблюдения показывают, что распределение вещества во Вселенной очень неоднородное. Такая неоднородность должна была привести к неравномерности фонового излучения, но оно было слишком гладким, по-видимому, совершенно гладким. Для детального исследования этого космического излучения был построен спутник. Данные спутника также показали совершенную равномерность фонового излучения. Позднее к этим данным была применена искусная система поправок, которые привели к почти незаметным колебаниям — на малую долю процента. Такой небольшой неровности, по-видимому, недостаточно для объяснения неоднородности Вселенной. Но некоторые прибегли к ловким домыслам по поводу периода "инфляции". Поскольку период "инфляции" находится за пределами экспериментальной проверки, можно свободно заниматься домыслами, не будучи связанным неудобными фактами или наблюдениями. Если достаточно умело потрудиться над изобретением теорий ad hoc, то, похоже, по вопросу неоднородности "большой взрыв" все еще правдоподобен для тех, кто желает в него верить. Существуют другие, похожие на правду, объяснения небольшой неравномерности фонового излучения, но они упоминаются редко 5.
Еще одна проблема в теории проистекает из наличия красных смещений, которые и породили все эти домыслы. Ученые обнаружили факты, свидетельствующие о том, что движение, вероятно, не является причиной красных смещений. Наиболее значительный среди таких ученых — известный астроном Хальтон Арп, который в течение долгого времени в одиночку возражал против ортодоксии. Теперь к нему присоединились другие компетентные ученые 6. Даже если бы красные смещения и являлись результатом движения, было показано, что такие смещения могут также происходить вследствие другого движения, а не только расширения Вселенной. Другое объяснение было предложено Фредом Хойлом 7. Еще одно объяснение — уменьшение скорости света — кажется довольно перспективным, но, как уже упоминалось, такое представление очень непопулярно и его обычно игнорируют. Истина, судя по всему, заключается в том, что никто в действительности не знает, расширяется ли Вселенная, сжимается ли или сохраняет те же размеры. Но если она действительно расширяется, то необходимо ответить на вопрос, поднятый Эдвардом Харрисоном из Массачусетсского университета, который показал, что расширение пространства ведет к образованию энергии. Его вопрос звучал так: "Тот факт, что расширение Вселенной может, хотя бы в принципе, быть источником энергии, возвращает нас к проблеме, которую физики с успехом игнорировали на протяжении многих лет - откуда берется энергия, которая заставляет Вселенную расширяться?"8
После ознакомления с таким положением дел возникает искушение отойти в сторону и спросить: "Но почему теория "большого взрыва" столь широко принимается, если так мало фактов в ее поддержку и так много фактов против нее?" По-видимому, даже сами ученые знают, что она не может быть верной. Джон Мэддокс, редактор престижного журнала "Nature" в статье "Долой большой взрыв" отметил: "Во всех отношениях, за исключением удобства, этот взгляд на происхождение Вселенной полностью неудовлетворителен" 9. Позднее в другой редакционной статье он так прокомментировал результаты, полученные с помощью космического телескопа Хаббла: "...этот результат, третий такого рода в течение года, показывает несостоятельность общепринятого представления о "большом взрыве" как о начале Вселенной"10. Лиф Робинсон, указав три основных противоречия, сказал: "Эта трилогия была создана не для того, чтобы вылить ушат холодной воды на состояние знаний по астрономии. Скорее, это попытка сосредоточить внимание на проблеме — как принимать все растущие мощные волны принципиально отличной информации"11. Использование им выражения "принципиально отличная информация" -это вежливый способ сказать: "факты, опровергающие популярные теории астрономии". И он признает, что существует не просто считанное число фактов, но "все растущие мощные волны". Тогда почему же влиятельные научные круги продолжают распространять теорию "большого взрыва"? По-видимому, есть только один ответ на этот вопрос. Не существует альтернативы, приемлемой с философской точки зрения для ученых. Было показано, что все предложенные приемлемые альтернативы оказались даже хуже с научной точки зрения, чем "большой взрыв".
|
Рис. 5. Галактика "Водоворот". Многие астрономические объекты как будто кружатся наподобие водоворотов. Теория "большого взрыва не дает удовлетворительного объяснения очевидному в данном случае моменту импульса.
|
Немногие ученые достаточно честны, чтобы изменить свои представления по поводу того, что является философски приемлемым, например, Фред Хойл, вопреки своей склонности, признал, что "космологическом исследовании явно не хватает одного компонента. Происхождение Вселенной, как и решение задачи кубика Рубика, требует разума"12.
Хотя Хойл, вероятно, очень не захочет это признать, но этот великий ученый - один из немногих, кто готов взглянуть в лицо тому факту, что он (как и другие ученые) может ошибаться в фундаментальных вопросах, — оказывает поддержку древней парадигме сотворения. Его вывод согласуется с утверждением, в которое верили ученые до того, как к власти пришел материализм: "Вначале сотворил Бог небо и землю".
Это простое утверждение, однако, не доставляет удовлетворения тем, кто привык требовать для всего натуралистического объяснения. Они желают знать точно, как это было сделано. Поскольку наука не способна отправить наблюдателей назад во времени посмотреть, что происходило на самом деле, единственной возможностью, оставшейся для решения вопроса происхождения Вселенной, было бы принять авторитет божественного Откровения — если, конечно, оно дает какое-либо указание о том, как в действительности была сотворена Вселенная. В Библии содержится очень мало информации, но, возможно, в ней дается ключ к разгадке механизма, который был использован. В Книге Исайи мы читаем, что Бог "сотворил все, один распростер небеса" (44:24). В Книге Иеремии говорится, что Он "разумом Своим распростер небеса"(10:12). Это представление о том, что небеса были "распростерты", повторяется в нескольких других стихах13. Поэтому интересно пофантазировать о том, как выглядела бы Вселенная, если бы такой процесс действительно был использован.
Легко понаблюдать, что произойдет, если что-либо "распростереть" в любой текучей среде — жидкости или газе. Нужно просто наполнить емкость водой, сжать в воде руки и распростереть их, то есть развести в стороны. Если над водой есть свет, тогда на дне можно увидеть тени небольших водоворотов, кружащихся в воде. Это характерная черта любого процесса, когда что-либо распростирают: он вызывает появление водоворотов. Если мы окинем взором Вселенную, то увидим множество объектов, как будто кружащихся наподобие водоворотов. Существуют миллионы "спиральных галактик", которые выглядят точно так же, как небольшие водовороты, получившиеся в ходе нашего маленького эксперимента с резервуаром воды. Одна из них даже называется Галактика "Водоворот".
Наличие момента импульса — очевидной тенденции любого объекта вращаться (чему нет никакого правдоподобного объяснения в теории "большого взрыва") - является естественным следствием процесса, который предлагает Библия. Безусловно, кажется более вероятным, что Вселенная появилась в результате процесса, при котором она была "распростерта", чем в результате процесса взрыва. Но как и все теории о происхождении, это в действительности не доказуемо наукой; все, что может сделать наука, - это посмотреть, будут ли предсказания такого процесса согласовываться с наблюдаемыми фактами. Но даже если все наблюдения будут согласовываться с данным представлением, мы все равно примем или отвергнем его лишь на основе веры.
Любая теория о происхождении мира может быть принята лишь на веру.
___________________
1 Hoyle Fred // NEW SCIENTIST. 1981. Nov. 19. P. 523.
2 См
.: Hoyle Fred. THE INTELLIGENT UNIVERSE. Michael Joseph.
London
. 1983. P. 179.
3 См
.: Sciama D. W. MODERN COSMOLOGY. P. 150-153.
4 См
.:
Norman
Т., Setterfield B. Atomic Constants Light And Time I/ STANFORD RESEARCH INTERNATIONAL. INVITED RESEARCH REPORT. August 1987; Troitski V. S. ASTRO PHISICS AND SPACE SCIENCE. 139. 1987. P. 388-411.
5 См
.:
Wickramasinge
N.C.
NATURE. August 1992. Vol. 358. 13th. P. 547.
6 Guthrie В., Napier W. MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY. 1991. Dec. 1; Tifft W. ASTROPHISICAL JOURNAL. Dec. 1. 1991.
7 Hoyle Fred. THE INTELLIGENT UNIVERSE. P. 181, 182.
8 Цит. по: Chown M. Expanding space gets something for nothing // NEW SCIENTIST. 1995. 4 Feb. P. 15.
9 Maddox John. Down With the Big Bang // NATURE. 1989. August. Vol.340, 10th.
10 Madox John. Big Bang not yet dead but in decline /I NATURE. Vol. 377. 14 September. P.
99. См
. также: Lemer E. J. THE BIG BANG NEVER HAPPENED, Times books, Random House.
New York
. 1991.
11 Robinson L. J. A Family Named Universe // THE ASTRONOMY ENCYCLOPEDIA. Mitchel Beazley, 1987. P. 9.
12 Hoyle Fred. THE INTELLIGENT UNIVERSE. P. 189.
13 3ax. 12:1; Пс. 103:2; Ис. 51:13; Иер. 51:15.
|
|