Возможно ли изучение Мира в целом? Проблемы экстраполяции.

Научный метод познания опирается на принципы проведения и анализа результатов локальных экспериментов, в рамках которых физические явления могут быть неоднократно воспроизведены в лабораторных условиях с фиксированной степенью точности. Масштабы лаборатории, а, следовательно, и масштабы изучаемых явлений, на всех этапах развития науки определялись доступными пространственно-временными интервалами и энергетическими возможностями человека-исследователя. ХХ век продемонстрировал, как глубоко в структуру материи удается проникнуть, используя методы, приборы и энергетику экспериментальной физики совместно с мощным математическим аппаратом и теоретическими концепциями. Современная физика достаточно уверенно чувствует себя на масштабе энергий порядка сотен ГэВ, т.е. на расстояниях порядка 10^-13 м. Мы умеем вычленять отдельные события в микромире, изучать их экспериментально, воспроизводя физические процессы на малых пространственно-временных промежутках с помощью прибора-приготовителя (например, ускорителя элементарных частиц) и измеряя их характеристики прибором-регистратором (детекторами элементарных частиц), а затем анализировать полученные результаты в рамках квантовой теории. Однако насколько существенными оказываются наши успехи в изучении микрообъектов и их свойств для ответа на вопрос иного масштаба: возможно ли, в принципе, изучение Мира, Вселенной, в целом? Проблема здесь в том, что Мир в целом, вся Вселенная (если она вообще одна) недоступна для экспериментального лабораторного исследования. Явления, изучаемые в лаборатории в воспроизводимых локальных экспериментах, отражают процессы глобального характера лишь в той или иной степени. Поэтому задача познания Мира в целом должна исходно ставиться не так, как это было возможно ранее, при изучении эффектов локального типа. В лабораторной физике вначале фиксировались экспериментальные факты, а затем строилась теория, объясняющая результаты эксперимента и предсказывающая новые физические явления. Но попытка изучения всего Мира в целом может опираться только на изначально сформулированную теоретическую модель – естественно, при ее формулировке используются результаты всех известных локальных экспериментов и теоретические представления об их природе. Кроме того, нужно учитывать как бесконечность Вселенной, так и конечность сигнала, переносящего информацию, то есть обеспечивающего взаимодействие и взаимосвязь объектов исследования как между собой, так и с наблюдателем. Несмотря на очевидные трудности в самой постановке, задача анализа Мира в целом все же ставится сегодняшней наукой. При этом план действий должен быть таков: вначале необходимо сформулировать теоретическую модель, получить ее экспериментальные следствия (если это окажется возможным), затем рассмотреть сопоставление модели с экспериментом, точнее, с данными наблюдательной космологии.

Первая теоретическая модель всего Мира была предложена Исааком Ньютоном. Основными ее элементами являются пустое трехмерное пространство, в каждой точке которого часы показывают одинаковое универсальное абсолютное время. Галактики, звезды и планеты помещены в эту мерно тикающую пустоту, движение в которой создано исходным божественным Первотолчком. Развитие науки доказало ограниченность и примитивность такой картины мира.

Собственно, до создания общей теории относительности (ОТО) Альбертом Эйнштейном, адекватной модели Мира и не было. После некоторого периода поиска модели стационарной Вселенной, решения уравнений ОТО, полученные Александром Фридманом, упрочили обоснование гипотезы расширяющейся Вселенной. Сейчас, после открытия Эдвином Хабблом эффекта разбегания галактик, можно сказать, что эта модель Мира подтверждена экспериментально. Именно эта модель Вселенной лежит в основе теории Мира в целом – космологии. Особенность постановки вопроса состоит в том, что ОТО устанавливает связь между характеристиками пространства-времени и вещества. Сама ОТО представляет собой, по сути дела, теорию одного лишь типа взаимодействий – теорию гравитации. Но для ее использования в космологии необходима и последовательная теория элементарных частиц, свойства которых фиксируются в правой части уравнений Эйнштейна.

Когда ставится вопрос об изучении Мира в целом, главная проблема, которую при этом необходимо иметь в виду – это проблема экстраполяции. Речь идет о том, что экспериментально изученные нами свойства вещества и силовых полей относятся лишь к той области мира, где мы живем. Это, прежде всего, планета Земля, Солнечная система, экспериментально изучаемая с помощью космических аппаратов, и Галактика, о которой имеется детальная астрономическая информация. При построении же теории Мира в целом мы встречаемся с системой, состоящей из мириадов галактик, их скоплений, квазаров и, возможно, других экзотических объектов, находящихся, к тому же, в нестационарном, эволюционирующем пространстве-времени. Попытки исследования этой системы основаны на том, что наши знания об ограниченной пространственно-временной области, освоенной нами и доступной для наших локальных экспериментов, экстраполируются на все пространство-время. Что мы понимаем под словами – «все пространство-время»? Для ответа на этот вопрос нам придется уточнить геометрические представления о Мире в целом. Естественно, гипотеза о том, что свойства вещества и силовых полей одинаковы во всех участках Мира, представляет собой простейший из возможных вариантов экстраполяции. Идя от простого к сложному, необходимо выяснить, какие возможности развития теории познания предоставляет именно этот вариант экстраполяции.

При уточнении наших представлений о геометрической структуре Вселенной нам не обойтись без фактов и концепций, содержащихся в фундаментальной теории полей и взаимодействий. Основным в ней является то, что частицы и взаимодействия сами по себе имеют геометрическую природу, представляют собой локальные искажения расслоений пространства-времени. Однако на этом пути появляется возможность отхода от «стандартного» 4-мерного пространственно-временного континуума, поскольку один из возможных подходов к природе расслоений – введение многомерного пространства-времени совместно с процедурой компактификации дополнительных измерений. Какую же размерность мы можем приписать Миру в целом? Если и есть дополнительные измерения в том участке мира, где мы живем, то они компактифицируются, «сворачиваются» в трубки очень малого диаметра. Их след, проекция на наше 4-мерное пространство-время – расслоения. А что же происходит в других участках Вселенной? «Лишние» измерения там тоже компактифицируются, оставляя лишь след в виде расслоений? Или, может быть, компактификация пространства-времени неоднородна, и в разных участках мира происходит по-разному? Тогда и говорить об универсальной размерности Мира в целом нельзя. Все существующие на сегодня количественные космологические теории предполагают, что можно вводить единую размерность пространства-времени для всей Вселенной. Но нельзя забывать, что это всего лишь гипотеза, оправданная желанием Человека расширить свои представления о мире на всю Вселенную. Предполагается, что компактификация лишних измерений происходит всюду (во всем Мире в целом) до 4-мерного многообразия. Но можно ли быть уверенным, что дополнительные измерения, примыкающие к точкам 4-мерного пространства-времени, имеют одинаковые свойства в разных точках мира? Если свойства дополнительных измерений одинаковы, значит, и эффективные расслоения одинаковы в разных точках, т.е. взаимодействия фундаментальных частиц, как и сами частицы, обладают универсальными свойствами во всех точках пространства-времени. Если же свойства дополнительных измерений неоднородны, то эффективные расслоения в разных областях 4-мерной Вселенной различны, а значит, различны и свойства частиц и взаимодействий. В существующих сегодня космологических теориях предполагается, что эти свойства везде одинаковы! Таким образом, мы видим, что постановка задачи об изучении Мира в целом основана на очень сильных гипотезах об экстраполяции. В их справедливости нет уверенности ad hoc. Было бы странно, если бы все гипотезы об экстраполяции соответствовали реальности. Это означало бы, что в Мире в целом реализуется лишь одна из возможностей, которые допускаются теорией Мира в целом. Естественнее предполагать, что в расширенном мире есть возможности для реализации различных вариантов его устройства. Таким образом, мы приходим либо к представлению об очень большой Вселенной, разные участки которой обладают разными свойствами, либо, что тоже допустимо, к гипотезе о множественности миров, Вселенных, как-то связанных друг с другом, но сохраняющих и свои индивидуальные свойства.

Наука о Мире в целом на сегодняшний день сделала лишь первый, предварительный шаг. По сути дела, стоящие перед ней проблемы сводятся, в конце концов, к проблеме познания бесконечности. У нас нет полной уверенности, что вообще возможно ставить эту задачу. Конечно, несколько шагов на этом пути можно сделать, но даже второй шаг трудно себе представить. Первый же шаг основан на самой простой экстраполяции – на попытке изучения Вселенной с 4-мерным пространством-временем, законы геометрического расслоения которого одинаковы в разных точках. Когда мы говорили о других вариантах компактификации, то имелись в виду именно другие законы расслоений.

Таким образом, мы видим, что в границах уже первого шага возникают сложнейшие научные, мировоззренческие и философские проблемы. Обсуждению этих проблем и посвящены вторая и третья части книги.

Идеи теории Эйнштейна.

Теория тяготения – общая теория относительности Альберта Эйнштейна – является вершиной классической физики. Существуют определенные трудности при включении общей теории относительности (ОТО) в полную систему физических теорий, где важную роль играет квантовая парадигма, имеются проблемы квантования самого гравитационного поля, однако мы начнем излагать идеи ОТО, оставаясь в рамках классических представлений. Прежде чем обсуждать физические законы ОТО, предложенные Эйнштейном, давайте разберемся, какого же типа информация о мире содержится в словах «физический закон»?

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: