Вселенная как целое в научной картине мира - Астрономия и современная картина мира

Обращаясь к проблеме методологического обоснования современной космологии, мы не можем не коснуться вопроса о надобности такой процедуры. Действительно, как зарубежными (Х. Дингл, М. Мюнитц, Д. Норт, Ф. Типлер и др.), так и отечественными (Г. М. Идлис, В. В. Казютинский, А. Турсунов и др.) авторами проблема эта ставилась и дебатировалась неоднократно. Полученные результаты, в интересующем нас разрезе - направление эволюции космологического знания, т. е. в вопросе о ее пути (методе) - можно, не претендуя на полноту, свести к следующим положениям:

    1) Космология имеет свой собственный предмет, отличный от предмета физики или математики - физико-геометрический аспект Вселенной как целого. 2) Предмет ее исследования задается языком математики. 3) Следствия космологической теории должны получать в конечном счете опытное (наблюдательное, экспериментальное) подтверждение или опровержение, чем утверждается научный статус космологии.

Под опытной проверкой понимается наблюдательная и экспериментальная - в той мере, в какой физика элементарных частиц сопряжена с космологией - верифицируемость и фальсифицируемость космологического знания, производимая инструментальными средствами.

4) Любые попытки элиминировать эмпирическую верифицируемость космологического знания, или реинтерпретировать ее, расцениваются как угроза ее научному статусу, а поэтому, предварительно подвергнутые критике, должны быть выведены за пределы собственно научных исследований.

Первые два из приведенных пунктов как правило не являются спорными, а если и оспариваются, то различия альтернативных мнений не принципиальны. Гораздо сложнее обстоит дело с двумя другими. Неоднозначность оценки роли опыта в космологии породила два широких направления в методологической ориентации исследователей - проплатоновский и проаристотелевский - названные так в 30-е годы первоначально Динглом и позднее, видимо, заимствовавшим эту классификацию Турсуновым. И хотя сама эта классификация далеко несовершенна, ибо и Платон и Аристотель, например, в дедуктивном методе построения истинного знания о космосе не расходились, здоровое зерно в ней содержится.

Так Аристотель, в вопросах о свойствах Вселенной был более склонен к "эмпиризму", о чем прямо говорит в трактате "О небе": "конечная цель творческой науки - произведение, а физической - то, что в каждом конкретном случае непреложно является через ощущение" [1, с.359]. Платон, наоборот, скорее был склонен к геометрическому (умозрительному) объяснению и обоснованию знания, хотя всегда надо помнить, что геометрия Платона - телесна. В основании количественного отношения элементов космоса, по Платону, лежит правильная соразмерность, к которой их привел Бог, "упорядочивая все тщательно и пропорционально", говорит он в "Тимее" [2, с.499]. Причем все эти элементы столь малы, что единичный элемент любого рода "по причине своей малости для нас невидим" [2, с.499]. И совершенно непонятно, как собирался Аристотель "непреложно" явить этот факт "через ощущения", имевшимися в его время средствами. Понимание Платоном такой невозможности, соединенное с его философской (научной) объективностью, побуждало строить умозрительную картину космоса, а следовательно, как он сам неоднократно отмечает - картину правдоподобную: "Космос был создан по тождественному и неизменному образцу постижимому с помощью рассудка и разума" [2, с.470].

Как видим, еще в античности последние три пункта приведенных выше положений, вызывали различную реакцию. Тем более впечатляющей эта реакция может быть сегодня, когда тотальная математизация научного знания позволяет совершенно по-новому взглянуть на пифагорейско-платоновскую традицию и ее роль в истории европейской культуры, в целом, и новоевропейской науки, в частности, а особенно ее космологической отрасли середины и конца ХХ века, когда "космологичность" фундаментальных физических теорий, по словам А. Д. Линде, становится мерилом их реалистичности [3, с.5-6].

Обращение к истории и обоснованию современной космологии неслучайно еще и потому, что она аккумулировала в себе новейшие достижения математики, физики и философии. Поэтому по состоянию космологии, образно выражаясь, можно судить и о самом человеке. В его взгляде на "мир как целое" отражается он сам таким как он есть сам по себе, а не таким, каким он хочет себя видеть. Здесь справедливо утверждение: скажи каков твой космос (Вселенная) и я скажу кто ты сам. Именно эта странная зависимость человека от космоса (Вселенной) и обратная (антропный принцип) позволяет выявить и оценить те сдвиги в структуре космологического знания, которые имели место в течение нынешнего столетия. Этими сдвигами и определены задачи нашей статьи: 1) проследить на конкретном анализе истории космологических теорий и сценариев сформулированных и выдвинутых за последние 80-90 лет, взаимоотношение "эмпирического" и "внутритеоретического" факторов в обосновании космологического знания, 2) сделать допустимые обобщения выявленных тенденций.

В качестве предметной области нашего анализа выбраны, преимущественно, три последовательно господствовавшие до настоящего времени космологические парадигмы: ньютоновская теория Вселенной, теория Фридмана-Леметра и инфляционная теория Гуса, Линде, Альбрехта и Стейнхарда.

1. Ньютоновский этап становления научной космологии

Ньютоновская космологическая парадигма в начале века была представлена теорией иерархической Вселенной Шарлье, в основу которой была положена теория механики и модифицированная теория гравитации Ньютона*. Еще в 1900 г. С. Аррениус писал о концептуальной основе ньютоновской космологии то, что она опирается на незыблемый закон, из которого не было сделано ни одного исключения [4, с.86]. Однако абсолютизация механики Ньютона приводила не только к проблемам в физике, связанным с возникновением полевой теории Максвелла, но и к проблемам в космологии, где в частности, возникла необходимость устранения гравитационного парадокса Зеелигера.

Основной характеристикой ньютоновской космологии, которая оказала влияние и на создателя новой механики - была идея статичности, пространственной устойчивости вещества во Вселенной, распределение которого считалось равномерным*

Незыблемыми считались и сами законы, которым подчиняются небесные тела. Получив блестящее эмпирическое подтверждение в масштабах солнечной системы, теория Ньютона испытывала к концу 19-го века трудности внутритеоретического характера, поскольку не удавалось свести уравнения электромагнитного поля к уравнениям механики. И несмотря на то, что "прямого" отношения это к космологии не имело, трудности объективно указывали на "ограниченность" господствующей теории. Тогда же встал вопрос об отказе описания электромагнитных явлений с помощью теории сил, а значит мгновенное дальнедействие заменялось близкодействием, вводилось понятие эфира (поля), что объективно вело к разрушению представлений об абсолютном пространстве и абсолютном времени, их независимости от вещества, а значит и "падению" господства всей схематики мира Ньютона. Кроме внутритеоретических проблем накапливались и эмпирические, например, оставались необъясненными 43( столетнего смещения перигелия Меркурия и некоторые другие.

Все это говорило о том, что внутри и "вне" теории обнаружились границы ее применимости. Между тем, не взирая на это ньютоновская космологическая картина мира продолжала оставаться господствующей вплоть до начала 20-го столетия [6, с.7]. Концепции Ламберта, Райта, Гершеля, Шарлье и др. исследователей, не строили, принципиально отличной от ньютоновской, теории гравитации и механики - концепция устройства Вселенной Мичелла, построенная с учетом динамической теории материи Бошковича, являлась скорее исключением, чем правилом - а поэтому вынуждены были спасать положение либо введением ad hoc гипотез, либо решать те же проблемы, что и теория Ньютона. Это господство ньютоновской картины мира дает естественное объяснение оптимизму Аррениуса: в то время было невозможно представить какую-либо альтернативу бесконечной Вселенной, в которой "небесные тела рассеяны повсюду в безграничном пространстве в таком же приблизительно количестве, как в ближайшем соседстве нашей солнечной системы" [4, с.41]. В космологии конца 19 в. создалось специфическое положение, когда с одной стороны, постулировались какие-либо качества Вселенной, например бесконечность пространства и времени, равномерное распределение вещества*, а с другой стороны делалось логическое завершение собственно ньютоновской картины мира, исходя из анализа уравнений его механики. Наступил момент, когда, метафизическая часть картины мира Ньютона пришла в противоречие с ее физической частью. Уравнения механики приводили к бесконечному миру с неравномерным распределением вещества. В подлинно ньютоновской механической картине мира, Вселенная должна была сжиматься, но этого эмпирически не наблюдалось.

Принципиальное устранение гравитационного парадокса было возможно только благодаря созданию новой теории гравитации, которая бы своим появлением разрушила не только старые представления о вечной и статичной Вселенной как целом, но и изменила бы гносеологические акценты в описании внешнего мира. Чем глубже оказывался "срез" отображаемой Вселенной, тем слабее становились его огрубления, тем далее исследователь уходил от непосредственной наблюдаемости. Закон всемирного тяготения Ньютона получил в соединении с его механикой блестящее подтверждение в масштабах Солнечной системы. Подтверждение тому - не только интерпретация законов Кеплера, но предсказание существования новой планеты - Нептун. Позднее законы Ньютона прикладываются и к таким объектам как Галактика и скопление галактик. Однако, в применении ко Вселенной как целому гравитационная теория Ньютона теряла свою убедительность и гравитационный парадокс лишь высвечивал границу применимости теории, ее экстраполяционных возможностей. Поэтому ньютоновская космологическая программа, именно как первая попытка дать научное объяснение "современному" состоянию Вселенной как целого, была логически завершена и явно оформилась трудами ученых только в конце 19-го и начале 20-го века. До этого она была слишком "умозрительной", хотя и отвечала наблюдательным требованиям того времени. "Умозрительность" заключалась в необоснованной экстраполяции законов Ньютона (гравитации и механики) на Вселенную как целое. Такая процедура объективно приводила к коллапсу*, который получает свое теоретическое осмысление еще до создания ОТО.

Принцип Маха содержал в себе идеи дальнодействия, а он, как известно, послужил одним из оснований при создании ОТО. Даже в этом еще чувствовалось влияние идей классической гравитации и механики. "В соответствии с идеями Маха, инерациональные силы, наблюдаемые локально в ускоренной лаборатории могут быть интерпретированы как гравитационный эффект, имеющий свое происхождение в отдаленной материи, ускоренной относительно лаборатории" [7, с.925]. Но сама ньютоновская концепция как теория устойчивой бесконечной Вселенной получила свое наблюдательное опровержение лишь в 1929 г. открытием Хаббла, т. е. намного позже того, когда она была "опровергнута" теоретически на бумаге. Решающую роль в опровержении теории иерархической Вселенной (как последней оригинальной формы выражения ньютоновской космологической концепции) и подтверждение новой фридмановской космологии, построенной на базе уравнений поля Эйнштейна сыграло эмпирическое обоснование. Эмпирическое опровержение оказалось более весомым аргументом, чем множество парадоксов, выявленных теоретически, и вообще чисто теоретических трудностей. Если с парадоксами еще можно было бороться с помощью различного рода допущений, то спорить с наблюдательными фактами было гораздо труднее.

Таким образом, эмпирический критерий был главным в принятии теории Фридмана и опровержении (отбрасывании) теории иерархической Вселенной, построенной на базе теории гравитации и механики Ньютона. Внутритеоретические критерии обоснованности теории - непротиворечивость, простота, красота, независимость и др. рассматривались как необходимые, но недостаточные условия ее принятия или забраковки.

Опытная верифицируемость или фальсифицируемость космологического знания стала возможна благодаря доступности для земного наблюдателя тех явлений, которые подтверждали или опровергали теорию (свет от далеких галактик и их скоплений, реликтовый фон и др.), на конкретном этапе развития человеческого познания.

Перед космологией Ньютона вопрос о происхождении Вселенной стоял еще в чисто "метафизической" форме (никаких, собственно физических, механизмов не предполагалось - Вселенную создал Бог, а далее она существует по своим законам).

Похожие статьи




Вселенная как целое в научной картине мира - Астрономия и современная картина мира

Предыдущая | Следующая