Астрономия и современная картина мира

Согласно ОТО, вещество, изначально оказывающееся внутри образующейся ЧД, испытывает необратимое падение, коллапс в ее центральную точечную сингулярность, в которой плотность формально становится бесконечной. Показано было, что в рамках ОТО коллапс в центральную сингулярность, независимо от формы и начального распределения плотности в теле, неизбежен [33].

Еще одно фундаментальное свойство ЧД - то, что, как считают, для внешнего наблюдателя падающее на нее вещество (и даже излучение) при приближении к гравитационному радиусу rg (поверхности Шварцшильда) как бы неограниченно замедляется, и „достигает” rg лишь асимптотически за период времени t ( ( - то есть, говоря прямо, никогда не достигает... Тем более невозможно, с точки зрения внешнего наблюдателя, для падающего извне тела достигнуть центральной сингулярности внутри ЧД. Это, так сказать, происходит еще позже, чем никогда...

В таком виде ЧД и „употребляется”, как правило, в релятивистской астрофизике. Такой она стала известной и вообще астрономам. Такой она рисуется и в общей научной картине мира, - такой она канонизирована в НКМ.

Открытие С. Хокинга: черная дыра как физическое „абсолютно черное тело”. Уже давно было известно, что решений уравнений Эйнштейна, относящихся к нашей теме, существует два: одно описывает необратимый коллапс материи и образование ЧД, другое отличается от первого главным образом противоположным направлением движения материи (антиколлапс вместо коллапса, „белая дыра”, БД, вместо черной). В рамках ОТО эти два решения - разные и независимые, и одно не может „сшиваться” с другим, переходить в него - так же, как два корня уравнения х2=4, то есть +2 и -2 не могут „сшиваться” и переходить один в другой... Наблюдательное различие двух решений, для ЧД и для БД, однако, в том, что центральная сингулярность в ЧД считается принципиально ненаблюдаемой, в то время как аналогичная сингулярность в БД принципиально вполне наблюдаема. Правда, БД недолго привлекали внимание теоретиков. Оказалось, что образовавшиеся на заре существования Вселенной БД стали бы к нашей эпохе вполне ненаблюдаемыми; новые же БД образоваться не могут как раз из-за невозможности, в рамках ОТО, превращения коллапсара в антиколлапсар, то есть ЧД в БД. Появление БД допускается лишь как непредсказуемое проявление „у нас” образования ЧД „в ином мире”.

Еще одно обстоятельство, связанное с черными дырами. Ряд теоретиков подчеркивали, что в планковской окрестности точечной сингулярности в ЧД, совершенно аналогично такой окрестности космологической сингулярности, фундаментальные законы нашей физики также не работают. Но сингулярность в ЧД (и, стало быть, действующая в ней „не наша” физика) считается принципиально ненаблюдаемой... Насколько основательно это представление?

В развитии картины ЧД в середине 70-х гг. произошел поворот, какого никто не ждал. А именно, С.Хокинг открыл, что, собственно говоря, „черные дыры не так уж черны” [35], и должны излучать как нормальное физическое черное тело (“абсолютно черное тело” с температурой Т ~ М-1; „до-хокинговская ЧД” - это абсолютно черное тело с Т = 0). Если масса ЧД, медленно, но с ускорением уменьшающаяся за счет этого „испарения”, достигнет 1015 г, последний миллион тонн массы излучается в темпе гигантского ядерного взрыва.

Результаты Хокинга, после обычного для нетривиального открытия, но на этот раз, к счастью, краткого периода неверия в них (начиная с самого Хокинга), были признаны, подтвердились как теоретически корректные, и приобрели важнейшее значение. Они позволили существенно уточнить тот довольно обширный участок астрономической картины мира, который занят красочными изображениями разнообразнейших черных дыр - от „микродыр” до „галактических”, с массой до 1010( ((- масса Солнца).

Как ни странно, открытие Хокинга (строго говоря, доказавшее, что черных дыр, как их до того представляли, просто не существует) - парадоксальным образом способствовало резкому повышению „уровня веры” в них!.. Причина в том, что это открытие устранило у черных дыр оттенок чрезмерной фантастичности. Открытие Хокинга превратило ЧД из запредельного, полумистического объекта в более привычный для астрономии элемент астрономической картины мира. После этого ЧД еще больше утвердились в качестве одного из самых заметных (хотя еще и не открытых!) объектов исследования в астрономии. Все шире стало распространяться убеждение, что ЧД вот-вот будут, наконец, открыты как компактные релятивистские объекты с массой (3( (“предел Чандрасекара”для нейтронной звезды, - при большей массе она „спадает” в ЧД).

В конечном счете причина такой реакции на открытие Хокинга и в том, что оно никак не отразилось на наших представлениях о возможных наблюдаемых свойствах ЧД: ведь ЧД малой начальной массы должны были давно испариться и, значит, наблюдательно не фиксируемы; объекты же звездной и большей массы, согласно формуле Хокинга, излучают столь ничтожную энергию, что ни о какой наблюдательной фиксации этого излучения таких ЧД, на фоне неизмеримо более мощных сопутствующих процессов, не может быть и речи.

В то же время все основные „до-хокинговские” свойства у „новых”, „не таких уж черных” дыр (но и по Хокингу неотличимых от неизлучающих) - полностью сохраняются: коллапсирование материи на объект; характерный гравитационный радиус; формирование аккреционных дисков, в которых гравитационная энергия превращается в другие формы, - в тепловую, в излучение и т.п. „Хокинговская” ЧД, как правило, остается и более чем достаточно „черной” (эффективная Т (0), и вполне невылазной в ближайшую сотню миллиардов лет „ямой” (дырой). Так что сохранение термина „черная дыра” оправдано и „после Хокинга” куда более, чем термина „атом” (неделимый) в нашем ХХ веке.

Но в открытии Хокинга есть еще один важный аспект, который пока не привлекал должного внимания. Хокинг ведь показал, что ЧД, по меньшей мере в конце своего существования, при взрывном излучении и разбросе остатка массы (макроскопически, кстати, не очень малого) как бы обнажает свою внутреннюю сингулярность.Этим, видимо, подрывается знаменитый постулат Пенроуза и др. о „космической цензуре” - ненаблюдаемости „голой сингулярности”. Но нам тут важно другое: хокинговского конца эволюции ЧД не могло бы быть, если бы не происходило перехода ЧД в ее эволюции от коллапсирования к фазе антиколлапса. Это означает, что хотя мы, принимая ОТО, и считаем коллапсарное и антиколлапсарное решения несшиваемыми, эйнштейновский „Господь Бог” делает это в черных дырах...

Достаточно очевидно, за счет чего он исхитряется достигать того, чего „сам Эйнштейн” (его ОТО в руках его научных наследников) делать не умеет: Хокинг начал (только начал!) учитывать квантовые свойства черных дыр. Очевидно, результат Хокинга - это первая ласточка из еще неведомой нам страны квантовой гравитации. Еще не зная ни расположения, ни географии, ни законов этой страны, мы (в лице нашего полномочного представителя С. Хокинга) из самого факта существования ее получаем фундаментальную информацию о свойствах соседнего с нею, то есть подверженного ее влиянию нашего мира, - что влечет неизбежное существенное изменение нашей научной картины мира (НКМ).

Проблема физических свойств черной дыры: открытие В.Ф. Шварцмана

Все согласны с тем, что это идея сумасшедшая. Вопрос в том, достаточно ли она сумасшедшая, чтобы быть правильной. Н. Бор

По словам С. Вейнберга, в науке „главная трудность состоит в том, что люди не воспринимают всерьез уже полученные теорией результаты”. Попробуем же „воспринять всерьез” теоретические результаты Хокинга. Присовокупим к ним еще один, в принципе хорошо известный теоретический (логический) результат, тоже извлекаемый из еще не созданной (!) квантовой теории гравитации. Речь идет о давно осознанном, но недостаточно оцененном обстоятельстве, что внутри планковской области, в небольшой, но конечной окрестности математической сингулярности не только в рождающейся Вселенной, но и внутри каждой ЧД наша фундаментальная физика „не работает”. Это означает, как неоднократно отмечали специалисты, что „внутри планковской области ... может быть что угодно” (А.А. Старобинский); „...в начале Вселенной была другая физика, которой мы не знаем. То же самое внутри черных дыр” (И.Д. Новиков) и т.д. По существу, это обстоятельство общепризнано. Делался и вывод, что благодаря ему не исключено и „сшивание” в планковской сингулярности (в отличие от математической, точечной сингулярности ОТО, она вполне физична, не содержит бесконечностей и имеет конечный размер) коллапсарного и антиколлапсарного решений задачи о движении материи в гравитационном поле. Но, как представляется, не вполне обоснованно предполагалось, что обратный выброс (как бы „взрыв” из ЧД) происходит в некие другие, например, бесконечно удаленные во времени пространственно-временные области (или, в лучшем случае, в какие-то неопределенные в пространстве области нашего мира). Это означало, практически, ненаблюдаемость для нас процесса антиколлапса „наших” черных дыр.

Впрочем, дискуссия о том, где и когда происходят антиколлапсы наших (наблюдаемых нами) коллапсов, умерла, так и не начавшись, под влиянием одного весьма существенного для нее обстоятельства. Даже допустив, что антиколлапс происходит в то же пространство, где происходил и предшествовавший ему коллапс в данном объекте, теоретики не ощущали актуальности этой проблематики из-за одного простого обстоятельства: согласно господствующим представлениям, для внешнего наблюдателя падающая в ЧД масса, как отмечено выше, лишь асимптотически, при t ( ( достигает гравитационного радиуса rg черной дыры, и уж тем более не может, даже в пределах всей временной бесконечности будущего, попасть в центральную сингулярность ЧД... Так что, какие бы неизвестные нам законы физики там ни действовали, хотя бы они, допустим, не только дозволяли, но и предписывали немедленный обратный выброс (антиколлапс) материи из ЧД, проявиться для нас он мог бы лишь после истечения бесконечно большого времени... Говоря привычным языком теоретической физики, такого рода явление должно быть отнесено к принципиально ненаблюдаемым. А к таковым у теоретиков еще с конца 20-х гг. аллергия... Поэтому они могут, казалось бы, спать спокойно, какими бы экзотическими ни оказались в будущей теории квантово-гравитационные законы и поведение материи в планковской фазе, в центральной сингулярности ЧД. „Все хорошо, прекрасная маркиза...

...За исключением пустяка”! Не исключено, что все же, так сказать, в какой-то мере „кобыла околела”, со всеми предшествовавшими этому печальному событию обстоятельствами...

А обстоятельства в данном случае состоят в том, что еще в 1976 г. в совместной статье С.А. Каплана (1921-1978) и В.Ф. Шварцмана (1945-1987) [36] была опубликована (и доведена до числа) идея, которая должна была бы, послушай мы Вейнберга, радикально изменить всю ситуацию с черными дырами. (Из разговора со Шварцманом, незадолго до его неожиданного трагического ухода из жизни, я узнал, что идея эта пришла ему в голову еще в 60-х гг., но он не отнесся к результату достаточно серьезно, и лишь под влиянием С.А. Каплана включил этот результат в их совместную статью. Каплан же высоко оценил вывод).

Суть идеи до неприличия очевидна (апостериорно, как всегда в таких случаях!), и „доказательство теоремы было достаточно простым, чтобы вызвать недоверие” [37]. „Еще одна истина взошла над нами, и, как обычно при встрече с истиной, мы оказались не на высоте” [38]. Вероятно, крайний скепсис, проявляющийся у специалистов при встрече с нетривиальной новой истиной, связан с тем, что „...мы хотим узнать что-то новое, но не слишком новое. И лишь тогда, когда нам, беднягам, это не удается, совершаются великие открытия” (Р. Оппенгеймер).

Суть результата В. Шварцмана в том, что материи, коллапсирующей (аккрецируемой) на черную дыру, для достижения ее гравитационного радиуса rg (поверхности Шварцшильда), вопреки долго господствовавшему мнению, достаточно конечного времени - вместо бесконечного! Итак, Викторий Шварцман уточняет существующие представления „в бесконечное число раз”! Принципиально, однако, важно не только это, но и то, что находимая им величина времени, требуемого для достижения падающим веществом rg, не просто конечна (1020 лет - тоже конечный интервал времени, но практически он „равен бесконечному”), а и наблюдательно невелика, - см. ниже.

Решающий дело эффект, указанный Шварцманом, состоит в том, что, еще не проникнув в ЧД, собирающееся у ее поверхности Шварцшильда вещество (или даже излучение - достаточно хотя бы всегда и везде в нашей Вселенной присутствующего реликтового излучения) увеличивает массу ЧД. А вследствие этого, согласно приведенной выше формуле, растет гравитационный радиус черной дыры; поверхность Шварцшильда ее расширяется и, двигаясь с конечной скоростью навстречу асимптотически замедляющемуся аккрецируемому веществу, захватывает его, и оно таким образом оказывается внутри черной дыры. Подчеркнем - это зафиксирует именно „нужный” - внешний наблюдатель! То есть речь идет прямо о нас...

Релятивистские подсчеты В.Ф. Шварцмана показали, что эффект действительно радикален. Так, в „галактическую” (сверхмассивную) ЧД с массой 109( вещество, падающее на нее с расстояния 2 rg, проникает за какие-то полторы недели! В ЧД звездной массы с соответствующего расстояния вещество падает за (( ( 10-3 с! (“Рабочая” формула Шварцмана: (( (102rg/c).

Как отмечено выше, фундаментальный результат Шварцмана не привлек внимания теоретиков, не показался им заслуживающим доверия, хотя они, разумеется, знали о нем. Так, в разговоре со мной, когда я выразил восхищение блестящим выводом Шварцмана, один известный авторитет в области космологии и релятивистской астрофизики утверждал, что результат Каплана и Шварцмана (тогда мы еще не знали конкретного автора идеи) - ошибочен, и брался продемонстрировать это „за 20 минут” (которых, к сожалению, у нас тогда не оказалось...). Разговор этот был в начале 1986 г. Печатных откликов на результат не было - он как бы не существовал...

И тем не менее в том же 1986 г. в книге выдающихся специалистов И.Д. Новикова и В.П. Фролова „Физика черных дыр” [39] был опубликован фактически эквивалентный шварцмановскому результат, полученный, однако, из совсем иных, более обших соображений: из учета квантового дрожания „мембраны” (поверхности Шварцшильда) черной дыры. Результат Шварцмана нашел подтверждение (что, однако, авторы не заметили!). Конкретно, например, для проникновения в ЧД звездной массы по формуле Новикова-Фролова мы имеем те же 10-3 с, что и у Шварцмана. Нетрудно убедиться, что квантовая формула Новикова-Фролова с точностью до численного коэффициента порядка единицы эквивалентна чисто релятивистской формуле Шварцмана практически во всей области физически реальных значений масс черных дыр и аккреционных потоков массы на них.

Но, допустим, неучет квантового аспекта явления делает вывод формулы Шварцманом некорректным. И в таком случае мы все же имеем по меньшей мере дело с повторением многозначительной старой истории первого открытия черных дыр в XYIII веке: там тоже чисто классическая, формально некорректно выведенная (если судить с позиций ОТО) формула Мичелла и Лапласа в точности совпала с полученной в ОТО более чем через столетие формулой для гравитационного радиуса черной дыры. История действительно повторяется!

Так что результат Шварцмана, независимо от тонкостей вывода, подтвержден Новиковым и Фроловым. Видимо, вывод Шварцмана настолько фундаментален, что сохраняет справедливость не только в классическом (релятивистском) подходе и „первом квантовом” приближении (хокинговском), но останется и в будущей квантово-гравитационной теории. Способов вывода его, помимо двух уже известных, начиная со шварцмановского, может быть очень много. (Основную теорему алгебры, над доказательством которой бились чуть не 200 лет, после того, как ее доказал, наконец, Гаусс, за год вывели, говорят, еще полудюжиной способов...). Видимо, формула Шварцмана может быть получена, скажем, и учетом локальной приливной деформации поверхности Шварцшильда гравитационным полем „прижимающегося” к ней атома или даже фотона, или же броуновского дрожания черной дыры как целого в космической среде. Еще две идеи вывода см. в [39, c.192].

...Правда, как бы результат Новикова и Фролова не повторил судьбу открытия Шварцмана: с публикации их „переоткрытия” идет уже десятый год, но его тоже „не замечают”... И тем не менее, в общем, абрис черных дыр в астрономической картине мира, с учетом открытия В.Ф. Шварцмана, независимо от темпа его признания, потенциально, несомненно, существенно меняется.

Черная Дыра как возможный „активный черный ящик”. ...Но это радикально меняет всю ситуацию с возможными наблюдательными проявлениями черных дыр! Действительно, если аккрецируемое черной дырой вещество наблюдательно быстро проникает внутрь нее, то еще на два порядка быстрее (rg/c вместо 102rg/с) оно затем достигает в ней центральной планковской сингулярности (во всяком случае, с точки зрения сопутствующего наблюдателя). И если в планковской фазе неизвестные нам законы квантовой гравитации могут приводить к обращению коллапса (что, как отмечено, по меньшей мере не исключено), то ничем не исключен и антиколлапс коллапсировавшей в данную ЧД массы! Вспомним: „Не исключено” означает, что мы не можем на теперешнем уровне знаний ни опровергнуть, ни обосновать эти возможности”, -как сформулировал А.Д. Сахаров [40]. До настоящего времени мы „исключаем” эту возможность, фактически принимая, что законы ОТО (необратимый коллапс в сингулярность) продолжают выполняться там (в планковском состоянии материи), где они, как мы признаем, не действуют!..

Резюмируя, мы должны заключить: не исключена возможность того, что коллапсирующее на ЧД вещество и излучение наблюдательно быстро проникают внутрь ЧД и в ее центральную планковскую сингулярность, где - также не исключено - могут испытывать быстрый антиколлапс в масштабах и формах, которые нам пока не известны.

ЧД в этом смысле является „черным ящиком”, на входе которого - аккрецируемая масса (энергия, заряд...); внутри которого действуют не известные нам физические законы; на выходе - должно наблюдаться по меньшей мере хогинговское излучение, но не исключены и на много порядков превышающие его феномены антиколлапса, - выбросы всего того, что поступило на входе (с неизвестным перераспределением свойств, неизвестными временными сдвигами, неизвестным распределением выбросов по направлениям... В последнем отношении - можно только из самых общих соображений симметрии высказать предположение о возможной предпочтительности направлений в экваториальной плоскости, а особенно вдоль оси вращения ЧД). Возможные масштабы феноменов антиколлапса характеризуются тем, что в центральной планковской сингулярности ЧД заключено и таким образом не подчиняется нашей фундаментальной физике практически все вещество этого объекта (а масса - кроме полевой).

Черная дыра как квантово-гравитационный объект. Обращаясь к возможным наблюдательным проявлениям „бывших ЧД” (такая характеристика их стала законной уже после открытий Хокинга), следует констатировать, что у этих объектов не исключены разнообразнейшие феномены, связанные с антиколлапсарным выбросом материи (в том числе и „твоя любимая неквантованная праматерия”, - братья Стругацкие, „Забытый эксперимент”), а также эффекты взаимодействия „зафизичных” выбросов с окружающим веществом и полями. Не исключено опять-таки, что при этом могут быть найдены более удовлетворительные объяснения и некоторым давно наблюдаемым, но до сих пор не очень понятным астрономическим феноменам, от звездного до квазарно-галактического масштаба. (Джеты? Сверхсветовые скорости?..). В духе известной „теоремы Героча” [41] можно утверждать, что наблюдаемое проявление неизвестных нам фундаментальных законов природы должно казаться нам нарушением известных. Именно в этой связи и вспоминаются, например, „сверхсветовые движения” в квазарах. (Правда, как почти всегда, почти все мы ухитряемся объяснять в рамках господствующей, общепринятой в данную эпоху фундаментальной физики и, вообще, научной картины мира...).

С другой стороны, обнаружение и корректная интерпретация указанных антиколлапсарных феноменов в тех объектах, где ныне допускается наличие ЧД, могло бы дать наблюдательный материал, возможно, критически необходимый для построения той самой квантово-гравитационной теории, которая пока упорно не дается физикам.

Подтверждение развитых представлений привело бы к обновлению существенной части астрономической и даже более универсальной физической картины мира.

В заключение этого раздела - небольшой вопрос терминологического характера. Очевидно, крайне неудобно и громоздко каждый раз, когда заходит речь о „бывших ЧД”, произносить что-то вроде „квантово-гравитационные коллапсарно-антиколлапсарные объекты”... Желателен какой-то, по-возможности лаконичный и емкий соответствующий термин. По аналогии с квазаром или пульсаром предлагался, например, термин „граквар” (кентавр из „гравитационного” и „квантового” плюс стандартный „хвост” [42]. Не скажу, чтобы этот термин казался очень удачным... Может быть, памятуя о том, что свойства этих объектов коренятся в планковской сингулярности, лучше покажется название вроде „планкар”?.. Видимо, этот вопрос целесообразно оставить на будущее обсуждение.

5. Научная картина мира и космогоническая дилемма

“...Саску знали о мире многое, чего не знали тану, - о том, как возник мир и каково его будущее” Г. Гаррисон. „Запад Эдема”.

Две концепции глобальной космогонии. Астрономическая картина мира (АКМ) всегда составляла существенную часть, значительный фрагмент общей НКМ. Наша эпоха в этом отношении не отличается от предшествующих. Не является особо оригинальной в историческом плане и представляющаяся нам невыносимо затянувшейся дискуссия в крупномасштабной (так сказать, сверхпланетной) космогонии. Правда, в новое время (с установлением господства ньютоновской КМ) и до середины ХХ в. бурные дискуссии шли главным образом в планетной космогонии. В основах же звездной, казалось, после старшего Гершеля „не было проблем”. Но с середины нашего столетия ситуация в звездной космогонии (а позже и в более крупномасштабной, до галактической и выше) принципиально изменилась. Спокойствие было нарушено появлением космогонической концепции В.А. Амбарцумяна. Ее называют неклассической или бюраканской, противопоставляя классической, или диффузной. Не буду излагать содержание этих двух достаточно хорошо известных концепций. Для нас здесь существенно лишь то, что общее направление эволюции космической материи в этих двух подходах оказывается взаимно противоположным: согласно диффузной концепции, в современную космогоническую эпоху общая тенденция эволюции - концентрация массы, от крайне разреженной газо-пылевой материи к гораздо более плотным обычным звездам (и сопутствующим им планетам); далее, в конечном счете, появление (совсем не обязательно путем эволюции одного и того же тела) на порядки более плотных белых карликов, затем нейтронных звезд и, наконец, черных дыр, ЧД. (ЧД звездной массы в среднем немногим плотнее нейтронной звезды, а при массе много большей средняя плотность ЧД может быть и много меньше плотности обычных звезд; однако ЧД поставлена в этом ряду все же „крайней”, поскольку в центре каждой ЧД, даже у не достигающей, в среднем, плотности воздуха сверхмассивной галактической ЧД, материя достигает по меньшей мере планковской плотности, а при формально-релятивистском понимании сингулярности - даже бесконечной).

В указанном ряду объектов, от разреженной газо-пылевой туманности до ЧД последняя, согласно господствующим представлениям, является финальным состоянием, наиболее безвыходным тупиком (с чем, - как, кстати, и с общей концепцией ЧД - согласны сторонники обеих концепций космогонии). Хокинговское испарение ЧД с М > ( требует времен t >> 1010 лет.

В бюраканской концепции, в противоположность диффузной, эволюция космической материи начинается со сверхплотного дозвездного (позже введено представление о догалактическом) тела (Д-тело) неизвестной природы, сохраняющегося, как предполагается, от ранних стадий Большого Взрыва. Противоположность представлений о направлении эволюции космической материи - наиболее контрастный компонент двух звезднокосмогонических концепций.

В истории науки подобные ситуации достаточно типичны. Вспомним более чем двухтысячелетнее противостояние концепции дискретности или континуальности материи; более чем двухвековой спор о волновой или корпускулярной природе света. На этих двух примерах история науки дает два принципиально различных типа разрешения проблемы-дилеммы: победа одной из конкурирующих моделей (атомизм) или синтез казавшихся взаимоисключающими вариантов (квантовая теории света). Похоже, обе партии в современной космогонии согласны друг с другом только и именно в том, что никакое примирение, и тем более синтез их немыслимы и даже не могут обсуждаться. Каждая из сторон твердо верит в свою победу и на меньшее не согласна. Попытка синтеза в этих условиях дважды рискованна...

Единство противоположностей?

Я собираюсь искать грандиозное „может быть” Ф. Рабле.

И тем не менее мне представляется возможным именно синтез „взаимоисключающих” концепций современной космогонии. Базой такого синтеза могло бы стать как раз то развитие представлений о природе черных дыр, которое основано на описанном выше открытии В.Ф. Шварцмана [43].

Действительно, между „черными дырами” (ЧД) и „Д-телами”, в свете результатов предшествующего раздела статьи, можно усмотреть не просто какие-то аналогии (например, „сверхплотность” Д-тел и части ЧД). Появляются основания даже для отождествления этих объектов (тем более - учитывая „определенную неопределенность” ряда их свойств, - как ЧД, так и Д-тел). Похоже, это две смутно видимых грани одного и того же объекта...

Главным „свойством” Д-тел, согласно В.А. Амбарцумяну, является то, что они находятся за рамками известных фундаментальных законов физики. В отношении же ЧД, вопреки распространенному мнению, что все их свойства с необходимостью следуют из теории тяготения Эйнштейна (ОТО), по существу, то же самое „основное свойство” следует из вышесказанного. Действительно, как отмечено выше, все вещество ЧД должно быть сосредоточено в ее центральной сингулярности, - и та материя, которая изначально, при образовании ЧД оказалась внутри ее сферы Шварцшильда; и, согласно открытию В.Ф. Шварцмана, та, что впоследствии падала на эту ЧД. Но общепризнано, что в центральной планковской сингулярности ЧД - „совсем другая физика”! То есть действительно, все вещество ЧД управляется не ОТО и другими законами нашей физики, а не известными нам физическими законами. Не исключено, как отмечалось выше, что эти неизвестные законы могут диктовать немедленный или отсроченный анти-коллапс, взрывной выброс массы и проч. - не хуже, чем это делает в бюраканской картине мира самое ортодоксальное Д-тело!..

Сходство вроде бы кончается на том, что у ЧД имеется релятивистская шварцшильдовская граница, у нее образуется энерговыделяющий аккреционный диск и т.п. В связи с Д-телами ни о чем подобном разговору не было... Но почему бы и нет? Если Д-тело обладает гравитационным полем (что всегда предполагалось), то становятся возможными и захват им вещества, и аккреционные диски, и сфера Шварцшильда на rg, и т.п.!

Итак, есть серьезные основания для отождествления объектов, принимаемых нами за черные дыры, и Д-тел Амбарцумяна, получая таким образом объекты, которые в будущей гравитационно-квантовой теории „заменят” ЧД и Д-тела. При таком отождествлении и осуществляется синтез бюраканской и диффузной концепций космогонии. Он сопровождается, „авансом”, квантово-гравитационной интерпретацией, с одной стороны, предельно сомнительной и вообще, пожалуй, „антинаучной” (с точки зрения большинства астрономов) идеи Д-тел, а с другой, - тех объектов, которые мы неправомерно (после открытия Хокинга) продолжаем называть „черными дырами”.

В этом синтезе каждая из сторон что-то приобретает, но чего-то и лишается, - каких-то свойств, полагаемых ныне для соответствующего объекта важными. Так, бюраканские Д-тела лишаются своей блестящей родословной (происхождения по прямой линии от начальной космологической сингулярности). Согласно предлагаемой синтетической концепции космогонии, они формируются (и прежде, и теперь), в конечном счете, из разреженной диффузной материи! В свою очередь, „финалисты эволюции” диффузной концепции, ЧД, лишаются мрачного ореола „гравитационной могилы”, приобретая способность к эффектным кунстштюкам (взрывам, выбросам, антиколлапсам и т.п.), на которые ныне „способны” лишь Д-тела.

Дискуссия между сторонниками двух современных концепций космогонии, учитывая нынешние темпы развития науки, все же затянулась. Огромные успехи диффузной концепции, на фоне определенной стагнации и несколько конвульсивного развития бюраканской, позволяют сторонникам классической модели космогонии смотреть свысока на бюраканскую... Но и за последней числятся, хотя и немногие, но эффектные достижения: само изначальное пробуждение звездной космогонии открытием и доказательством космогонической реальности звездных ассоциаций, предсказание активности ядер галактик! Вместе с тем, бюраканская концепция, обязанная своим рождением и существованием глубокой интуиции В.А. Амбарцумяна, из-за отсутствия твердой теоретической базы (не считать же таковой постулативное отрицание подчиненности Д-тел фундаментальным законам нашей физики!..), неизбежно впадает в крайности и перегибы (особенно в поисках проявления Д-тел всюду, где только можно - и где нельзя... Например, в объяснении феномена звездных вспышек или „эруптивного” происхождения комет). Мне представляется, что в результате предлагаемого синтеза противостоящих космогонических концепций выиграли бы они обе. Да и выбирать не приходится! А ревизия и исправление эклектично и противоречиво, „в разных манерах” записанного важного (глобальная космогония!) куска астрономической и общей научной картины мира (НКМ) приведет, можно надеяться, к общему продвижению вперед этого важного и интересного участка научного фронта. Хотя „заранее тут ничего нельзя сказать, милый Винни. И это, конечно, как раз самое интересное”! (А. Милн. „Винни-Пух и все-все-все”).

6. Случайность в научной картине Вселенной

Научная мысль в процессе познания Вселенной всегда включала в себя идею случая. При этом исторически произошли весьма интересные изменения в самой постановке этой проблемы. В первоначальных представлениях о строении и эволюции мира, в первоначальных космогонических теориях идеи о случайности соотносились с исходными состояниями материи, которые затем „породили” наблюдаемые небесные тела и системы. При этих подходах понятие случайности сопрягалось с понятием хаоса, а еще древние рассматривали хаос как одну из первопотенций бытия. Космогоническая гипотеза Канта-Лапласа также исходила из того, что небесные тела возникли из некоторого разреженного и хаотического состояния вещества. В наши же дни представления о случае преимущественно соотносятся с данными о „конечном”, наблюдаемом состоянии мира. С позиций современных космологических концепций Вселенная полна неожиданностей и допустимо огромное разнообразие вселенных, а осуществившийся выбор во многом зависит от случайного сочетания значения параметров, ее характеризующих, и в частности, от реального сочетания значений фундаментальных физических постоянных. Мир, в котором мы живем, мог и не быть, его определили случайности.

Идея случая обычно связана с интригующими моментами в нашем познании Вселенной. Чтобы разобраться в реальном состоянии дел, нужно, прежде всего, иметь достаточно ясное представление о том, что же отражает собою эта идея. Последнее тем более интересно, что с развитием познания существенным образом изменились и обогатились наши представления о случайном. В своих исходных посылках случайность определяется как отсутствие закономерности и, - что взаимосвязано, - как непредсказуемость соответствующих явлений и процессов. Зародились представления о случае уже в древности, при самых первых попытках осознания человеком своего бытия. Они стали необходимыми при объяснении поведения человека, его судеб, или же, как сейчас нередко говорят, его жизненной траектории в многомерном мире. И сразу же выяснилось, что случай сопоставлен с необходимостью. Поэтический язык древних воплотил соответствующие представления в образах богинь человеческих судеб: Ананке - неумолимая необходимость, Тихе - слепой случай. И в дальнейшей истории культуры представления о случае длительное время преимущественно связывались с раскрытием основ поведения человека. Наиболее концентрированным образом они высвечивались при раскрытии представлений о свободе воли человека. Свобода воли прерывает те жесткие неумолимые связи и воздействия, в которые вплетен человек, и тем самым позволяет ему стать творцом нового и осознать свою силу и самостоятельность.

Научные основы в понимании случайности стали вырабатываться со времени вхождения теоретико-вероятностных методов в физику, со времени разработки статистических теорий в физике. Физика изучает наиболее глубинные уровни материального мира, а потому ее „слово” в познании случая имеет первостепенное значение: значимость случая в общих воззрениях пропорциональна тому, какую роль он играет в „основаниях” строения мира. Заметим только, что первоначально физика, да и наука в целом, отторгали случай. В рамках первых физических теорий не было места для случайности. Этот период в ее развитии характеризуется как классический. Базисные модели мироздания здесь строятся по образу и подобию классической механики. Все связи и отношения в материальном мире рассматривались наподобие механических, т.е. имеющих строго однозначный, жестко детерминированный характер. Если в научном познании приходили к моделям и решениям, включающим в себя неоднозначность и неопределенность, то соответствующее знание рассматривалось как неполное выражение знаний об исследуемом объекте, лишь как подход к истине или же как результат некорректной постановки задачи.

Что же говорят о случайности статистические теории? Наиболее типичными системами, составляющими предмет исследования в рамках статистических теорий, являются газы, газообразное состояние вещества. Через представления о случайности характеризуется структура этих систем, взаимоотношения элементов систем (молекул газа) друг к другу. Состояния элементов в таких системах максимально независимы и равноправны. Подобная структура наиболее емко выражается словом „хаос”. Наиболее хаотическим состоянием систем является состояние с максимальной энтропией, состояние термодинамического равновесия. Соответственно этому, согласно статистическим теориям, структура систем в состоянии термодинамического равновесия и характеризуется как истинное воплощение действия случая. Центральным здесь является понятие независимости. Добавим, что понятие независимости является базовым для теории вероятностей, которая составляет математический аппарат статистических теорий. Как сказано в одном из учебных пособий - „понятие независимости играет в определенном смысле центральную роль в теории вероятностей: именно это понятие определило то своеобразие, которое выделяет теорию вероятностей в общей теории, занимающееся исследованием измеримых пространств с мерой” [1, c. 38].

Понятие независимости является тем существенно новым, чем обогатилось наше понимание случайности в ходе первых попыток науки овладеть идеей случая. Независимость, которая проявляется в статистических теориях, не абсолютна. Она проявляется в массовых явлениях и соотносится с определенного вида необходимостями, в качестве которых выступают представления о (вероятностных) распределениях. Основу статистических теорий и составляет анализ распределений, способов их задания, закономерностей их изменения в процессах взаимодействия соответствующих материальных систем.

В период господства классического естествознания представлениям о независимости практически не уделялось внимания, но эти представления о независимости все настойчивее и определеннее проявляют себя при переходе науки к строгим методам исследования сложных и сложно-организованных систем. Особо сильно они проявляют себя в ходе познания живых систем. Рассматривая проблемы биокибернетики в связи с фундаментальными работами И.И. Шмальгаузена в этой области, Р.Л. Берг и А.А. Ляпунов отмечали: „Независимость - это такое же фундаментальное явление природы, как и наличие взаимозависимости” [2, c. 10].

Встает вопрос - как возможна независимость в мире, где само происхождение и бытие каждого объекта и явления немыслимы вне их взаимодействия и связей с материальным окружением? Как возможно обоснование независимости в мире, где все пронизано связями и взаимодействиями, например, гравитационными взаимодействиями, которые не знают границ? Это особый и сложнейший вопрос. Можно, по-видимому, сказать, что независимость характеризует такие состояния объектов и систем, когда открывается возможность преобладания внутренних сил и связей над внешними. Независимость отражает то, что соответствующие объект или явление обладают некоторой самостоятельной ценностью, имеют нечто свое, не сводимое по содержанию и в своем поведении не зависящее от существования других объектов и явлений.

Случайность и хаос, как ее олицетворение, характеризуют один из аспектов любого эволюционного процесса. В прежних учениях о развитии Вселенной представления о хаосе соотносились лишь с началом эволюционных процессов, либо с их „концом”, как это было в концепциях тепловой смерти Вселенной. Подобные утверждения фактически являются абсолютизацией представлений о хаосе. В наше время подобные подходы значительно модернизировались. Представления о хаосе приобрели черты относительности, рассматриваются именно как одно из начал эволюционных процессов и, соответственно, в сопряжении с представлениями о порядке. Если хаос олицетворяется моделью идеального газа в состоянии термодинамического равновесия, то представления о порядке символизируются моделью идеального твердого тела типа идеального кристалла и сопряжены с однозначностью развертывания событий во времени.

Абсолютизация представлений о хаосе означает, что в наших подходах к анализу эволюционных процессов делается упор на идее равновесности как базовой. Подобные представления о хаосе как некотором исходном и основном состоянии материи в литературе получили оценку как один из мифов прошлого, еще владеющем мышлением современного человека. Рассматривая эти вопросы, Ст. Бир пришел к выводу: „Порядок более естественен, чем хаос. Это, мне кажется, весьма неожиданное утверждение, ибо, когда я недавно опубликовал его, ряд читателей написали письма с указанием на „опечатку”. Однако это не опечатка. Более того, это утверждение играет для меня действительно важную роль, так как, придя к нему, я порвал с описательными постулатами Гесиода, давившими на мое сознание тяжким грузом почти трехтысячелетней давности. Это утверждение позволило мне совершенно по-новому взглянуть на системы” [3, c. 285]. Соответственно меняются и наши представления о хаосе в эволюционных процессах: „Если мы конструируем структуру реального мира как переход хаос - порядок - хаос, то таковой она и будет, и наши системы должны будут включать в себя огромные управляющие устройства, способные создавать и поддерживать стадию порядка. Но если структуру бытия мыслить как переход порядок - хаос - порядок, то мы получим другое бытие, и наши системы станут в значительной мере самоорганизующимися” [3, c. 286-287].

Легко заметить, что в исследованиях, посвященных эволюционной проблематике, рассматриваются не только процессы образования порядка из хаоса, но и процессы перехода порядка в хаос. Более того, представления об идеальном хаосе и порядке являются предельными, а реальные системы всегда представляют собою своеобразный синтез этих „полярностей”. Как утверждают А.В. Гапонов-Грехов и М.И. Рабинович: „...два понятия нелинейной физики - стохастичность и структура... в действительности не являются антиподами. Хаос и порядок могут, в частности, непрерывно трансформироваться друг в друга при изменении параметров системы. Не будет даже большим преувеличением сказать, что не бывает ни абсолютного порядка, ни абсолютного хаоса - это лишь предельные ситуации. Всякая же реальная система пребывает в некотором промежуточном состоянии, и оценивать следует близость этого состояния к одному из предельных, т.е. абсолютному порядку или полному беспорядку” [4, c. 273].

Согласно современным воззрениям представления о порядке выражают относительно устойчивую линию развития, а хаос характеризует периоды и процессы перестройки структур. В ходе своего развития системы как бы колеблются между этими полюсами. Порядок, структуры возникают не вместо хаоса, а через хаос. При этом подобная, конструктивная роль хаоса возможна лишь в ходе сильно неравновесных процессов. Такие подходы навеяны современными методами, и особенно, работами по неравновесной термодинамике, представленными прежде всего работами школы И. Пригожина. „Без неравновесности и связанных с ней необратимых процессов, - пишут И. Пригожин и И. Стенгерс, - Вселенная имела бы совершенно иную структуру. Материя нигде не встречалась бы в заметных количествах. Повсюду наблюдались бы лишь флуктуации, приводящие к локальным избыткам то материи, то антиматерии” [5, c.296]. И далее: „Источником порядка является неравновесность. Неравновесность есть то, что порождает „порядок из хаоса” [5, c. 357].

Итак, первые научные представления о случайности основывались на ее соотнесении с представлениями о независимости и хаосе. Случайность стала выражать определенный тип связей и зависимостей, который противопоставлялся и дополнялся представлениями о необходимости и порядке. Такое понимание случайности разрабатывалось на базе физики. Оно же было характерным практически для всего развития астрономии и космологии, вплоть до современного этапа, когда космология стала „респектабельной наукой” (Я.Б. Зельдович [6, c. 11]).

Первоначальные применения в астрономии представлений о случайности в форме моделей хаоса относились не к самим законам, описывающим поведение и развитие небесных тел и систем. Они относились прежде всего к характеристике начальных состояний, начальных условий процессов во Вселенной. Последние не выводятся ни из какого закона, а потому и рассматриваются как случайные. Когда речь идет о законах Вселенной, ее строения и эволюции, то здесь еще во многом используются модели жесткой детерминации. Под влиянием достижений классической механики и ньютоновой теории тяготения сложился взгляд на Вселенную как на полностью детерминированную систему. Предполагалось, и эта точка зрения связывалась с именем Лапласа, что познание законов Вселенной позволит нам вполне однозначным образом предсказать всю ее историю, ее прошлое и ее будущее. Более того, и современная теория гравитации - общая теория относительности также культивирует взгляд на Вселенную как на полностью детерминированный объект. Это дало основание П. Девису, автору книги „Случайная Вселенная” [7], сказать в последующей своей книге: „Вселенная - в большей мере продукт закономерности, нежели случая” [8, c. 15].

Тема „Случайность и начальные условия” отображает постановку и решение весьма многих классов задач, возникающих в ходе исследований процессов во Вселенной. Она характеризует, например, саму постановку проблемы возникновения „небольших первичных флуктуаций, давших затем начало галактикам и их системам” [9, c. 179-190].

Новые возможности в анализе роли случайности в познании Вселенной стали раскрываться лишь в сравнительно недавнее время, когда был поставлен вопрос о вхождении идей квантовой физики в теорию гравитации. К подобному синтезу общей теории относительности и квантовой теории наука подошла вполне естественным образом. Как сказал С. Хокинг: „Возможно, общую теорию относительности Эйнштейна следует считать одним из самых великих интеллектуальных достижений ХХ в. Однако она неполна, поскольку относится к классу так называемых классических теорий. Эти теории не учитывают законов квантовой механики - другого величайшего открытия нашего века” [10, c. 99].

Вхождение квантовой идеи в учение о тяготении меняет сам исходный взгляд на Вселенную. Квантовая теория принципиальным образом включает в себя идею случая и через нее в структурные модели Вселенной имманентным образом должна включаться случайность. „Принцип неопределенности означал конец мечтам Лапласа о научной теории, которая давала бы полностью детерминированную модель Вселенной” [11, c. 53].

Квантовая теория существенным образом обогатила наши представления о случайности. В классической физике случайность соотносилась со структурой и поведением массовых процессов, проявлялась непосредственно в системах, состоящих из огромного числа частиц. Согласно квантовой механике отдельные элементарные процессы, процессы атомного масштаба являются принципиально вероятностными, т.е. описываются принципиально неоднозначным образом. Понимание подобного, случайностного характера поведения квантовых объектов ведет к тайнам их внутреннего строения: следует исходить из признания неисчерпаемости внутренних свойств и наличия интенсивной внутренней динамики микрообъектов, что и обуславливает случайностный характер их поведения на квантовом уровне. Случайность стала характеризовать структуру и поведение объектов и систем, обладающих сложной, по крайней мере - двухуровневой иерархической структурой.

Развитие новых представлений о случайности связано далее с интенсивным вхождением уже в наши дни идеи нелинейности в структуру методов исследования природных процессов, с разработкой физических основ явлений самоорганизации. Случайность стала соотноситься с представлениями о крайне неустойчивых и критических состояниях эволюционирующих систем. Неустойчивость стала выступать как своеобразная причина случайности, как основание перестройки материальных структур. Согласно развиваемым новым подходам процессы формообразования, становления новых форм происходят в те моменты времени, когда системы в ходе своих внутренних изменений и усложнений приобретают черты крайней неустойчивости, критичности, что с необходимостью и приводит к качественным преобразованиям. Эти переломные моменты характеризуются рядом существенных особенностей, и прежде всего здесь открываются весьма разнообразные пути и направления таких качественных преобразований объектов и систем. Соответственно, эти точки в историческом развитии систем и процессов называются точками ветвления, точками бифуркаций. В новом свете выглядят и „механизмы” выбора того или иного пути дальнейшей эволюции. В неустойчивых состояниях перестройка структур происходит „спонтанно”, на базе отбора тех и иных флуктационных изменений. „Вблизи точек бифуркации, - пишут И. Пригожин и И. Стенгерс, - в системах наблюдаются значительные флуктуации. Такие системы как бы „колеблются” перед выбором одного из нескольких путей эволюции... Небольшая флуктуация может послужить началом эволюции в совершенно новом направлении, которое резко изменит все поведение макроскопической системы” [5, c. 56]. Другими словами, в точках бифуркации наблюдается своего рода „царство случайностей”. Следует добавить, что бифуркационная модель случайности уже рассматривалась А. Пуанкаре, который отмечал, что случайность проявляет себя прежде всего в состояниях неустойчивого равновесия [12, c. 320 и след.].

С наличием особых точек, сингулярностей в развитии Вселенной, с их анализом связано интенсивное вхождение квантовых идей в учение о Вселенной, а вместе с ними - и вхождение в это учение идеи случая. „Классическая общая теория относительности, - пишет С. Хокинг, - предсказав точки, в которых плотность становится бесконечной, в каком-то смысле сама предрекла свое поражение в точности так же, как классическая (т.е. неквантовая) механика обрекла себя на провал заключением о том, что атомы должны коллапсировать, пока их плотность не станет бесконечной. У нас еще нет полной теории, в которой общая теория относительности была бы непротиворечиво объединена с квантовой механикой, но зато мы знаем кое-какие свойства будущей теории” [11, c. 59].

Среди таких сингулярностей особо интенсивно исследуются черные дыры и Большой взрыв. Исследования черных дыр, их физических свойств происходят на базе не только теории относительности, но и квантовой теории. В частности, именно привлечение квантовых идей привело к выводу о том, что черные дыры могут испускать излучение. Исследования Большого взрыва, ранней истории Вселенной также немыслимы вне привлечения квантовых идей. Наличие подобных сингулярностей открывает разнообразные возможности, громадный спектр возможностей в дальнейшей эволюции Вселенной, выбор из которых становится делом случая. Как пишет С. Хокинг: „В точке большого взрыва и в других сингулярностях нарушаются все законы, а потому за Богом сохраняется полная свобода в выборе того, что происходило в сингулярностях и каким было начало Вселенной” [11, c. 146].

Следует вообще добавить, что современная наука все большее значение придает анализу подобных особых точек в развитии разнообразных систем. Соответственно такой общей тенденции изменяется и сам предмет астрономии, где „до середины 40-х годов, - пишет, например, И.Л. Розенталь, - в основном изучались квазистационарные объекты, имеющие продолжительность жизни, равную времени существования Вселенной. После 50-х годов центр тяжести исследований сместился в сторону нестационарных или взрывных объектов с весьма разнообразными шкалами времен” [13, c. 37]. Классическая наука практически обходила вниманием подобные особые точки, рассматривая их фактически как своеобразные и неинтересные исключения из общих правил и интересов науки. Однако постепенно развивался и иной подход. Уже Дж. Максвелл, как отмечает М. Клайн, обращал внимание на принципиальное значение изучения особых точек и неустойчивостей и их воздействия на судьбы детерминизма в физике [14, c. 268]. „Факторы неустойчивости, - пишет при рассмотрении этих вопросов М. Клайн, - пробивают брешь в эволюции детерминистического мира: в моменты потери устойчивости безотказно действовавшие ранее законы нарушаются и эффекты, пренебрежимо малые при других обстоятельствах, становятся доминирующими” [14, с. 268]. В наши дни интенсивно разрабатываются методы исследования подобных „узлов” в развитии систем. Помимо учения о диссипативных системах и синергетики здесь следует упомянуть и теорию катастроф, методы которой также активно применяются к анализу особых точек в развитии разнообразных систем, в том числе и к анализу распределения вещества во Вселенной [см., например: 15].