Астрономия и современная картина мира

Но если рассмотреть такую систему, как природа в целом (множество миров), для которой нет ничего внешнего, то возможно ли в данном случае говорить о процессе ее самоорганизации. На наш взгляд о самоорганизации природы в целом можно говорить лишь в смысле наличия самоорганизации в ее отдельных подсистемах, находящихся во взаимодействии с другими ее подсистемами. Дестабилизация в системах может происходить как за счет внутренних противоречий в них, так и за счет внешних противоречий системы с другими системами, вступающими с ней в контакт. Поэтому ответ на вопрос об источниках самоорганизации будет таков: если система целостна (замкнута), то самоорганизация в ней может возникнуть только за счет внутренних противоречий, если же она открыта, то, кроме того, вносят свой вклад и внешние противоречия. Наша Вселенная может быть одним из элементов множества миров, потому говоря о ее рождении в процессе самоорганизации, следует иметь в виду возможные внешние дестабилизирующие факторы.

17. Процессы самоорганизации в ранней Вселенной

Современные представления об эволюции Вселенной основываются на стандартной космологической модели Большого взрыва, которая подтверждается наблюдаемым в настоящую эпоху расширением нашей Вселенной, открытием реликтового микроволнового излучения и т.д. Согласно этой модели, вначале существовала некая „первоматерия” с исключительно высокой степенью симметрии, эволюция которой привела к Большому взрыву. Где-то около планковского времени образовались сначала суперструнный вакуум, а затем суперструны.

Новый этап эволюции Вселенной связан с возникновением элементарных частиц, как колебательных мод суперструн, которые вышли на сцену с уменьшением планковской температуры. Энергия, заключенная в суперструнном вакууме, трасформировалась в энергию натяжения струн и далее в энергию возникающих частиц.

Вначале вещество Вселенной должно было находиться в тепловом равновесии с высокоэнергетическими фотонами. Через 109 с после рождения Вселенной (можно считать, после Большого взрыва), когда характерная температура понизилась до 103 К, вещество и излучение разделились (в это время возникло космическое фоновое излучение) и в дальнейшем их охлаждение происходило независимо.

Последующая эволюция Вселенной представляется следующим образом. К 1010 с образовались Солнце и звезды. Около 1017 с возникла жизнь, которая будет продолжаться в известных формах до 1022 с, затем Солнце потухнет и цивилизация на Земле погибнет. В настоящее время Вселенная состоит из звезд, объединенных в галактики, и других объектов (квазаров, нейтронных звезд, черных дыр и т.д.). Она расширяется так, как будто части ее продолжают разлетаться после Большого взрыва. Будет ли это расширение продолжаться вечно или же оно сменится сжатием, которое приведет Вселенную к ее первоначальному состоянию, зависит от плотности вещества в ней: если она превышает критическую (10-29 г/см3), то Вселенная должна коллапсировать (закрытая модель Вселенной), если же она меньше критической, то расширение будет продолжаться (открытая модель Вселенной). По мере расширения все вещество во Вселенной будет распадаться (распад протона, предсказываемый теорией Великого объединения, происходит через 1038 с (после Большого взрыва), в конце концов останутся лишь стабильные частицы (некоторые лептоны и фотоны).

Описанная модель позволяет выделить ряд процессов самоорганизации и деградации:

1. Исходный вакуум.

2. Возникновение суперструн.

3. Рождение частиц.

4. Разделение вещества и излучения.

5. Рождение Солнца, звезд, галактик.

6. Возникновение цивилизации.

7. Гибель Солнца.

8. Гибель Вселенной.

Согласно стандартной модели, исходным состоянием Вселенной было квантовое вакуумное состояние. С нашей точки зрения - это важное основоположение космологии, свидетельствует о качественной неуничтожимости материи и движения. Образованию суперструн предшествовало возникновение стабильной метрики пространства-времени суперструнного вакуума. Важнейшим этапом самоорганизации Вселенной являлось рождение частиц, а затем нарушение суперсимметрии, после чего стала возможной идентификация фермионов и бозонов и, тем самым, разделение вещества и сил. Отделение изучения от вещества позволило ему стать связующим звеном меду вещественными объектами. С возникновением Солнца, звезд и галактик появились базовые объекты для отсчета движений макротел.

Стандартная космологическая модель охватывает основные этапы в эволюции Вcеленной, однако она не отвечает на вопрос о причине Большого взрыва (космического отталкивания). В настоящее время предложена новая, инфляционная модель начального этапа (10-42 - 10-32 с от рождения Вселенной) эволюции Вселенной [2, 3], согласно которой в указанном интервале времени Вселенная находилась в неустойчивом состоянии, называемом „ложным” вакуумом, имела нулевую энергию и обладала аномально большой (для истинного вакуума) плотностью (1077 г/см3). Существенным свойством „ложного” вакуума является наличие в нем отрицательного давления, создающего силу отталкивания, которая ведет к экспоненциальному расширению Вселенной (ее диаметр увеличился в 1050 раз), сопровождающемуся колоссальным возрастанием (до 1068 Дж) энергии и переходом в состояние истинного вакуума. Распад „ложного” вакуума привел к тому, что „после периода колоссального расширения сформировалась наконец фаза с нарушенной симметрией. Это привело к выделению плотности энергии „ложного” вакуума и как следствие - к рождению огромного количества частиц. Область подверглась повторному разогреву до температуры около 1027 К. ...Начиная с этого момента область остывает и расширяется в соответствии со стандартной моделью Большого Взрыва [4, c. 122]. Спонтанное возникновение энергии в результате физических процессов еще недавно считалось неприемлемым, не говоря уже о том, что традиционное мышление привыкло к тому, что „из ничего ничего не возникает”[см. [5]].

А. Гус и П. Стейнхардт видят достоинство этой модели в том, что в ней начальные условия эволюции Вселенной имеют скорее философский, чем физический характер, ибо „...очень сложно выявить какие-либо наблюдательные результаты влияния условий, предшествующих фазе раздувания” [4, c. 127]. Фактически при любых начальных условиях Вселенная эволюционирует как раз в то состояние, которое описывается затем стандартной моделью. Это позволяет предположить, что Вселенная возникла из „ничего”.

“В настоящее время нет достаточных оснований полагать, что вся Вселенная в целом родилась примерно 1010 лет назад в сингулярном состоянии, до которого классического пространства-времени не было вообще. Инфляция могла начинаться и кончаться в разное время в различных областях Вселенной...” [6, c. 229]. Сейчас в рамках квантовой космологии обсуждается вопрос о возможности существования множества миров с характерными для каждого мира фундаметальными физическими параметрами. В пользу такой гипотезы существует ряд аргументов (наличие космологических квазисингулярностей со сверхплотным состоянием материи, выводы инфляционной модели эволюции Вселенной, интерпретация квантовой механики в духе Эверетта-Де Витта и т.д.). Этот ансамбль миров, допустимых физическими законами, может возникать из единого мирового вакуума без затраты энергии, так как полная энергия Вселенной (и, видимо, любого другого мира) равна нулю (масса вещества внутри Вселенной полностью „уравновешивается” отрицательной энергией связи этой массы). Поэтому число возможных миров определяется не энергией вакуума, а соответствующим набором физических параметров, дающим возможность возникшим мирам право на длительное самостоятельное существование.

Другое возможное уточнение стандартной космологической модели эволюции Вселенной связано с теорией супергравитации, в частности, с обобщением модели Калуцы-Клейна, согласно которой на ранних стадиях эволюции Вселенной пространство-время имело 11 равноправных измерений. Компактификацию семи измерений можно связать с инфляцией и считать „движущую силу” инфляции побочным продуктом взаимодействий, проявляющихся через дополнительные измерения пространства. Значит многомерное пространство-время было характерно для вакуума на инфляционной стадии его развития. На доинфляционных стадиях пространственно-временные характеристики вакуума не будут концептуальными, т.е. можно говорить о метрической самоорганизации вакуума.

С точки зрения суперструнной теории, сразу после Большого взрыва все 10 измерений пространства-времени должны быть свернуты. При последующем расширении Вселенной 4 измерения увеличились, 6 измерений пространства остались компактифицированными [7, c. 37]. Следует отметить, что „...замкнутость мира по всем измерениям является нормальным свойством мира, а размыкание по четырем классическим размерностям является примечательной их особенностью” [8, c.80].

Теперь можно уточнить начальные вехи эволюции Вселенной:

1а. Неметрический вакуум (эволюционирующий до метрического 10-мерного вакуума).

2а. Рождение квантованного 10-мерного струнного поля (эволюционирующего до метрически неустойчивого струнного поля).

3а. Появление неустойчивого метрического поля (эволюционирующего до 4-мерного поля).

4а. Рождение классического гравитационного поля.

5а. Появление предельного случая классического гравитационного поля - плоского 4-мерного метрического поля.

Метрика пространства-времени возникла сразу после Большого взрыва. Процессы становления устойчивых 10- и 4-мерных метрик связаны с появлением соответственно квантованного струнного и классического гравитационного полей и являются важными для концептуального описания пространства-времени.

Следует обратить внимание, что процессы самоорганизации имеют прямое отношение к процессам нарушения симметрии. Все развитие Вселенной, от ее рождения до современного состояния, есть последовательность нарушений симметрий, ведущая к появлению все большего многообразия природных структур из первоначальной единой целостной высокосимметричной структуры „первоматерии”. Сказанное можно распространить и на возникновение жизни, различных существ, языков, культур, искусств, религий и т.д. Всякий раз, когда нарушалась симметрия (спонтанно или неспонтанно), появлялось нечто новое. Можно сказать, что все существующее сейчас есть результат нарушения симметрии.

При изучении физикой все меньших и меньших пространственных масштабов открываются закономерности, которые переносятся на соответствующие этапы эволюции Вселенной. Например, при энергиях 102 ГэВ слабые и электромагнитные взаимодействия объединяются, такое же единство мы находим до 10-10 с после Большого взрыва; при энергиях 1015 ГэВ сильные и электрослабые взаимодействия неразличимы, такую же неразличимость находим до 10-35 с после Большого взрыва и т.д. Поэтому мы обнаруживаем единство физического мира с одной стороны и возникновение многообразия физических объектов (и их взаимодействий) в процессе самоорганизации Вселенной - с другой стороны. Это является естественнонаучным выражением философской мысли о связи принципа развития с принципом единства мира. Самоорганизация связана с единством, ибо приводит к качественно новым состояниям на основе предшествующих состояний. Но она связана и с нивелированием единства, ибо сам факт самоорганизации отрицает предшествующие состояния. Самоорганизация возможна только в противоречивой системе, наличие же противоречий нарушает единство. Поэтому и сам процесс самоорганизации противоречив: подчеркивая единство мира, самоорганизация в то же время разрушает это единство, давая качественное разнообразие в нем. Единство и многообразие являются двумя сторонами единого процесса самоорганизации.

Современные представления о возникновении Вселенной связаны с идеей спонтанного квантового рождения ее из „ничего” [9]. Эта идея родилась в силу того, что полный электрический заряд, полный момент, полная энергия (гравитационная и негравитационная) наблюдаемой Вселенной примерно равны нулю. Полный импульс зависит от движения наблюдателя, потому его абсолютная величина не может быть установлена, закона же сохранения барионного заряда не существует. Квантовое рождение Вселенной стало обсуждаться с 1973 г., когда появилась статья Е.П. Трайона [10]. Согласно Трайону, мир вначале представлял собой пустое плоское пространство-время (с нулевой энергией), в котором осуществлялось соотношение неопределенностей для энергии и времени, что гарантировало беспричинное появление (а затем исчезновение) энергии в малых интервалах времени. Квантовые флуктуации такого рода мирового вакуума, кооперируясь, породили, в конце концов, условия, необходимые для рождения нашей Вселенной. Поскольку для произвольной геометрии пространства-времени понятие энергии не определено, то эта модель подверглась переосмыслению. Были предложены другие модели рождения Вселенной. Например, полагалось, что Вселенная возникла как некоторая локальная квантовая флуктуация метрики, причина которой, однако, не указывалась, была предложена несингулярная модель, согласно которой Вселенная родилась путем квантовомеханического туннельного эффекта из классического пространства-времени с метрикой Робертсона-Уокера. Большой взрыв интерпретировался в виде радиоактивного распада, происходящего в огромных масштабах.

Все указанные модели, постулируя пространственно-временной мировой фон, из которого появилась Вселенная, не решали вопроса о возникновении этого фона. В модели А. Виленкина [11] рождение Вселенной трактуется как происходящее спонтанно из абсолютного ничто путем квантового туннелирования в пространство де Ситтера. Таким образом, само мировое пространство-время рождается из ничего, туннелирование (аналогичное Большому взрыву) приводит сразу к метрике Робертсона-Уокера. Вселенная возникает в симметричном вакуумном состоянии, которое затем распадается и начинается инфляция, после окончания которой Вселенная эволюционирует согласно стандартной модели. Эта теория не постулирует никакого начального состояния до туннелирования (сингулярности, пространственно-временного фона и т.д.), поэтому ее можно относить не только к какой-либо одной Вселенной, но к миру в целом.

Если вне родившейся Вселенной ничего нет, то волновая функция ее не зависит от времени. Это значит, что Вселенная в целом не есть явление, но есть вещь в себе, а потому она эквивалентна абсолютному ничто и могла возникнуть из абсолютного ничто. Но если Вселенная возникла из ничего, то, значит, это ничто неустойчиво. Неустойчивость его за счет внешней причины следует исключить, ввиду начального предположения. Значит ничто неустойчиво по своей собственной природе, т.е. оно не ничто, а нечто, способное квантовым флуктуациям (то взрываться, то обращаться в ничто, то порождать кванты пространства-времени, то уничтожать их). Это значит, что ничто есть просто аспект пространственно-временной пены, мирового пространства-времени. А если пена находится в динамическом равновесии с классическим пространством-временем, то ничто, в конце концов, порождает классическое пространство-время.

Возникшая Вселенная есть вещь в себе, целостное бытие, но как только во Вселенной рождается множественность, она становится явлением. Для мыслящего существа (способного к сознанию, самосознанию, оценке и принятию решений), Вселенная представляется в виде множественного бытия, пространственно-временного мира явлений, за которым, однако, скрывается целостность. И вещь в себе, и явление, и целостность, и множественность суть аспекты действительности, диалектические противоположности, познаваемые соответственно путем интеллектуального и чувственного созерцаний. Рождением мышления Вселенная показывает саму себя (при познании ее) во всей своей внутренней красоте, проявляющейся через множественный мир явлений. Целостность же сама по себе малоинтересна в силу ее эквивалентности ничто, в котором, собственно, нечего познавать (в этом смысле вещь в себе непознаваема).

Концепция квантового рождения Вселенной из ничего философски интересна не только потому, что пресекает дальнейшие вопросы о том, из чего возникла Вселенная, но и вследствие порождения мыслей о роли мышления во Вселенной, о взаимоотношении вещей в себе и явлений, целостного и множественного бытия и ставит вопрос о возможности включения в космологию собственных степеней свободы мышления [6, c. 248].

Понятие абсолютного ничто, как основы мира, впоследствии стали обходить. Например, Я.Б. Зельдович сначала разделял точку зрения А. Виленкина, но в статье [12] по материалам симпозиума встал на точку зрения Е.П. Трайона, взяв „ничего” в кавычки и полагая, что в начальном состоянии не было ничего, кроме вакуумных флуктуаций всех физических полей, включая гравитационное, что трехмерная геометрия образовалась в результате квантовых флуктуаций из квантованного пространства-времени.

Но если Вселенная родилась как замкнутая с планковскими размерами в планковской области мирового пространства-времени, имеющего метрику Минковского, то под „ничто” можно понимать область пустого пространства-времени Минковского. Вместо рождения всего мира из абсолютного ничто и его последующего обращения в ничто сейчас рассматривают нескончаемый процесс взаимопревращения классического пространства-времени и пространственно-временной пены, в котором или малы, или велики квантовые флуктуации метрики. Такая модель постулирует вечное существование квантового и классического пространственно-временного фона.

18. Самоорганизация пространства-времени и форм причинности при развитии Вселенной

Рассмотрим процесс самоорганизации пространства-времени в связи с самоорганизацией Вселенной, ведущей к эволюции физических объектов, на которых можно эксплицировать различные концепции пространства-времени. Исходный неметрический вакуум можно охарактеризовать доинфляционным пространством и временем. Большой взрыв привел к эволюции вакуума, достигшей в конце концов метрической определенности, характеризующейся суперструнным вакуумным пространством-временем, затем возникло 10-мерное квантованное суперструнное поле и соответствующее ему суперструнное пространство-время. С акта самоорганизации суперструнного поля до развертывания его четырех измерений имело место суперструнное пространство-время. С возникновением частиц и образованием гравитационного поля процесс самоорганизации привел к классическому гравитационному пространству-времени. Последнее приобрело фундаментальное значение, ибо все эволюционирующие процессы внутри Вселенной (на масштабах больше планковских) можно рассматривать как происходящие на его фоне. Кривизна гравитационного пространства-времени уменьшалась с увеличением радиуса Вселенной, при некотором радиусе (в малых областях) пространство-время можно считать плоским. Переход к плоскому пространству-времени не является качественным скачком, поэтому не принадлежит к процессам самоорганизации материи.

После отделения вещества от излучения, возникновения больших масс (звезд, галактик), дальнейшего увеличения радиуса Вселенной становится возможным реализовать идею реляционного пространства-времени, но после распада барионов реляционное пространство-время опять потеряет свой смысл. Оно имеет значение лишь в небольшом оазисе на шкале эволюции Вселенной, связанном с существованием макротел и излучения.

Итак, базовым концептуальным пространством-времени во Вселенной является вакуумное пространство-время, которое существенно на ранней стадии ее эволюции. Суперструнное пространство-время возникло из него и преобладает на следующей стадии эволюции Вселенной планковской эпохи. Классическое гравитационное пространство-время возникло из суперструнного пространства-времени и существенно для послепланковской эпохи. Реляционное пространство-время преобладает в областях слабого гравитационного потенциала, наполненных макротелами и электромагнитным излучением. Оно не возникло из классического гравитационного пространства-времени, но существует на его фоне.

Принцип самоорганиизации материи связан с фактом возникновения более организованных структур из менее организованных. Но организованность и фундаментальность - это разные вещи, фундаментальная структура (единый вакуум) самая хаотическая и нестабильная, именно из нее и рождаются менее фундаментальные, но более организованные структуры. В отношении метрической самоорганизации во Вселенной можно сказать, что появление вакуумного, суперструнного и классического гравитационного (но не реляционного) пространства-времени есть безусловно процессы, связанные с метрической самоорганизацией материи. При этом псевдориманово 4-мерное пространство-время есть более организованная структура, чем суперструнное 10-мерное пространство-время (а классическое гравитационное поле более организовано, чем суперструнное поле). Вакуумное же пространство-время, будучи самым фундаментальным, - наименее организовано. Принцип метрической самоорганизации материи может служить критерием для отбора фундаментальных концепций пространства-времени.

Как известно, в развитии фундаментальных физических теорий можно усмотреть принцип соответствия, согласно которому, если теорию, построенную для одного структурного уровня материи, обобщить на более фундаментальный ее уровень, то первая теория будет вытекать из второй как ее предельный случай, т.е. законы менее фундаментального уровня являются частным случаем законов более фундаментального уровня. Можно ли увидеть принцип соответствия между концепциями пространства-времени? Положительный ответ на этот вопрос позволяет дать принцип метрической самоорганизации материи, который, к тому же, позволяет понять, почему следует отобрать в качестве основных только три фундаментальные физические концепции пространства-времени (вакуумную, суперструнную и классическую гравитационную). На первый взгляд кажется, что принцип соответствия теорий (например, классической механики, СТО и ОТО) можно перенести и на принцип соответствия концепций пространства-времени. Однако это не так. Между принципами соответствия физических теорий и пространственно-временных концепций имеется существенное различие ввиду того, что многие физические теории, как исходные, так и обобщенные, основываются на одной и той же концепции пространства-времени. Эволюцию же физики от классической механики до СТО нельзя рассматривать как скачок в концептуальном описании пространства-времени, но лишь как уточнение классической гравитационной концепции пространства-времени. Когда эта концепция была уточнена (Эйнштейн схватил идею о существенности полевого аспекта материи в физической экспликации пространства-времени) и на ее основе построена вся физика, но только после этого стал возможен качественный скачок к новой, суперструнной концепции пространства-времени. Реляционная концепция пространства-времени в таком случае оказывается на окраине внимания, она существенна только в практических целях.

Говорить о преемственности пространственно-временных концепций при расширении научного познания можно на двух уровнях: уровне математического представления и уровне физической экспликации. Нетрудно проследить переход от плоского метрического инерциального поля к гравитационному и далее суперструнному полям или от 4-мерного пространства-времени Микковского к 4-мерному пространству-времени Римана и далее к 10-мерному суперструнному пространству-времени.

Наличие самоорганизующихся систем позволяет по-новому взглянуть на причинность. Под физической причинностью понимают наличие неких воздействий, в результате которых происходит изменение в материальной системе. Следует различать состояние материальной системы и переход ее в новое состояние (процесс). Процесс может описываться, а может и не описываться эволюционным уравнением. Состояние будет классическим, если оно строго определено, и статистическим, если оно вероятностно. По характеру воздействий причины могут быть внешними, внутренними и совместными (теми и другими). Переходы из одного состояния в другое могут быть однозначно определенными или вероятностными, могут совершаться под действием внешних или внутренних (или совместных) воздействий. Однозначные переходы можно назвать динамическими, вероятностные - статистическими, они определяются типом воздействий, среди которых можно выделить динамические и статистические.

Состояния рассматриваются в определенный момент времени и в определенной области пространства, переходы же происходят в течение определенного промежутка времени, как в ту же, так и в другую область пространства. Поэтому причинность связана не только с типом систем, но и со свойствами пространства-времени, которые могут быть различными в различных своих частях. Поскольку вместе с эволюцией Вселенной эволюционирует и пространство-время, то будет изменяться и форма причинности. Значит, в причинности можно выделить два аспекта: системный и пространственно-временной.

Обычно рассматривают причинность по отношению к переходам (процессам), но концепция самоорганизации материи показывает, что переходы связаны с состояниями и могут происходить только из специфических (сильно возбужденных) состояний. Поэтому причинность следует распространить и на состояния.

Выделим обычные формы системной причинности. Если система классична, как по своим состояниям, так и по переходам, то ее можно назвать вполне детерминированной (примерами могут служить классическая система материальных точек, классическое электромагнитное поле). Вполне детерминированная система дважды инертна (как по состоянию, так и по переходу) в том смысле, что она неспособна к самодвижению, ибо все в ней строго определено и никаких отклонений (флуктуаций) быть не может. Систему, статистическую по своим состояниям, но динамическую по переходам, можно назвать детерминированной (пример - идеальный газ). В детерминированной системе заложена возможность к саморазвитию, ибо увеличение флуктуаций ее состояния может привести к необратимым последствиям. Система, классическая по своим состояниям, но статистическая по переходам, будет статистически детерминированной (например, броуновские частицы). Такие системы связаны с необратимостью, они играют большую роль, ибо уже на классическом уровне могут демонстрировать роль случая. Если же система статистична как по своим состояниям, так и по переходам, то она будет вполне статистически детерминированной. Таковыми являются все микросистемы. Вполне статистически детерминированные системы являются фундаментальными системами природы и основными источниками ее эволюции. Их обобщением являются особые, самоорганизующиеся системы, которые, сильно флуктуируют по начальным данным и по конечным состояниям. „...На всех уровнях, будь то уровень макроскопической физики, уровень флуктуаций или микроскопический уровень, источником порядка является неравновесность. Неравновесность есть то, что порождает „порядок из хаоса” [13, c. 357]. Сказанное позволяет выделить пять форм системной причинности: вполне детерминированную, детерминированную, статистически детерминированную и самоорганизационную формы.

Необратимость приводит к глубоким изменениям понятий пространства, времени и динамики [14]: время, связанное с флуктуациями, отлично от времени, связанного с обычными движениями, оно является скорее оператором, чем параметром, динамика должна быть включена в более широкий формализм и т.д. Сказанное можно отнести и к начальному этапу эволюции нашей Вселенной. Пространство, время и связанная с ними причинность до Большого взрыва могут быть названы доинфляционными.

Необходимо выделить формы пространственно-временной причинности, Д.И. Блохинцев отмечал: „...Причинность можно рассматривать как геометрическую категорию и исследование вопросов причинности есть лишь один из возможных аспектов анализа геометрии” [15, c. 135]. Поэтому формы причинности можно классифицировать и по геометрии пространства-времени. Согласно Р. Герочу [16], если в физических процессах происходит изменение топологии пространства-времени, то оно воспринимается с точки зрения старой топологии как нарушение формы причинности. Поэтому переходы от Большого взрыва к свернутому метрическому пространству-времени, от него к 10-мерному пространству-времени суперструнной теории и далее к 4-мерному сильно развернутому псевдориманову пространству-времени связаны с изменением формы причинности. Поэтому пространственно-временная причинность эволюционирует вместе с эволюцией пространстива-времени в связи с эволюцией Вселенной [17]. При этом можно выделить следующие концептуальные формы пространственно-временной причинности, соответствующие основным стадиям эволюции Вселенной и пространственно-временным концепциям, существенным для них: вакуумную (характерную для метрически организованного вакуума), суперструнную (характерную для суперструнного поля), гравитационную (характерную для наблюдаемого мира), в частности, тривиальную гравитационную (характерную для процессов, происходящих в 4-мерном пространстве-времени Минковского).

На каждой стадии пространственно-временной эволюции Вселенной имеют место определенные формы системной причинности, всегда сопровождающей пространственно-временную причинность. Следует отметить самоорганизационную форму при переходе от Большого взрыва к метрическому суперструнному вакууму, а также при переходе от суперструнного поля к гравитационному полю. Однако нельзя рассматривать эволюцию системного аспекта причинности в связи с эволюцией Вселенной, ибо процессы самоорганизации происходят и сейчас в отдельных участках Вселенной вне зависимости от ее эволюции. Значит, самоорганизационная форма причинности не эволюционирует, а проявляется по-разному в разные моменты времени на разных участках эволюционирующей Вселенной. То же самое можно сказать и относительно других форм системной причинности. Поэтому системную причинность можно назвать локальной причинностью в противоположность глобальной причинности, связанной с пространством-временем. Таким образом, можно ввести принцип соответствия различных форм пространственно-временной причинности, аналогично тому, как это было сделано для концепций пространства-времени.

19. Две эволюции

Эволюция, нелинейность, самоорганизация - слова, пожалуй, чаще других встречающиеся сегодня в многочисленных дискуссиях, ведущихся по самым фундаментальным проблемам мироздания. Мы бы хотели начать с обсуждения проблем эволюции. Сначала несколько терминологических замечаний.

Слово „эволюция” чрезвычайно многозначное (как, впрочем, и большинство слов, фиксирующих некоторые фундаментальные идеи и представления). Под эволюцией понимают: 1) развитие вообще, 2) обязательно плавное, постепенное развитие, в противоположность бурно протекающим, взрывным процессам, 3) чисто количественное изменение, в отличие от изменений коренных, качественных. В последующем изложении слово „эволюция” мы будем употреблять в первом смысле, как это больше принято в естественнонаучных исследованиях, где в выражениях „органическая эволюция”, „эволюция Вселенной”, „глобальный эволюционизм” термин „эволюция” используется именно в этом, наиболее общем смысле.

Можно, конечно, поставить вопрос: „А зачем увеличивать многозначность языка, вместо того, чтобы использовать в этом смысле доброе старое слово „развитие”? На наш взгляд, некоторый резон тут есть. Термин „развитие” широко использовался с древнейших времен в философской и натурфилософской традиции. Широкое использование термина „эволюция”, на наш взгляд, связано с проникновением идеи развития в естествознание и связано с постановкой проблемы развития на естественнонаучном уровне, в отличие от чисто натурфилософского.

Как хорошо известно, становление естествознания было сначала связано с отказом от идеи развития. Формирующееся естествознание должно было для первоначального ознакомления со своими объектами выделить их из системы разнообразных связей, отвлечься от возможного изменения и развития. Создаваемая естествознанием картина природы представляла последнюю как раз и навсегда данную и неизменную. И хотя отдельные проблески идеи развития присутствовали уже в ХYIII веке (Ж. Бюффон, М.В. Ломоносов, И. Кант) широкое вхождение идеи развития в естествознание - дитя ХIХ века.

Идея эволюции в естествознании XIX века нашла выражение в двух, долгое время рассматривавшихся как взаимоисключающие, формах: биологической (дарвиновской) и термодинамической (если и здесь использовать имя, то можно сказать - больцмановской). Любопытно заметить, что при всей противоположности этих двух эволюций, именно Л. Больцман назвал XIX век - веком Ч. Дарвина.

В чем же состояла указанная противоположность? На это можно ответить одной фразой: дарвиновская эволюция ведет к усложнению своих объектов, термодинамическая - к их упрощению и деградации; они действуют во взаимно противоположных направлениях. Гениальное открытие Дарвина состояло в нахождении им естественного механизма, способного вести живые организмы по пути возрастания разнообразия и сложности строения, как можно было бы сказать, пользуясь сегодняшним языком, по пути возрастания структурной информации биологических объектов. Этот механизм Дарвин назвал естественным отбором. В „Происхождении видов” Дарвин подробно описывает путь, которым он пришел к этой блестящей идее. Многовековая практика селекционеров привела к выведению большого множества улучшенных, в желательном человеку направлении, пород животных и сортов растений, используемых в сельском хозяйстве. И здесь механизм, которым действовали практики-селекционеры, лежал прямо на поверхности: опираясь на от природы присущую одомашненным животным и растениям изменчивость, селекционер производил отбор (селекцию) в нужном для себя направлении. Нельзя ли увидеть нечто подобное этому искусственному отбору в самой природе? Дарвин и сформулировал тезис о естественном отборе, который, опираясь на присущую живым организмам так называемую неопределенную изменчивость (которую он берет как данность, справедливо отмечая, что причины ее для понимания эволюции не важны), ведет их по пути непрерывного усложнения и увеличения разнообразия. Место сознательных целей человека в искусственном отборе занимает выживание наиболее приспособленных организмов в борьбе за жизнь, неизбежно возникающей на почве перенаселенности. Таким образом, Дарвин не просто обнаружил сам факт эволюции в живой природе, он открыл естественный механизм, обеспечивающий эту эволюцию. Мы отдаем себе отчет, что дарвиновская эволюция с самого момента выдвижения этой идеи и до сегодняшнего дня встречает достаточно многочисленные возражения. Эволюцию пытались и пытаются объяснить прямым приспособлением к среде, упражнением и неупражнением органов, стремлением организмов к совершенствованию, изначальной целесообразностью и т.д. На наш взгляд, все указанные факторы или не имеют места (упражнение и неупражнение органов) или по существу аппелируют к сверхъестественным факторам. Во всяком случае, ничего лучшего, чем объяснение через естественный отбор человечество до настоящего времени, по нашему убеждению, не придумало. Поэтому, хотя в адрес дарвиновской эволюции (называемой ее оппонентами „селекционизмом”) и сформулирован ряд серьезных замечаний, отношение к ней должно быть аналогично нашему отношению к демократии (согласно известному афоризму, хотя демократия и обладает массой недостатков, но ничего лучшего человечество не придумало).

Итак, дарвиновская эволюция широко вошла в сознание научного сообщества. С ее помощью объясняется не только развитие органического мира. Существуют интересные попытки объяснить с ее помощью развитие человеческого познания (К. Поппер, С. Тулмин), науки (Т. Кун). Интересная попытка придать универсальный характер идее отбора принадлежит Н.Н. Моисееву. Более того, в последние десятилетия дарвиновская эволюция вторгается в сферу физических процессов (М. Эйген, И. Пригожин).

Другим каналом, по которому идея эволюции вошла в естествознание, явилась термодинамика со своим вторым началом. В отличие от всей предшествующей физики, второе начало термодинамики устанавливало то, что позднее получило наименование „стрелы времени”. Уравнения классической механики безразличны к знаку времени, замена +t на -t ничего не меняет в характере протекающих процессов. Второе начало устанавливает преимущественное направление всех физических процессов - это направление неубывания энтропии. Второму началу было дано множество формулировок: формулировки С. Карно, В. Томсона, Р. Клаузиуса, В. Оствальда вплоть до шутливой формулировки Р. Фейнмана (из елки можно сделать палку, а наоборот нельзя) и житейского афоризма „все портится”. Но именно в этом житейском афоризме схвачена, если угодно, существенная тенденция, присущая второму началу: физические процессы протекают в направлении своего рода обесценения энергии. Согласно одной из основных формул термодинамики, свободная энергия любой системы (F), т.е. энергия, которая может быть превращена в работу, равна разности полной энергии (U) и обесцененной энергии, пропорциональной энтропии (TS), где Т - абсолютная температура, а S - энтропия): F = U - TS.

Мы считаем, что уже здесь следует оговорить определенную односторонность истолкования энтропии только как меры обесценения энергии. Дело в том, что второе начало справедливо лишь для замкнутых систем, но все реальные системы, с которыми мы встречаемся и в природе и в технике, в той или иной степени, являются системами открытыми и для таких систем второе начало, прежде всего, позволяет раскрыть пути максимального эффективного использования энергии, выступая скорее как закон не столько обесценения, сколько оптимального использования энергии.

Подлинное место второго начала в системе мироздания хорошо определил Р. Эмден в известной заметке под нарочито житейским названием „Почему мы топим зимой?”: „Будучи студентом, я с пользой прочел небольшую книгу Ф. Вальда „Царица мира и ее тень”. Имелась в виду энергия и энтропия. Достигнув более глубокого понимания я пришел к выводу, что их надо поменять местами. В гигантской фабрике естественных процессов принцип энтропии занимает место директора, который предписывает вид и течение всех сделок. Закон сохранения энергии играет лишь роль бухгалтера, который приводит в равновесие дебит и кредит” [1, c.60].

Тем не менее, второе начало неоднократно давало повод (и вообще говоря, небезосновательно) трактовать его по преимуществу как закон обесценения энергии, т.е. как закон, устанавливающий направление эволюции, противоположное дарвиновской. Применение же второго начала ко Вселенной в целом казалось неизбежно приводило к выводу о так называемой тепловой смерти мира. Не случайно второе начало термодинамики (вместе с концепцией расширяющейся Вселенной) папа Пий XII в своей известной речи „Доказательства существования Бога в свете данных современной науки” (1951) рассматривал как самые главные аргументы в пользу бытия Бога. Не удивительно поэтому настороженное отношение ко второму началу термодинамики со стороны многих естествоиспытателей и философов. В ряде случаев это настороженное отношение выливалось в прямое неприятие и попытки опровержения второго начала. Мы не можем входить здесь в подробное обсуждение этих сюжетов, отметим лишь, что для „спасения” материализма не требуются столь радикальные меры как отрицание одного из основных законов природы. Существуют многочисленные работы и естествоиспытателей, и философов, показывающие несостоятельность креационистских или эсхатологических выводов из второго начала [2, 3, 4, 5].

20. Идея развития (эволюции) и причинность

Идея развития и идея причинности относятся к числу наиболее фундаментальных представлений человеческого интеллекта. Видимо, нельзя считать полностью случайным, что от основателя атомизма Левкиппа до нас дошла всего одна фраза: „Все происходит на каком-то основании и в силу необходимости”. Без идеи причинности, т.е. регулярной обусловленности настоящего положения дел какими-то факторами в прошлом, было бы вообще невозможно развитие познания. С другой стороны, весь опыт человечества говорил о том, что в жизни возникает и что-то новое. Проблема согласования возникновения нового и его причинной обусловленности может быть отнесена к числу наиболее трудно разрешимых.

Нам представляется уместным здесь поговорить об особенностях человеческого познания в более общем плане. Наше познание неизбежно носит антонимичный характер, т.е. мы всегда характеризуем реальность с помощью антонимов. Основная черта рационально понятого диалектического мышления связана с пониманием относительного характера любых противоположностей, с их опосредованием, с их релятивизацией.

Все сказанное, прежде всего, относится к наиболее общим категориальным характеристикам сущего. Причем, надо отдавать себе ясный отчет в том, что реальный прогресс человеческого познания всегда был и будет связан с созданием односторонних концепций, с развитием односторонних идей. Подчеркнем, что познание есть огрубление реальности. И вместе с тем, это огрубление постоянно снимается в ходе познавательного процесса, и снимаясь, воспроизводится на новом уровне. Принцип относительности противоположностей - не универсальная отмычка, позволяющая по шаблону решать любую конкретную проблему. Это - методологическая установка, ориентирующая познание на понимание того обстоятельства, что любые добытые на сегодня результаты не должны абсолютизироваться, не должны превращаться из приблизительно верного отражения реальности в доподлинно и точно нам известные изображения реальности самой по себе.

Все вышесказанное имеет прямое отношение к идеям причинности и развития в научной картине мира. Становление науки Нового времени неотделимо от выработки концепции механической причинности и ее неизбежной философской абсолютизации в лапласовском детерминизме: „Ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента все силы, одушевляющие природу, и относительное положение всех ее составных частей, если бы вдобавок он оказался достаточно обширным, чтобы подчинить эти данные анализу, обнял бы в одной формуле движения величайших тел вселенной наравне с движениями мельчайших атомов: не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверным, и будущее, так же как и прошедшее, предстало бы перед его взором” [6, c. 9].

Тезис Лапласа не нов в истории человеческой мысли. Он родственен уже процитированному афоризму Левкиппа, его задолго до Лапласа сформулировал Омар Хайям: „В последний день расплаты будет прочитано то, что было записано в первый день творения”. Но в тезисе Лапласа есть и существенно новый момент. Эта концепция предлагается теперь от лица науки, а не как натурфилософская или религиозная идея. Лаплас четко обнажает научные корни своей концепции, указывая, что человеческий ум, разумеется, никогда не достигнет Ума с большой буквы. Но в некоторых своих фрагментах, скажем в небесной механике, ум человеческий приближается (создав теорию дифференциальных уравнений) к этому божественному Уму.

От вселенской формулировки Лапласа прямой путь ведет к концепции, которая может быть названа концепцией однозначной причинности, действующей в любом сколь угодно малом или сколь угодно большом фрагменте, доступном человеческому уму. Концепция (или, если угодно, парадигма, догма) однозначной причинности выражена в расхожем афоризме: „Одинаковые причины - одинаковые следствия”. Встречающиеся сплошь и рядом в обычных житейских ситуациях случаи, когда, казалось бы, одинаковые причины приводят к разным следствиям всегда легко и изящно объяснялись ссылкой на неполноту учета всех предшествующих обстоятельств. Это объяснение неполнотой знания до сравнительно недавнего времени находило убедительное подтверждение во всей истории человеческого познания и действия.

Радикальный переворот был здесь связан с развитием квантовой физики. Осознание всей радикальности этого переворота проходило в ходе нелегкой и драматической идейной борьбы как среди физиков, так и среди философов. Нельзя сказать, что на сегодня достигнуто полное единодушие в понимании философских последствий квантово-механического взгляда на природу. Однако, некоторые главные результаты можно считать достаточно прочно вошедшими в общественное сознание. К этим главным результатам относится утверждение объективного и фундаментального статуса понятий вероятности и неопреденности. Квантовая механика дает возможность расчета тех или иных вероятностей наблюдаемых макроскопических событий, но не дает возможности их однозначного предсказания. Совершенно естественной реакцией на эту ситуацию был тезис о принципиальной неполноте квантовой механики, т.е. тезис о том, что на смену квантовой механике придет новая, более полная теория, оперирующая некими „скрытыми параметрами”, учет которых и позволит добиться хотя бы теоретически однозначных предсказаний. Однако, вскоре после создания квантовой механики, Дж. фон Нейманом была сформулирована знаменитая теорема о несовместимости объективного содержания квантовой механики с допущением скрытых параметров. Многочисленные попытки как-то обойти теорему фон Неймана, на наш взгляд, не привели к сколь-нибудь заметным результатам.

Сложившаяся ситуация, созданная возникновением и развитием квантовой механики, стимулирует углубленную философскую постановку вопроса о причинности. Один из авторов имел возможность неоднократно выступать по проблеме причинности в квантовой механике и поэтому здесь мы ограничимся кратким резюме.

Все наши знания о мире (включая и самые общие идеи и представления) возникают в ходе отражения этого мира. У нас нет и не может быть никаких априорных принципов. Не существует никакого „черного хода”, с которого мы могли бы заглянуть в действительность „саму по себе” и подсмотреть, как там обстоит дело. Все наши идеи и принципы - это приблизительно верное отражение действительности, а не сама действительность.

Идея однозначной причинности разделяет общую судьбу всех человеческих принципов, которыми не только можно, но нужно поступаться, когда к этому побуждают объективные обстоятельства.

На наш взгляд, адекватное философское осмысление квантовой механики связано с отказом от презумпции однозначной причинности, в принятии фундаментального характера вероятностных представлений, в признании однозначных связей приблизительным и огрубленным выражением более глубоких и более фундаментальных вероятностных связей.

Нам представляется, что этот результат навсегда сохранит квантовую механику как важнейшую веху в истории человеческого познания и поэтому нам кажется не вполне корректными встречающиеся иногда попытки, если угодно, смазать эпохальное значение квантово-механической революции. Такую тенденцию (не будем настаивать, что концепцию) можно обнаружить в интересной и небесспорной книге И. Пригожина и И. Стенгерс „Порядок из хаоса” [7, с. 291]. Авторы, естественно, увлечены своей стержневой идеей - идеей необратимости времени во Вселенной. С этой точки зрения они делят всю физику на предшествующую атемпоральную и вновь создаваемую темпоральную, прежде всего, воплощающуюся в неравновесной термодинамике. При таком подходе, квантовая механика предстает всего лишь как звено в развитии атемпоральной физики. Вольно или невольно такой подход, как нам кажется, смещает историческую перспективу. Не исключено, что в будущем концепции в русле неравновесной термодинамики и синергетики преобретут не менее глобальное значение, чем квантовополевые идеи. Однако, на сегодня такое утверждение кажется нам, как минимум, преждевременным и не соответствующим реальной ситуации в науке (в физике, во всяком случае). Хотя, подчеркнем еще раз, с чисто психологической точки зрения, такой подход И. Пригожина и И. Стенгерс вполне понятен. Вместе с тем, наши возражения против возвеличения синергетики и неравновесной термодинамики за счет квантовой физики* , относятся, прежде всего, к этому „за счет”. Синергетика является безусловно важнейшей вехой в концептуальном развитии науки и ее появление заставляет обратиться к анализу таких фундаментальных понятий, как нелинейность и самоорганизация.

Эволюция и идея нелинейности

Рассмотренная выше идея однозначной причинности жестко связана с представлением о линейном характере причинных цепей. Эта связь может быть представлена и представлялась в самой грубо наглядной форме. Считалось, что в реальном мире существуют в буквальном смысле слова линии причинения, некие линейные цепочки причин и следствий, простирающиеся неограниченно далеко как в прошлое, так и в будущее. Эти цепочки могут быть как угодно перепутаны, могут пересекаться друг с другом, но „лапласовский Ум” способен во всех этих пересечениях разобраться; ведь он не играет в кости, т.к. для него любое выпадение очков заранее известно. Известно именно в силу того, что все пересечения линейных цепочек всегда принципиально аддитивны - именно в этой аддитивности и состоит их линейный характер. Причина всегда равна своему следствию, изменение следствия всегда пропорционально изменению причины.

На уровне здравого смысла и повседневной житейской практики люди, разумеется, повсеместно встречались с эффектами неаддитивности и нелинейности. Однако для того, чтобы продвинуться от уровня поверхностной констатации нелинейных эффектов к их действительно глубокому постижению, человеческий ум должен был пройти неизбежный этап линеаризации.

Линеаризация предстает, таким образом, как закономерный этап развития человеческого познания. Линеаризация одно из выражений общей черты человеческого познания, заключающийся в необходимости упрощения познаваемой реальности. Упрощение не обязательно состоит в линеаризации, но линеаризация - всегда упрощение.

В арсенале человеческого познания существует множество приемов упрощения. Сюда можно отнести схематизацию, проводимую с ясным осознанием огрубления исследуемой реальности, идеализацию, кибернетический подход в целом и многое другое. В отношении последнего небезынтересно заметить, что один из основателей кибернетики У.Р. Эшби вообще определял ее как искусство упрощения без переупрощения. Эшби вводит в рассмотрение три рода чисел: обычные, выражаемые десятичной записью, астрономические, где число нулей записывается в виде показателя степени и, наконец, комбинаторные, где число нулей записывается в виде лесенки степеней. Если первые два класса в какой-то степени допускают установление поэлементных связей, то в отношении систем, число состояний в которых выражается комбинаторными числами, такое поэлементное изучение становится в принципе невозможным. Кибернетика и призвана разработать приемы и методы, позволяющие справиться с этим „кошмаром сложности”. Если угодно, линеаризация тоже может рассматриваться как один из таких приемов, как, в этом смысле, одно из выражений кибернетического подхода, возникшего, правда, задолго до появления кибернетики.