Наука и религия. Взгляд православного христианина. Беседы 19-23.
кандидат физико-математических наук С.Н. Хворостовский.

-19-

Новый толчок в развитии квантовой механики произошел в 1930 г., когда Поль Дирак сумел объединить квантовую теорию с частной теорией относительности. Разработанная им теория позволила предсказать многие принципиально новые явления. Созданная к тому времени модель атома включала в себя три «фундаментальных» ингредиента, элементарные частицы – электрон, протон и нейтрон. На основании разработанной теории Дирак показал, что кроме этих частиц должны существовать и «зеркальные» им частицы, которые позже были обнаружены и названы античастицами. Назвали так потому, что их свойства были противоположны исходным. Например, электрон имеет отрицательный заряд, а антиэлектрон (или позитрон) – положительный и т.д. Но этим отличия их свойств не ограничивается. Свойства их противоположны во всем, причем столь противоположны, что при столкновении частицы и античастицы они обе исчезают и после них остается только излучение. Этот процесс получил название аннигиляция. Но что самое интересное, излучение, в свою очередь, при определенных условиях может порождать пару частиц – частицу и античастицу, само при этом исчезая. Можно сказать, что в этих процессах происходит в чистом виде переход энергии в массу и наоборот. Хочу заметить, что эти процессы – аннигиляция и обратный ему (иногда его называют «образование пар») – наблюдаются для всех элементарных частиц и не являются какой-то экзотикой. Они часто встречаются в потоках космических лучей.
А какова же цена перехода к новым представлениям о мире микрообъектов, о мире микрочастиц? Самое главное, чем отличается квантовая механика от механики классической заключается в следующем. В основе квантовой механики лежит отрицание возможности абсолютной предсказуемости всего происходящего во вселенной независимо от объема доступной нам информации. Вместо того, чтобы считать современное состояние вселенной с необходимостью переходящим в полностью определенное будущее состояние (и происходящим из полностью определенного прошлого состояния, строгий детерминизм), квантовая механика допускает множество возможных прошлых и будущих состояний, отвергая, тем самым, принцип причинности в его классическом смысле, определявший развитие науки на протяжении многих столетий. Будущее состояние любой физической системы, согласно представлениям этой науки, следует рассматривать как суперпозицию, т.е. наложение, сумму, всех возможных вариантов. Имеется не один, а колоссально много будущих миров, и каждый из них может реализоваться или не реализоваться с достаточно хорошо определенной вероятностью.
В новой, квантовой физике любое предсказание имеет статистический характер. Да, выводы квантовой физики справедливы, в первую очередь для микрообъектов, микрочастиц. Но ведь весь мир, вся Вселенная состоит из микрочастиц и, таким образом, выводы квантовой физики справедливы и для всех объектов, находящихся во Вселенной. И, соответственно, статистический подход нужно применять и ко всей Вселенной. Вопрос о том, нужно ли считать, что все возможные миры существуют параллельно или в каждый момент некоторым случайным образом выбирается только один из них, представляет собой глубокую философскую проблему. Но в рамках квантовой механики, в любом случае, можно эту вероятность рассчитать. А вот удовлетворительное решение этой проблемы в рамках материалистической философии до сих пор не найдено. И это понятно, ведь материалистическая философия не рассматривает такую категорию, как Божественный Промысел.
Когда мы рассматриваем пространство-время в достаточно малых масштабах, многие возможные типы миров появляются и исчезают, словно тени. Такие кратковременные эфемерные образования называют иногда виртуальными мирами. Даже если начать с полного вакуума, то и там на достаточно краткие промежутки времени будут возникать, а затем исчезать частицы всех типов. Продолжительность существования таких виртуальных частиц-фантомов невероятно мала. И тем не менее мы не можем считать вакуум пустым. Напротив, он заполнен тысячами разных типов частиц, возникающих, взаимодействующих и исчезающих с неослабевающей активностью. Такова квантовая картина пространства-времени – картина бурных флуктуаций и взаимодействий.
Подобная картина – отнюдь не умозрительная модель. В результате различных флуктуаций в вакууме возникают вполне ощутимые физические эффекты. Например, присутствие электропроводящих веществ настолько сильно сказывается на флуктуации фотонов, что это вызывает в проводниках эффекты, вполне поддающиеся измерению.
Эта новая, буквально завораживающая квантовая концепция пространства-времени – результат синтеза представлений квантовой механики и частной теории относительности. Объединение же квантовой механики и общей теории относительности, как можно ожидать, приведет к столь же радикальному изменению картины пространства-времени.
Но самый главный «сюрприз» был еще впереди. Метод познания, введенный в физику еще Ньютоном, и принятый наукой, в том числе и квантовой физикой, основывается на предположении, что сами свойства измеряемых объектов не зависят от наблюдателя. Поэтому, когда мы говорим о невозможности измерить какие-либо параметры частиц в данном опыте, предполагалось, что все-таки эти параметры существуют, но нам они неизвестны. Но недавно выяснилось, что это не так. Эксперименты, проведенные в конце 70-ых – начале 80-ых годов показали, что некоторые параметры микрообъектов (например, координата и импульс) вообще не существуют вне измерений. Именно не существуют, а не просто нам неизвестны! И самое поразительное, это можно проверить экспериментально!
Выяснилось, что многие качества, считавшиеся «объективно существующими», представляют собою результат взаимодействия наблюдателя с исследуемым объектом. Оказывается, что «элементы» картины мира, картины природы это не объективные факты, а результат взаимодействия человека и мира. Это позволило Джону Арчибальду Уилеру, одному из виднейших физиков 20-го века, выдвинуть гипотезу: само наблюдение делает мир таким, каким мы его видим. Основываясь на анализе процесса квантово-механического измерения, Уилер предположил: возможно именно миллиарды наблюдений порождают совокупный образ мироздания. Но тогда слова о со-работничестве, со-трудничестве человека Творцу приобретают совершенно определенный смысл: человек действительно, реально, а не только в духовном смысле, в некоей исторической перспективе, со-работник Божий. И совершенно определенный смысл приобретают виртуальные миры, о которых мы говорили ранее: человек в процессе своего творчества допускает много ошибок (что естественно, сказывается греховная природа человека), реализация которых ограничена Господом. Хотя сам процесс творения человеком Господь не ограничивает, но страшно даже предположить, что могло бы произойти, если Господь хотя бы на мгновение прекратил это Свое Творение. Какая катастрофа ожидала бы этот мир! Господь не просто сотворил этот мир и предоставил ему возможность развиваться самостоятельно по Им же сотворенным законам, как это представляли себе некоторые ученые. Нет! Он непрестанно поддерживает этот мир, обеспечивает его существование, хранит его «в руце Своей».
Надо сказать, что квантование (т.е. не непрерывное изменение величины, а определенными порциями) справедливо не только для энергии. Оказалось, что и другие физические величины должны квантоваться и это показано в квантовой теории. Объединение теории относительности с квантовой механикой показало, что квантоваться должно и гравитационное поле, и пространство-время. Пока что здесь многое остается непонятным, но ясно одно – представление о непрерывном пространстве-времени не может быть распространено на чрезвычайно малые масштабы.
Таковы вкратце последствия событий, разыгравшихся в физике на рубеже 19-20 веков. Как можно заметить, наши представления об окружающем мире изменились и изменились радикально. Они, мягко говоря, имеют мало общего со столь привычным нам здравым смыслом. Иногда кажется, что ученые, все это сформулировавшие, не вполне в своем уме. В этом смысле очень интересен эпизод, который произошел на одном научном семинаре. Руководил этим семинаром, уже упоминавшийся нами, датский ученый Нильс Бор. Выступал на этом семинаре некий молодой ученый и предлагал собравшимся разработанную им квантово-механическую модель одного явления. После окончания выступления ученого, как обычно, было обсуждение доклада. Члены семинара выступали с различными замечаниями, предложениями. Но самое интересное замечание высказал Нильс Бор. Он сказал: «Молодой человек, ваша модель недостаточно сумасшедшая, чтобы быть правильной!»
На первый взгляд такое замечание выглядит полным издевательством, но если вдуматься, то, о чем, собственно, говорил Нильс Бор. Что он имел ввиду? А он имел ввиду, что этот ученый в своей модели видимо слишком часто использовал понятные и привычные представления классической физики, которые заведомо неприменимы для микромира. Конечно, Нильс Бор не знал точно, где конкретно этот ученый допустил ошибку или ошибки. Это просто невозможно понять после самого первого знакомства с работой, но огромный опыт работы Бора в области квантовой механики, как положительный, так и отрицательный, подсказывал ему, что ошибка где-то есть. Что только полное отрешение от прежних представлений может дать в исследовании положительный эффект. Мир, который исследует квантовая физика, очень необычен, странен и полон противоречий. Но то, что прежде казалось противоречивым, раскрывается как Божественная Универсальность. У о. Павла Флоренского по этому поводу сказано: «Истина падает с неба и разбивается на противоположности». Был даже написан роман, может некоторые из вас его читали, с очень любопытным названием «Неизбежность странного мира». Да, поистине представления физики об окружающем нас мире весьма странные. Но еще раз повторю, такие представления основываются не только на теоретических изысканиях, но и на экспериментальных исследованиях, т.е. подтверждены на опыте и не являются чисто умозрительными.

-20-

Увы, наши прежние представления об окружающем нас мире оказались неверными, неприменимыми для исследования Вселенной. Точнее сказать, наши прежние представления о Вселенной сузились до масштабов нашей матушки Земли и выходить с ними далеко за ее пределы не рекомендуется. Та, сравнительно простая, модель Вселенной, которая казалась незыблемой в конце 19 в., оказалась несостоятельной. Впрочем, и сейчас встречаются люди, в том числе и ученые, которые считают ее единственной верной, а все другие модели, основанные на открытиях современной физики, считают полным бредом.
В чем же причина такого упорства? Человек, творение Божие, прожил на Земле много тысячелетий. И за это время он приобрел некий опыт. Причем в основе этого опыта лежит классический принцип причинности. Это естественно, ведь мы существуем в той части 4-х мерного пространства, которая ограничена внутренней частью конуса; о нем мы уже говорили. Восстановить последовательность кадров фильма, запечатлевшего процесс горения спички, может любой человек. Этот опыт не только помогает нам жить в этом мире, но он еще и довлеет над нами. Я думаю, что большинство наших радиослушателей это прекрасно знают.
И здесь может возникнуть вопрос – зачем? Зачем нам изучать все эти сложные вопросы? Неужели у нас нет других проблем? Пусть ими занимаются специалисты, ученые, те, кому это интересно! Ведь это очень трудно перестроить свое мировоззрение. Мы знаем также и то, как трудно бывает порой отойти от привычных представлений. Ну скажите, разве просто увидеть в своем враге образ и подобие Божие? Разве легко забыть все причиненные им обиды, простить его, накормить, приютить этого человека? Трудно, очень трудно! Ведь это, в каком-то смысле, тоже отказ от прежнего принципа причинности, но только уже в житейском смысле. Но ведь вы это делаете или, по крайней мере, готовы это сделать. Я в этом не сомневаюсь. А ведь в глазах окружающих вас людей это выглядит, мягко говоря, глупо. С их точки зрения вы нарушаете общепринятые нормы поведения, вы нарушаете их принцип причинности. Истинно верующий человек, исполняющий заповеди Господни, по словам апостола Павла, «безумен» для этого мира. Но, тем не менее, вы верите, вы знаете, что поступаете правильно. За вами авторитет Священного Писания, за вами Слово Божие. А что у тех, окружающих вас, людей? Сейчас у них одно мнение, несколько лет назад было другое, а через несколько лет, если, конечно, они не прислушаются к словам Спасителя, будет третье.
Вы идете своим путем, трудным путем, действуя подчас наперекор принципу причинности в его житейском смысле. И в сравнении с этим представить себе кривизну пространства, дуализм микрообъекта, относительность наших представлений о последовательности событий в пространстве-времени, множественность миров в нашей Вселенной – все это, в сравнении с вышеизложенным, выглядит легким упражнением.
Господь живет не только в нашем мире – он везде. Для него нет приоритетности нашего принципа причинности. И если мы воспринимаем Его Слова через призму этого, по сути дела ограниченного, ущербного, принципа, то хуже от этого только нам. Спаситель дал нам новый принцип. Особенно наглядно это представлено в Его Нагорной проповеди. Вспомните, сколько раз там повторяются слова Спасителя «А Я говорю вам…». То, что написано до этих слов – это старый принцип причинности, принцип нашего поведения, а то, что после – это новый принцип, Новый Завет. Сравните их и вы увидите, как они сильно отличаются.
Или, например, христианское учение о Святой Троице. Как высмеивали это учение еще языческие ученые! Для сэра Исаака Ньютона это тоже стало камнем преткновения. Да и для более нам современным, но не в меру ретивым ученым, пока они не убедились в том, что в мире, в творении Божием, существуют вещи и явления слишком непривычные для нашего ума, выходящие за пределы области, где чувствует себя хозяином «здравый смысл». Самодовольная ограниченность (весьма многих!) не только не способна воспринять подлинное христианство, но даже и отвращается от него. Если в мире, подлежащем чувственному восприятию, есть то, что мы не можем себе представить, тем более, обращая свой мысленный взор к миру духовному, к Божеству, мы должны быть готовы встретить неожиданное, не имеющее аналогов в нашем собственном опыте и в опыте всего человечества.
Подобное положение сложилось и в науке. Старые принципы, старые представления заменяются новыми, которые подчас старым противоречат. И эти новые представления позволяют написать картину мира, гораздо более сложную и непривычную, но и гораздо более близкую к словам Господа, чем наши старые, такие нам привычные представления. А значит и усвоение этих новых представлений является для нас необходимым.
И еще одно удивительное обстоятельство. Эйнштейну, когда он написал свою первую работу по теории относительности было всего 26 лет. И написал он не просто рядовую работу, а разработал обоснованный фундамент новой теории. Это еще можно было бы понять как результат многолетней научной работы, поисков, успехов и неудач. Но какая могла быть многолетняя научная работа у 26-летнего служащего патентного бюро! Несомненно, это было Откровение. Это не были происки лукавого, направленные на то, чтобы внушить глупому человечеству богохульные идеи. Это было Откровение. Тем более, что после построения новой теории, ничего, равного по уровню этим работам, Эйнштейн больше не создал. Более того, он так до конца и не принял квантовую механику, другую не менее радикальную, чем теория относительности, теорию. Об этом наглядно свидетельствует его переписка с Бором, в которой Эйнштейн пытался придумать такие опыты, которые противоречили бы выводам квантовой механики, а Бор их опровергал.
И все-таки зачем нам это? Нужно ли нам это? Прежде всего вспомним, мы уже говорили об этом с вами ранее, что человек, Адам, сотворен Богом как посредник между миром тварным и миром духовным, и становится связующим звеном между Творцом и реальным миром. И первая заповедь, которую Господь дал Адаму (человеку), это «возделывать и хранить» сад, рай в Эдеме на востоке. О том, в чем заключалось для Адама возделывание и хранение рая, мы уже с вами подробно говорили. А какое это отношение имеет к нам, живущим в грехопадшем мире? Ведь обретение нами истинного отечества в грядущей жизни, как учит нас Священное Писание, это не есть возвращение к состоянию Адама.
Да, судьба наша другая, но заповедь Господь не отменял. Это во-первых. А во-вторых, надо учитывать, что заповедь «возделывать и хранить сад» имеет и более глубокий смысл – обожения человека. Нам предстоит сотрудничество Богу! Мы уже сотрудничаем с Ним! Бог призвал нас к соучастию с Ним в Акте творения и мы со-работничаем Творцу в меру наших сил и в силу нашего разумения. По сотворении человека Господь уже действует не Один, но всегда с согласия сотворенного. Процесс нашего завершения слагается из встречи двух воль: Творца и творения. Но человек двойственен: он и в мире сем, он же и превосходит сей природный мир. В низших формах своего земного существования он является «вещью» сего мира, и, как таковая – он детерминирован, он не может выйти за некоторые рамки. Но как образ Ипостасного Бога, он идет дальше всякого определения, для него нет границ.
И человек об этом знает, или, по крайней мере, догадывается. Как часть мира сего он несет в себе последствия «падения Адама», выражающееся в тенденции к самообожению. Опыт свободы нашего самоопределения свидетельствует о нашей абсолютности и мы можем утерять сознание, что мы сотворены, но сотворены «по образу Абсолютного Бога», и что наша «абсолютность» есть не более, чем отражение Перво-Абсолюта. Да, в райском (идеальном) человеке нет различия между научным и религиозным. Но это не значит, что научное полностью отсутствует. И это накладывает на нас очень высокую ответственность. Мы должны, если уж не разбираться детально в том, что Господь дал нам для нашего вразумления, то хотя иметь об этом представление.
Мы часто говорим о тайнах Божиих. Это, однако, не значит, что Господь нарочито скрывает от нас некоторые стороны Своего вечного Бытия. Нам, как творимым из «ничто», следовательно, как лишь «потенциям», предстоит известный процесс созревания и становления в Истине, через постепенное узнавание, раскрытие Тайн. Все дары Творца — это чистые дары, ибо мы ничего не имели до нашего явления в сей мир, да и само бытие мы получили из Его рук, но усвоение дарований связывается с болезненным напряжением всего нашего существа. Только при этом условии дается возможность Богу приписать нам самое стяжание их – даровать нам исходящую от Него жизнь в наше полное обладание на всю вечность: Его жизнь становится нашей жизнью. Если же мы отдаем Ему лишь часть нашей жизни, то не следует ожидать, что Он, Безначальный откроется нам во всей Своей Полноте. Он открывается нам, отдается нам настолько, насколько мы готовы в нашей свободе Его принять.
Такое представление о человеке, о его исторической перспективе (я имею ввиду сотрудничество Богу), является существенно христианским в его православном (или, как говорят на западе, ортодоксальном) понимании. Другие монотеистические религии, например, ислам, эту перспективу представляют совершенно иначе. И поэтому для них изучение человеком (имеется ввиду обычный человек, а не специалист) каких-то наук является пустой тратой времени и даже, в каком-то смысле, греховным занятием. Мы с вами знаем о трех видах служения Господу: раб, наемник и сын. Христианство нас научает сыновнему служению, как высшей формой любви к Господу. Господь любит нас, как своих сыновей и дочерей. Разве мы вправе обмануть эту любовь, даже если она требует от нас определенных усилий и жертв, которые, по сути, и жертвами-то не являются. Да, очень сложный мир перед нами. А на что мы, собственно, рассчитывали? Что мир сотворенный Господом окажется простым? Откуда такая наивность?
Здесь вспоминается одна притча, которую я слышал лет тридцать назад. Ученый вывел новую культуру микробов и поместил ее в пробирку на питательную среду. Сначала все было хорошо, микробов мало – питательного раствора много. Но микробы размножались и питательный раствор вокруг колонии микробов постепенно истощался. Микробы стали искать новые места, где еще сохранилось значительное количество питательных веществ, но не всем это удавалось. Постепенно возникла группа микробов, которые могли находить такие места очень быстро. Другие, менее сообразительные микробы обращались к этим мудрым микробам за советом. Мудрые микробы советы давали, но не просто так. Постепенно они сами перестали искать пищу, это делали молодые микробы, которых мудрые микробы обучали, как искать такие места, и молодые микробы сами приносили им пищу, так что последним оставалось только открывать рот. В такой форме колония микробов существовала безбедно, но молодые микробы, которые непосредственно занимались поиском пищи, стали задавать мудрым микробам и другие вопросы, которые уже не относились к проблеме поиска питательной среды. И мудрые микробы отвечали на их вопросы. Это были уже очень старые и мудрые микробы. И вот однажды, молодые микробы задали мудрым микробам вопрос: «Как мы, микробы, появились на свет?» На это старые микробы ответили им: «Нас создал Микробиолог!» Молодые микробы очень удивились и спросили: «Кто такой Микробиолог? Это какой-то старый и очень мудрый микроб? Или это какая-то клетка? Или это несколько клеток?» «Нет, — отвечали старые микробы, — это не микроб, не клетка и даже не несколько клеток. Он очень и очень большой, это очень много клеток!» Молодые микробы посовещались и решили заняться поисками Микробиолога. Они обшарили всю пробирку, но, естественно, никакого Микробиолога не нашли. На основании чего они сделали вывод, что никакого Микробиолога не существует и что старые микробы их просто обманывают. Выведенная культура микробов так бы и жила дальше, но однажды ученый, проводивший опыт сказал: «Опыт не удался. Культура начала разлагаться» и велел лаборанту вылить содержимое пробирки в ведро с негашеной известью.

-21-

Нетрудно понять, что такие радикальные изменения представлений о мире вокруг нас не могли не изменить и наших представлений о строении и развитии Вселенной. Первым, кто сделал попытку переосмыслить представления о строении Вселенной, был, как можно догадаться, Альберт Эйнштейн. Он попытался применить разработанную им общую теорию относительности к космологии. Но авторитет прежних представлений довлел над ним и он попытался приспособить свою теорию к старым представлениям. Эйнштейна пугала сама мысль, что применение его теории приведет к решениям, соответствующим нестационарным, расширяющимся или сжимающимся вселенным. А такое вполне возможно: если во Вселенной действуют только силы притяжения, то все вещество в ней должно в конце концов сжаться до крайне малых размеров. В соответствии со всеобщей убежденностью того времени в неизменности Вселенной он пытался построить ее статическую модель, но так, чтобы Вселенная не обрушивалась под действием собственного тяготения и не расширялась. Эйнштейн даже пошел на то, чтобы видоизменить общую теорию относительности, лишь бы она удовлетворяла этому требованию, и ввел дополнительную космическую силу отталкивания, которая должна была уравновесить взаимное притяжение звезд. В свое время эта проблема широко обсуждалась в печати, причем не только научной.
Модель Эйнштейна отличалась от прежних статических моделей, основывавшихся на теории тяготения Ньютона, одним весьма примечательным новшеством. Вселенная Эйнштейна конечна, но тем не менее повсюду одинакова. Иначе говоря, эта Вселенная имеет конечные размеры, но не имеет границ! Надо сказать, что первый вопрос, который задают, когда говоришь, что Вселенная конечна, это – где граница Вселенной. Что там находится: кирпичный забор, или каменная стена, или хрустальный купол небес, или еще что-то? Для нас, живущих по законам геометрии Евклида, слова конец и граница – синонимы. Столь чудовищная картина (я имею ввиду конечность и отсутствие границ) явно невозможна при использовании ньютоновских абсолютных пространства и времени. Чтобы хоть как-то понять возможность сочетания слов «конечная» и «безграничная», давайте рассмотрим движение тела по замкнутой кривой, например, по окружности. Такое движение может происходить сколь угодно долго, т.е. путь, пройденный телом, будет бесконечно большим. В то же время, для нас не вызывает сомнения, что размеры этой кривой ограничены. Я понимаю, что данная аналогия не вполне убедительна, но поверьте на слово, что общая теория относительности, с ее искривленным пространством, возможность конечной, но безграничной Вселенной допускает, так же, как бесконечное движение по конечной кривой. А каков физический смысл такого утверждения? Оно означает, что обитатель такой Вселенной мог бы послать световой сигнал в любом направлении и потом обнаружить, что сигнал, обойдя всю Вселенную, вернулся к нему с противоположной стороны. Правда, ждать ему бы пришлось несколько миллиардов лет. Можно представить себе и «космического Магеллана», совершающего как бы «кругосветное» путешествие через всю такую Вселенную, сроки, правда, будут еще больше.
Людям довольно трудно представить себе подобное, и они, как я уже говорил, задают вопрос: где же конец Вселенной, ее граница, и, главное, что же находится «снаружи» конечной Вселенной? Еще раз повторю: все точки Вселенной равноправны, ни одна из них не ближе ни к «центру», ни к «краю»; ни центра, ни края не существует. Следовательно, нет и понятия «снаружи», т.к. нет границы между «снаружи» и «внутри». По крайней мере, в рамках материального мира и в рамках общей теории относительности. Потому что и общая теория относительности имеет границы своей применимости. Правда, за границами ее применимости вряд ли представления о пространстве и времени вернуться к прежним, скорее всего они еще больше усложнятся.

-22-

Модель Вселенной, предложенная Эйнштейном, явно не соответствующая глубине самой теории относительности, оставалась единственной недолго. Первым человеком, который применил ее для построения модели расширяющейся вселенной, был наш соотечественник, метеоролог Александр Александрович Фридман, скромно опубликовавший свою работу в 1922 г. Но в этой, не очень большой, работе была изложена модель, которая и поныне остается главной теоретической базой при анализе почти всех современных космологических проблем.
Согласно его модели все объекты во Вселенной (звездные образования, галактики и т.п.) разбегаются друг от друга со скоростями тем большими, чем дальше они друг от друга находятся. При этом оказывается, что такое утверждение справедливо для любой точки Вселенной, т.е. не существует какого-то «центра» такого разбегания. Не следует это также понимать, как перемещение галактик «наружу» — в некую пустую область; это разбегание сопровождается также и расширением самого пространства. Все это выглядит приблизительно так: там, где есть космические объекты, там же есть и пространство, а где объектов нет, там и пространства нет. Под космическими объектами мы будем подразумевать не только звезды, планеты, кометы и т.п., но и межзвездное вещество, излучение, одним словом, все физические объекты.
Надо сказать, что сначала Эйнштейн посчитал эту работу ошибочной и несколько лет искал допущенную автором ошибку, но в конце концов признал справедливость работы Фридмана. Подтверждение модели расширяющейся Вселенной было получено американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 г., когда он опубликовал результаты своих измерений спектров излучения удаленных галактик. Изучение полученных спектров выявило смещение линий излучения в красную (длинноволновую) область спектра для всех без исключения наблюдаемых объектов и с тех пор называется «красным смещением», т.е. линии светового излучения известных элементов оказались не на своих привычных местах, а смещены, относительно этих обычных для них положений, в длинноволновую область спектра. Но какова связь между «красным смещением» и процессом расширения Вселенной? Дело в том, что скорость тела можно измерить разными способами, а не только спидометром. Для любой волны, излучаемой каким-либо источником (телом), существует, так называемый «эффект Допплера». Этот эффект состоит в том, что длина волны излучения источника изменяется, если источник движется. Она уменьшается, если источник к нам приближается, и увеличивается, если источник от нас удаляется. Вы могли наблюдать этот эффект, правда по отношению к звуковым волнам, когда мимо вас проносится поезд с включенной звуковой сиреной. Когда поезд приближается к вам, звук сирены несколько выше, чем когда поезд удаляется. По изменению длины волны можно довольно точно определить скорость тела. В данном случае оказалось, что излучениевсех объектов смещено в длинноволновую область спектра. Это означает, что все наблюдаемые нами объекты от нас удаляются. При этом оказалось, что скорость удаления от нас объекта тем выше, чем он от нас дальше.
Данные измерений Хаббла подтвердили основные выводы модели Фридмана: галактики удаляются от нас, причем скорость этого удаления пропорциональна их расстоянию от нас. Первое, что приходит на ум – мы центр Вселенной. Здесь я должен огорчить слушателей: этот вывод справедлив не только для нас, для Земли. Если бы мы провели подобные измерения в любой другой точке пространства, мы получили бы точно такой же результат: все точки пространства равноправны. И вот здесь хотелось бы обратить внимание на одно любопытную тенденцию.
Обычное развитие физики шло по такому пути: сначала накапливался экспериментальный материал, а потом делалось его теоретическое обобщение. Теперь же теоретические исследования часто опережают эксперимент, эксперимент только подтверждает теорию. Мы уже об этом несколько раз упоминали. Конечно, этому есть и рациональное объяснение – эксперимент в области микромира и мегамира (под мегамиром мы будем понимать мир галактик и звездных образований) очень сложен, а главное, очень дорогостоящий, да и не всегда возможен, не в пример теоретическим разработкам. Но есть и другое. Еще Галилей положил начало позитивной науке, науке, изучающей наблюдаемые явления, то, что не наблюдается, то не изучается. Теперь же все более часто наблюдается обратная ситуация – мы ищем то, что не наблюдали ранее. Такой научный метод на данном этапе развития науки, особенно физики, является весьма эффективным. Но, с другой стороны, это очень опасно. Мы, например, так усердно изучали и осваивали потом атомную энергию, весьма отдаленно представляя себе, к чему это может привести, что до сих пор отдышаться не можем. А что будет дальше?
Но вернемся к модели расширяющейся Вселенной. Неожиданное открытие Хаббла в корне изменило все представления космологии. Ведь расширяющаяся Вселенная – это изменяющаяся Вселенная, у нее есть биография с датами рождения и смерти. Расширение Вселенной означает, например, что радиус кривизны пространства-времени растет. А это, в свою очередь, значит, что когда-то в прошлом этот радиус мог быть равен нулю или близок к нулю. Но это выражает тот физический факт, что галактики, которые мы наблюдаем сейчас разбегающимися друг от друга, когда-то в прошлом должны были быть плотно сжаты вместе, все их вещество и энергия должны были находиться в объеме, размеры которого очень малы и стремятся к геометрической точке. Этот момент времени, момент, когда вся Вселенная была сжата в объеме геометрической точки, получил название «точка сингулярности».
Обычно, если при построении какой-то модели возникает сингулярность, то ее физический смысл не рассматривается, потому что это означает, что в модели не учтены какие-то процессы, какие-то законы и т.д. Но в модели расширяющейся Вселенной были учтены все необходимые для нее процессы и все известные до настоящего времени законы, законы теории относительности. Поэтому точка сингулярности осталась в модели Фридмана, как физическая реальность, хотя и мало понятная. Эта точка, этот момент, согласно модели Фридмана, соответствует началу расширения, фактически моменту возникновения Вселенной и находится он по данным разных расчетов в интервале от 10 до 20 млрд. лет назад. Обратите внимание, другого существенного аргумента в пользу сохранения точки сингулярности в теории, кроме как упоминания об этом событии в Библии, не существует; все научные аргументы – против.
В этот момент, когда радиус Вселенной был равен нулю, все ее вещество – галактики с их миллионами звезд, космической пылью и газом, а также все межгалактическое вещество, вся ее энергия – было сдавлено в одну-единственную математическую точку, а плотность вещества (и энергии) была бесконечно большой. Условия во вселенной Фридмана в начале расширения напоминают условия в центре черной дыры Шварцшильда в конечной стадии ее развития, следовательно, должно существовать нечто похожее на горизонт событий. Но здесь ситуация обратная образованию черной дыры и горизонт событий должен увеличиваться вместе с расширением вселенной. В настоящее время такой горизонт событий должен находиться от нас на расстоянии 10 млрд. световых лет, скорость убегания вещества там достигает скорости света. И наоборот, на ранних стадиях расширения вселенной горизонт событий был очень мал. Согласно модели Фридмана, через 10 -18сек после начала расширения величина горизонта не превышала размер атома.
Вообще говоря, наличие точки сингулярности говорит не столько о вселенной, сколько о недостатках теории относительности, если ее применять для такого рода явлений. При бесконечной плотности вещества уравнения Эйнштейна не дают разумного описания реальности. Видимо, на этом этапе даже общая теория относительности, а, возможно, и само пространственно-временное описание мира теряют силу. Кроме того, предположение о сжатии вселенной в точку противоречит квантовой теории гравитационного поля. Применение этой теории возможно только через время равное 10 -43сек после начала расширения, когда вещество вселенной сжато в объем, равный объему атомного ядра.
Если пространство-время в момент сингулярности не может существовать, то значит в этот момент пространство-время впервые возникает. Но это еще не все. В этот же момент должна начать свое существование вся материя вселенной. Заметим также, что, именно в этот момент и только в этот момент, специалисты по элементарным частицам допускают рождение чистой материи. Что имеется ввиду? Помните, мы с вами говорили о том, что рождение частицы всегда сопровождается образованием античастицы (образование пар), т.е. образование вещества должно сопровождаться образованием и антивещества (или антиматерии). Однако в момент сингулярности теряют силу все известные нам физические законы, включая и этот, так что там материя может рождаться без антиматерии. Косвенным подтверждением такого предположения является то, что до настоящего времени во Вселенной не обнаружено сколь-нибудь значительных объектов, состоящих из антиматерии, а их искали очень тщательно.
Сам момент одновременного возникновения пространства-времени и материи получил название «большого взрыва». Действительно, в этот момент, согласно модели Фридмана, возникает мощное излучение и образовавшаяся материя, наподобие ударной волны при взрыве, начинает разбегаться с огромной скоростью. Следует отметить, что рассматриваемая нами модель была получена без учета давления, возникающего во вселенной при таком «взрыве», а оно становится очень существенным на ранних стадиях расширения. Главную роль при этом играет излучение, присутствующее во Вселенной.
Модель Фридмана позволяет в упрощенном варианте проследить историю развития вселенной, написать ее биографию. Действие известных ныне физических законов невозможно экстраполировать в прошлое до самого начального момента, «акта творения», (именно такой термин используется некоторыми учеными, но, к сожалению, далеко не всеми) или даже в область, где вступает в силу квантовая теория гравитации (ее действие ограничивается во времени интервалом, равным 10 -43с). Но построить достаточно обоснованную модель вселенной, начиная, по крайней мере, с первой микросекунды ее существования – можно.

-23-

Как и во всякой физической системе, материя, содержащаяся во вселенной (под материей физики подразумевают не только вещество в обыденном смысле, но также энергетические образования, например, поле и излучение), нагревается при сжатии и охлаждается при расширении (вспомните адиабатический процесс, проводимый с идеальным газом, из курса средней школы). Открытый Хабблом знаменитый эффект красного смещения можно трактовать как «охлаждение» света вследствие космического расширения. Значит, на первых этапах большого взрыва вселенная была чрезвычайно горячей, так как находилась в сильно сжатом состоянии. Поэтому содержимое вселенной на этом первичном этапе обычно называют первичным огненным шаром.
В огненном шаре не могло существовать ни одной из структур, наблюдаемых сегодня во вселенной – ни звезд, ни галактик. Даже атомы там разделены на части под действием колоссальных температур и давлений. Такой первичный огненный шар на самых ранних этапах можно представить себе как жидкость ( причем по своим физическим свойствам это состояние действительно очень похоже на жидкость, если, конечно, не считать, что жидкость это только вода, расплавленный металл тоже жидкость), состоящую из сильно взаимодействующих элементарных частиц всех типов и находящихся в состоянии теплового равновесия.
Некоторые космологи пытаются обсуждать состояние огненного шара и в еще более ранние времена, отделенных от «акта творения» менее, чем одна микросекунда. Однако мы начнем наше рассмотрение именно c того момента, когда температура шара составляла около триллиона градусов. Хотя по человеческим меркам одна миллионная доля секунды представляется не слишком долгим сроком, для элементарных частиц это огромный промежуток времени.
Это была первая краткая эра бурной активности, когда несомненно произошло подавляющее большинство актов взаимодействия между различными экзотическими частицами, многие из которых до сих пор так и не удалось наблюдать в лабораториях. Физика этих неведомых элементарных частиц сейчас еще недостаточно ясна, однако к концу первой микросекунды огненный шар состоял уже только из наиболее знакомых нам ныне частиц, остальные же задолго до этого распались и исчезли.
При быстром падении температуры от триллиона до нескольких миллиардов градусов огненный шар вступил в, так называемую, лептонную эру, когда знакомые нам частицы (в основном фотоны, электроны, нейтрино, мю-мезоны, а также в меньших количествах протоны и нейтроны) оказались перемешанными и находились в равновесии. Иногда это состояние называют «лептонный бульон», т.е. тоже похоже по своим физическим свойствам на жидкость, но уже другого рода. Энергия излучения в огненном шаре столь велика, что могут образовываться электрон-позитронные пары. С понижением температуры исчезают сначала мю-мезоны, а потом позитроны.
Примерно через 0,1 сек температура упала до нескольких миллиардов градусов, и тогда главную роль стали играть протоны, нейтроны и электроны. Началась новая важная эра – ее называют плазменной. Температура снизилась настолько, что бешено носящиеся протоны и нейтроны начали объединяться, образуя ядра гелия и других легких элементов. Детальные расчеты показывают, что почти четвертая часть всех протонов вошла в ядра гелия и незначительная доля – в ядра дейтерия и лития. Таким образом, около 10% ядер, выделившихся из огненного шара, составляли ядра гелия, остальные представляли собой водород (отдельные протоны). Удивительно, но подобное соотношение легких элементов наблюдается во Вселенной и ныне. Это позволяет рассматривать огненный шар, как некую фабрику по синтезу элементов. Кроме того, это обстоятельство является подтверждением того, что процессы, происходившие в плазменную эпоху в реальной Вселенной, не слишком отличаются от известных ныне и описываемых моделью огненного шара Фридмана.
Плазменная эра продолжалась около 700 тысяч лет, после чего температура Вселенной опустилась до 4 тысяч градусов и электроны начали захватываться ядрами – возникали обычные атомы. Далее возникла возможность локальной конденсации вещества под действием гравитационного притяжения. Массы газа образовывали вихри, которые скапливаясь, медленно сжимались в галактики, а затем в звезды и планеты.
Одновременно происходило образование и других атомов, кроме водорода и гелия. Но происходило оно уже в недрах звезд в процессе ядерного синтеза. Дело в том, что образовавшиеся звезды отличались размерами и временем жизни, причем наименьшим временем жизни (порядка нескольких миллионов лет) обладали звезды гигантских размеров (в сотни и даже тысячи раз больше Солнца). Именно эти звезды в процессе своей эволюции генерировали известные (а может еще и неизвестные) нам химические элементы, которые рассеяны во Вселенной. Впрочем, это отдельный разговор, выходящий за рамки нынешней беседы.
Далее температура огненного шара продолжала падать вследствие непрекращающегося расширения и теперь, по прошествии более 10 млрд. лет, она составляет всего лишь около 3 К, т.е. много ниже температуры жидкого воздуха. Обращаю ваше внимание на то, что это температура того, что мы обычно называем космическим пространством, космосом; температура звезд, планет, других образований существенно другая, она определяется процессами, происходящими в этих объектах. Излучение этого слабого, едва теплящегося огонька первичного огненного шара было обнаружено американцами Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном в 1965 г. Речь идет о космическом «фоновом», или его еще называют реликтовом, излучении. И фотоны, попавшие в антенну радиотелескопа, зафиксированные специальными приборами, — это те самые фотоны, которые образовались более 10 млрд. лет назад (правда, это для нас такой большой срок; для самих фотонов, согласно частной теории относительности, время все то же, момент акта творения), более или менее беспрепятственно пропутешествовали по космосу до наших дней. Отличительной особенностью реликтового излучения является то, что оно идет не от звезд, не от галактик, не от других объектов, а из пустого пространства. Оно непрерывно падает на Землю из космоса со всех сторон, обладает высокой однородностью и подкрепляет уверенность в правильности основных положений модели большого взрыва.
Как мы уже говорили, модель Фридмана и по сей день является базовой в космологии. В то же время начальный момент творения в ней детально не рассматривается и тому есть свои причины. Одна из них заключается в границах применимости общей теории относительности – при столь малых размерах, которые Вселенная имела в момент творения, нужно применять квантовую теорию гравитации, учитывать квантование пространства-времени. В настоящее время ведутся работы по созданию моделей развития Вселенной вблизи точки сингулярности с учетом этих особенностей.
Одна из таких моделей – «теория сверхрструн» – получила широкую известность. В основе этой теории (модели) лежит предположение, что Вселенная в начале своего развития представляла некое образование, напоминающее по своим некоторым свойствам струну. Диаметр такой сверхструны в 40 раз меньше размера протона, плотность вещества и энергии в ней чудовищны – в ней сосредоточены вся масса и вся энергия Вселенной. Мы не будем с вами подробно рассматривать теорию сверхструн – это требует специальной подготовки. Отметим лишь следующее. Использование теории сверхструн мало меняет картину развития Вселенной на сравнительно поздних этапах развития, которую мы уже обсудили. Гораздо интереснее другое. Дело в том, что, согласно теории сверхструн, образовавшаяся Вселенная не может быть 3-х мерной (или 4-х мерной, если рассматривать пространство-время). Число пространственных измерений в ней не может быть меньше десяти!
Но тогда возникает вопрос, а где же остальные 7 или более измерений? Однозначного ответа пока нет. Есть предположение, что остальные измерения (кроме 3-х) в процессе образования Вселенной замкнулись сами на себя (коллапсировали, что-то напоминающее процесс образования черной дыры) и поэтому не доступны никакому восприятию. А что если нет? Что если все 10 или более измерений существуют реально? Тогда число 3-х мерных вселенных, как бы вложенных одна в другую, больше сотни! Но непосредственному восприятию нашему они недоступны. И здесь возникает масса вопросов. Например, существует ли возможность перехода из одной «подвселенной» в другую? И здесь ответов может быть несколько. Один из них – научная трактовка такого перехода. Такой трактовки пока нет, разве что в фантастических романах. А вот другая трактовка, богословская, есть! И в тексте Священного Писания упоминание о таком переходе встречается.
Кстати сказать, совершенно по-иному может звучать ответ на вопрос, где находится рай. Учитывая вышесказанное, ответ может быть, например, такой: рай одновременно и на Земле, и не на Земле. Дело в том, что если хотя бы одно из трех измерений двух таких «подвселенных» не совпадает, то мы, живущие в одной из них, мир горний, другую «подвселенную», не видим, вообще никак не воспринимаем в нашем нынешнем греховном состоянии. Мы можем о чем-то догадываться, но не более. Замечательно сказано об этом у апостола Павла: «Теперь мы видим как-бы сквозь тусклое стекло, гадательно, тогда же лицем к лицу; теперь знаю я отчасти, а тогда познаю, подобно как я познан» (1-е Кор: 13, 12).
Если наши предположения верны, то в тексте Священного Писания мы можем найти упоминание и о переходе между подвселенными. Первое такое упоминание – это изгнание Адама и Евы из рая и что последовало за этим: «И поставил херувима и пламенный меч обращающийся». Второе упоминание – это обратный переход, пророка Божия Илии. В Священном Писании об этом сказано так: «вдруг явилась колесница огненная и кони огненные, и разлучили их обоих (Илию и Елисея), и понесся Илия в вихре на небо» (4 Цар: 2, 11). Эти отрывки, к сожалению, мало что говорят о самом механизме перехода. Но есть что-то общее в этих двух отрывках, связывающее их между собой – это вращающийся огненный круг. И еще одно упоминание. Когда после Воскресения Мария Магдалина встречает Иисуса Христа, Он говорит ей: «Не прикасайся ко Мне, ибо Я еще не восшел к Отцу Моему». Видимо, даже само прикосновение к преображенной в процессе перехода плоти может повредить человеку, находящемуся в этом мире. Впрочем, такое состояние, видимо, не очень длительно, потому что спустя несколько дней апостолы, встретив Спасителя, прикасались к Нему и это им не вредило.
Этим упоминания о переходе в общем-то и исчерпываются, если не вспомнить о самом для нас главном упоминании – Воскресении Господа нашего Иисуса Христа. В притче о богатом и нищем Лазаре (Ев. от Луки: гл. 16) пророк Авраам говорит: «Между нами и вами утверждена великая пропасть, так что хотящие перейти отсюда к вам не могут, также и оттуда к нам не переходят». И вот эту «великую пропасть» и упразднил Спаситель, сделал возможным переход не только для нас, но и вообще для всех, в том числе и для уже почивших.
А можно ли заглянуть туда? В обычном нашем состоянии – нет. Но вспомним, что увидели апостолы, когда они стали свидетелями Преображения Господня. Они увидели пророков Илию и Моисея. Да и сам Спаситель предстал пред ними преображенным. Что произошло? Может быть «тусклое стекло» на какое-то время «просветлело»? Перехода, в собственном смысле, не произошло, но апостолы смогли по воле Божией заглянуть в «тот» мир. Причем Спаситель, который одновременно был и в этом мире, и в том, был «дверью», о чем Он сам говорил в одной из проповедей. И этот случай не единственный. Сколько похожих случаев описано в Священном Писании, в житиях святых, когда Божия Матерь, святые и даже Господь наш Иисус Христос входили в общение со святыми еще в их земной жизни! К сожалению, контакт возможен не только с обитателями подвселенной мира горнего. Возможен он также и с обитателями другой подвселенной, мира темных духов. К такому выводу можно прийти, если вспомнить многочисленные рассказы о контактах с, так называемыми, «инопланетянами». Боюсь, что никакие они не инопланетяне, а кое-что похуже. Можно предположить, что нашему веку бесы предстают в виде инопланетян. Бесы тоже следят за модой. Уж больно их появление похоже на просветление «тусклого стекла», только в противоположном направлении по отношению к тому, о чем говорил апостол Павел.
И чтобы завершить наше рассмотрение теории сверхструн, вспомним слова Спасителя, сказанные Его ученикам во время прощальной беседы: «В доме Отца Моего обителей много» (Ин: 14, 2). Посмотрите, как интересно — чтобы получить дополнительную научную информацию, мы используем текст Священного Писания. Лишнее доказательство того, что Библия и Книга Природы теснейшим образом связаны между собой. И для тех, кто такую связь ищет, кто такую связь не отвергает, открывается знание, которое, по крайней мере пока, недоступно в научном исследовании. И подобно тому, как в словах Священного Писания можно найти упоминание об истории «твари» и даже о ее строении, так и в научном творчестве можно найти множество указаний на Творца, если, конечно, не тешить свою гордыню.