По крайней мере, стандартной космологической теории необходимо оставаться в пределах разумных тестов, а именно: например, Вселенная не должна быть моложе, чем самые старые звезды, находящиеся в ней. Такие казусы случались с космологической теорией в недалеком прошлом. Однако здесь на подмогу приходит аргумент: насколько мы можем полагаться на точность определения возраста звезд?
Несмотря на то что в понимании эволюции звезд астрофизики достигли наиболее впечатляющих успехов и теория синтеза элементов в результате термоядерного синтеза представляется весьма обоснованной, ошибка в определении возраста тех или иных звезд все же может быть значительной. Необходимость оставаться в пределах соответствия с основными наблюдениями является основным условием для того, чтобы космология считалась, хотя бы отчасти, наукой эмпирической.
Горизонт возможных астрономических наблюдений постулируется на основе утверждения стандартной космологической теории, что в силу расширения, а теперь и ускоряющегося расширения Вселенной, существуют объекты достаточно удаленные и продолжающие удаляться от нас со сверхсветовой скоростью (что, кстати, не противоречит запрету Эйнштейна на существование сверхсветовой скорости, ибо речь идет не о движении материальных объектов, а имеется в виду расширение самого пространства). Свет от этих объектов никогда не сможет достигнуть наблюдателя на Земле. Таким образом, мы не сможем увидеть настолько удаленное прошлое, которое могло бы разъяснить нам природу начальной эволюции Вселенной, и если мы не проживаем в «маленькой вселенной», то можно предположить, что наибольшая часть вещества в ней находится за горизонтом возможных наблюдений. А следовательно, геометрия Вселенной на больших шкалах не может быть протестирована.
Стандартная космологическая концепция предполагает, что мы совершили значительный прогресс в полноте наблюдений и можем наблюдать большую часть Вселенной, и потому способны делать квалифицированные выводы о ее строении, природе и эволюции. К сожалению, это не так. Во все времена космология страдала легкой формой мании величия, однако новые наблюдения все время отодвигали границы Вселенной все дальше и дальше. Более того, астрофизические наблюдения постоянно приносят сюрпризы, обнаруживая объекты, угрожающие одним своим существованием целостности стандартной космологической теории, как, например, обнаружение хорошо сформированной гигантской галактики в самых удаленных районах обозреваемой Вселенной, где для формирования подобной структуры в соответствии с вышеназванной теорией просто не хватало бы времени.
Существует и горизонт возможных физических наблюдений, ибо для того чтобы протестировать начальные условия развития Вселенной, необходимы энергии, недостижимые на ускорителях частиц на Земле. Нам приходится экстраполировать известную физику и применять ее выводы для условий с чрезвычайно высокой энергией, предполагая, что таким образом можно установить, что же в действительности происходит в этой области неизвестной физики сверхвысоких энергий.
Надежда на правильность подобных выводов, увы, невелика.
Невыясненность природы инфляции Вселенной говорит о том, что ее теория неполна. Обещание инфляционной теории установить связь между космологией и физикой элементарных частиц так и осталось невыполненным.
Начало Вселенной в одной точке бесконечной плотности, называемой «начальная сингулярность», в соответствии с теорией «Большого взрыва», представляется как вероятным, так и невероятным в одинаковой степени. Вселенная могла начаться в определенное время в прошлом, хотя существуют разнообразные альтернативы – вечная Вселенная, Вселенная, в которой время, как мы его понимаем, возникло тем или иным образом, антропологичность восприятия времени. Мы не знаем, что в действительности произошло, но идеи квантовой гравитации позволяют избежать сингулярности, в которой перестают существовать все известные нам законы физики.
Экспериментальная физика не может дать объяснения начального состояния Вселенной, а следовательно, и ее природы. Речь идет лишь о выборе из ряда возможностей возникновения и существования Вселенной, хотя фундаментальным вопросом является обоснование подобного выбора. Почему Вселенная приняла именно такую, а не иную форму, которую известные законы физики тоже вполне могли допустить? Причины выбора между разными возможностями не могут быть объяснены научным образом. Это вопрос философии и метафизики.
Физические законы могут зависеть от природы Вселенной. Существуют значительные трудности в установлении различий между всеобщими законами физики и частными «пограничными» условиями в их космологическом контексте, наблюдаемыми в том или ином месте в то или иное время. Действительные физические законы могут зависеть от таких пограничных условий и могут даже оказаться разными в различных пространственно-временных областях космоса, что, возможно, и противоречит основным конвенциональным космологическим принципам.
Мы не можем принимать природу известных законов физики как единственно возможную данность. Космология заинтересована в исследовании гипотетических вселенных, где законы физики отличаются от этих законов в нашей Вселенной, что, возможно, поможет понять, почему физические законы в реальной Вселенной именно таковы, каковыми они являются.
Критерии удовлетворительности той или иной теории не могут быть избраны научно. Однако критерии удовлетворительности необходимы для выбора хорошей космологической теории. Эти критерии должны быть установлены на основе философских соображений. Основным критерием удовлетворительности теории является ее способность объяснять общую космологическую картину в целом и в частности, а также выдерживать экспериментальную проверку и соответствовать астрономическим наблюдениям.
Физические мотивы соглашаться с теорией инфляции Вселенной основываются на ее способности объяснять наблюдаемую структуру Вселенной и ее рост. Именно разъясняющая сила делает эту теорию столь привлекательной для физиков, даже при том, что физика, лежащая в ее основе, в достаточной мере не определена и не проверена, а ее основные предсказания на большой шкале вообще непроверяемы.
Космологическая теория может охватывать широкий или узкий ракурс вопросов. Стандартная космологическая теория пытается дать ответы на вопросы, имеющие философскую основу, и тем самым столь привлекательна для широких кругов общественности и ученых.
Однако полностью реальность не отражается ни в наблюдениях, ни в теоретических моделях. Проблема в том, что нередко наблюдения и теоретические модели приобретают статус реальности. И теории, и наблюдения необходимы нам как рабочие инструменты, и они помогают изучать окружающий мир, однако в той же степени вводят нас в заблуждение относительно реальности. Они не должны возводиться в статус реальности!
Физическая новизна возникает внутри расширяющейся Вселенной по мере ее эволюции. Появляются новые виды физического существования, которых не было прежде. Их существование допускается пограничными условиями для локальных систем. При том, что их физическое существование ново, они предзнаменуются структурами, предшествующими их появлению.
Жизнь можно рассматривать как одно из проявлений такой физической новизны в эволюционирующей Вселенной. Жизнь, в известной нам форме, возможна потому, что и физические законы, и пограничные условия для нашей Вселенной имеют очень специфическую природу. Только определенные законы и определенные начальные условия во Вселенной позволяют существование разумной жизни, опять же отметим, в известной нам форме. Эволюционный процесс подобной формы жизни был бы невозможен, если бы эти законы и условия не были бы именно в этой, а не в какой-либо другой форме.
«Слабый антропологический принцип» (The Weak Anthropic Principle) основывается на утверждении, что нет ничего удивительного в том, что обозреваемая Вселенная позволяет существование жизни, иначе ее некому было бы обозревать.
«Сильный антропологический принцип» (The Strong Anthropic Principle)[43] утверждает, что разумная жизнь обязательно должна существовать во Вселенной, ибо присутствие жизни необходимо для того, чтобы Вселенная имела смысл.
Для достижения прогресса в понимании антропологических принципов мы должны ответить на вопрос: какова основная причина наблюдаемого нами феномена жизни? Рассматривая цепь физических причин и следствий, мы все равно остаемся с нерешенным вопросом: почему эта цепь именно такая, а не другая, и почему она привела именно к такому феномену, как жизнь? Какой бы ответ мы ни предложили, необходимо признать, что он не будет иметь физической основы. В поисках подобных ответов мы вступаем в зону метафизики. Можно просто игнорировать эти вопросы, как это делает большинство серьезных ученых. Если же мы продолжим в этом направлении, то представляется возможным выделить шесть основных подходов к решению вопроса, почему наша Вселенная именно такая, какая она есть, и идеально подходит для возникновения и поддержания разумной жизни. Эти подходы включают в себя: случайный шанс, необходимость, высокую вероятность, универсальность, космологический естественный отбор и преднамеренный дизайн.
