Стандартная модель "отпускала" на взаимодействия слишком мало времени: в ней Вселенная расширялась недостаточно быстро для того, чтобы некогда близкие области, которые сейчас находятся на колоссальных расстояниях, могли провзаимодействовать так, чтобы их температура выровнялась. Чтобы сделать объяснение возможным, пришлось ввести инфляционную стадию, когда в течение очень короткого промежутка времени (10 - 10 сек) Вселенная расширилась 10, а не в сотню раз, как это следовало из стандартной модели.
Другим примером гипотезы ad hoc в современной космологии является предположение о существовании Мультиверса. Согласно этой гипотезе помимо нашей Вселенной существует множество других. Это предположение было выдвинуто, в частности, для того, чтобы сохранить возможность рационального объяснения так называемого антропного принципа. Суть антропного принципа - в необычайно тонкой "подогнанности" параметров фундаментальных частиц и взаимодействий к тем значениям, которые обеспечивают саму возможность возникновения и существования в ней человека. Если бы эти параметры были хотя бы чуть-чуть другими - в нашей Вселенной не смогла бы зародиться жизнь, возникнуть и существовать человек.
Например, достаточно было бы небольших изменений в соотношении сильного и электромагнитного взаимодействий, чтобы во Вселенной не смогли существовать стабильные ядра большого числа элементов периодической системы Менделеева. Электромагнитное взаимодействие заставляет находящиеся в ядре протоны взаимно отталкиваться. И если бы сильное взаимодействие было бы недостаточно "сильным", протоны не удержались бы вместе в ядре, и ядра распались. Это привело бы к тому, что в нашей Вселенной не могло бы возникнуть вещество, звезды, галактики, и таким образом не появилось бы условий для возникновения органической материи, жизни и, наконец, человека.
Точно также, если бы силы гравитации были бы меньшими, чем они есть на самом деле, вещество не смогло бы собраться в звезды, галактики, а, значит, опять-таки, не могла бы возникнуть жизнь. Для многих философов наиболее приемлемым объяснением антропного принципа является аргумент от теологии или от некоего "космического разума". Напрашивается вывод, что наша Вселенная была задумана и создана такой, чтобы в ней мог появиться человек. Но рационалистически мыслящих ученых такое объяснение не устраивает. Они ищут возможность объяснить антропный принцип, оставаясь на почве рациональности. Для многих из них единственный способ сделать это - предположить, что помимо нашей Вселенной существует множество других (идея Мультиверса). Согласно этой точке зрения упомянутая "подогнанность" параметров частиц и взаимодействий, о которых идет речь в антропном принципе, является случайностью; она характерна только для нашей Вселенной. В других вселенных параметры частиц и взаимодействий могут быть совершенно иными, никакой "подобранности" постоянных величин нет, и никакой антропный принцип там просто не может быть сформулирован.
Альтернативную попытку сохранить научный характер объяснения предпринял известный физик и космолог Смолин Ли (кстати один из авторов петлевого подхода к квантовой гравитации). Он отказался от идеи объяснить существующие параметры частиц и взаимодействий, обращаясь к антропному принципу, но также прибег к идее мультиверса. Он выдвинул предположение, что в Космосе действует нечто аналогичное дарвиновской эволюции. Существует космический вариант "генетических мутаций", действует "отбор". Источником новых вселенных являются черные дыры, возникающие в той или иной вселенной. Благодаря "мутациям" каждая новая вселенная может иметь параметры частиц и взаимодействий, несколько отличающихся от тех, которыми обладала первоначальная вселенная, породившая новую. Благодаря "отбору", "выживают" те вновь образующиеся вселенные, которые наилучшим образом приспособлены для производства черных дыр. Таким образом, это объяснение подразумевает, что у космической эволюции есть "цель", суть которой - максимальное размножение вселенных.
В рамках этого объяснения наша Вселенная - типичный образец одной из зрелых вселенных Мультиверса. И параметры существующих в ней частиц и взаимодействий являются такими, что могут способствовать наиболее эффективному производству черных дыр. Малейшее отступление от этих параметров неизбежно уменьшило бы ее способность образовывать черные дыры, а, следовательно, и новые вселенные.
Ученые очень осторожно и настороженно относятся к гипотезе Смолина. Она действительно производит странное впечатление. Излагая ее, я поневоле понаставила кавычек, взяв, в частности, в кавычки такие термины как "генетические мутации вселенных", "отбор", "цель" космической эволюции. Это должно подчеркнуть метафоричность применения идей дарвиновской эволюции к миру Мультиверса.
Так что идея Мультиверса может квалифицироваться, да и квалифицируется многими астрономами, как гипотеза ad hoc. Самым удручающим при этом является убежденность большинства космологов в том, что эта гипотеза никогда и не сможет быть проверена независимо. Предполагается, что вселенные Мультиверса не связаны причинно с нашей, так что мы никогда не сможем вступить с ними в контакт.
Конечно, оперирование гипотезами ad hoc - это очень плохой метод. Тем не менее, иногда в науке к нему прибегают. И, опять-таки, иногда этот метод оказывается плодотворным. Во всяком случае, если выдвинутая гипотеза связана с надеждами на дальнейшее продвижение вперед, ученые рискнут ее принять и будут ждать до тех пор, пока прямым или косвенным образом удастся подтвердить или опровергнуть выдвинутое предположение.
Подобные случаи имели место в истории науки. Типичным примером является гипотеза нейтрино. Она была сформулирована для того, чтобы спасти здание физики, которое рушилось прямо на глазах. Речь идет о явлении β-распада нейтрона. Он распадается на электрон и протон. Эти частицы фиксировались экспериментально, и все было как будто бы в порядке. За исключением одного - энергия (равно как импульс и момент количества движения) нейтрона до распада были больше, чем суммарная энергия продуктов распада - электрона и протона, что противоречило соответствующим законам сохранения. Куда-то исчезала часть энергии (а также импульса и момента количества движения). Можно было, конечно, пожертвовать некоторыми законами сохранения, в частности, законом сохранения энергии. Но это было настолько нежелательно, что большинство ученых отвергло этот путь. Чтобы спасти положение, не пожертвовав законами сохранения, В. Паули выдвинул гипотезу, согласно которой энергия уносится неизвестной ранее частицей, которая впоследствии получила название "нейтрино". Поскольку в эксперименте нейтрино не фиксировалось, предположили, что эта частица не взаимодействует с веществом.
На протяжении многих лет нейтрино существовало только на бумаге и в головах физиков. Но, в конце концов, оно было открыто. Поначалу предположение о существовании нейтрино казалось типичной гипотезой ad hoc, да оно и было таковой. Но оно сыграло огромную роль в развитии физики элементарных частиц.
Примеров таких гипотез в истории физики много. Это и знаменитая гипотеза Планка о дискретном характере излучения, приведшая, в конце концов, к созданию квантовой механики, и Λ-член, введенный Эйнштейном в уравнения общей теории относительности для того, чтобы спасти идею стационарности Вселенной. Физиками введение A-параметра воспринималось как гипотеза ad hoc. Да и сам Эйнштейн говорил об этой гипотезе как о своей самой большой ошибке. Но неожиданно она нашла свое вполне рациональное истолкование в современной космологии. В настоящее время делаются попытки ассоциировать ее с силой антитяготения, ответственной за ускоренное расширение Вселенной.
Еще одна особенность современной космологии, которая может быть квалифицирована как признак "иронической", "плохой" науки - это ее преимущественно ретросказательный характер. (Кстати, эта особенность присуща и теории суперструн). Почти все объяснения, которые делаются на основе современной космологической теории, имеют дело с уже открытыми фактами, будь то данные астрономических наблюдений или обнаружившиеся теоретические трудности. Конечно, такие ретроспективные объяснения - также большой успех теории, но гораздо более предпочтительным было бы, если бы теория предсказывала новые, до сих пор неизвестные эффекты, и эти предсказания подтверждались бы данными наблюдений. Это говорило бы о том, что в данной теории удалось "ухватить" некую достоверную информацию о самой природе.
Но современная космология почти не делает предсказаний. В самом деле, гипотеза о существовании темной материи была призвана объяснить уже известное из эксперимента несовпадение величины отношения массы большого числа галактик к их светимости с данными астрономических наблюдений. Это несовпадение было открыто экспериментально и, космологическая модель не имела к этому никакого отношения, она с помощью гипотезы о темной материи "справилась" с этим экспериментальным наблюдением "задним числом".
Аналогично обстояло дело и с фактом, послужившим другим основанием для предположения о темной материи. Речь идет о том, что без допущения о ее существовании невозможно было объяснить, почему галактики в скоплениях галактик не разбегаются под давлением раскаленного межзвездного газа. Расчеты показывали, что величина взаимного тяготения, создаваемого только массами галактик, оказывалась недостаточной для их удержания, и для объяснения явления требуется дополнительная масса, роль которой и сыграла темная материя.
Да и предположение о существовании инфляционной фазы в расширении Вселенной - также носит характер по-слесказания: нужно было, как отмечалось выше, справиться с некоторыми трудностями космологической модели, в частности с парадоксом горизонта. Явление равенства температур реликтового излучения для очень удаленных друг от друга областей Вселенной также было открыто экспериментально, и современная космологическая теория объяснила его ретроспективно, введя предположение о существовании инфляционной фазы.
Одно из немногих действительных иносказаний современной космологии было сделано С. Хокингом. Суть его - в утверждении о возможном свечении черных дыр. Хокинг выдвинул предположение, что черные дыры не являются такими уж черными и могут светиться. Суть явления в следующем. Рядом с горизонтом событий черной дыры происходит постоянное взаимодействие виртуальных частиц, на мгновение появляющихся из вакуума и аннигилирующих друг с другом. Гравитационная сила черной дыры может засасывать одну из частиц такой пары. Тогда вторая частица, потеряв партнера, не сможет аннигилировать. Напротив, она получает энергию от гравитационного поля черной дыры и выталкивается из нее. Наблюдающий за этим процессом (разумеется, с безопасного расстояния от черной дыры) будет воспринимать его как исходящее из черной дыры излучение. Такое излучение для типичной черной дыры очень слабо. Экспериментально обнаруживаемым оно оказывается только для черных дыр очень малой массы. К сожалению, пока это предсказание Хокинга не нашло своего экспериментального подтверждения. Как шутит он сам, это плохо, потому что если бы оно подтвердилось, он бы сразу получил Нобелевскую премию.
Когда-то известный методолог и философ науки Имре Лакатош охарактеризовал теории, которые лишь ретроспективно ассимилируют уже открытые явления, как находящиеся в дегенеративной стадии. Он утверждал, что если есть возможность выбора между теориями, которые активно предсказывают новые, ранее неизвестные факты, и эти предсказания хотя бы изредка подтверждаются (и таким образом находятся в прогрессивной стадии своего развития), и дегенерирующими теориями, ученые должны предпочитать и на самом деле предпочитают первые.
Тем не менее, ретроспективные объяснения существовали и в предшествующем познании. Можно вспомнить в связи с этим об объяснении на основе ОТО явления аномальной прецессии перигелия, открытого в XIX в. Леверье. Суть его в том, что реальная орбита, по которой эта планета вращается вокруг Солнца, не совпадает с той, по которой Меркурий должен был бы вращаться согласно ньютоновскому закону всемирного тяготения. Предлагались самые разные объяснения этого явления - от гравитационного воздействия на Меркурий неизвестной планеты до воздействия межзвездной пыли или сплюснутости Солнца. Но ни одно из них не было признано научным сообществом в качестве верного. Правильное объяснение удалось найти Эйнштейну после того, как он рассчитал орбиту, используя уравнения ОТО. Совпадение с реальной орбитой было прекрасным. Этот успех был одной из главных причин, почему Эйнштейн поверил в свою теорию. "Но большинство других исследователей ожидало предсказания новых явлений, а не объяснения уже известных аномалий", - пишет Грин, ссылаясь на книгу Пайса, подробно описавшего это событие в творческой деятельности Эйнштейна. Тем не менее, несмотря на некоторую неудовлетворенность многих физиков, никто не характеризовал на этом основании ОТО как ироническую науку, и объяснение аномальной прецессии перигелия Меркурия считается одним из важнейших данных, подтверждающих ОТО.
Так что то, что Хорган называет "иронической" наукой, явление не новое, оно неоднократно имело место в истории научного познания, ничуть не помешав ему двигаться вперед. Особенности современной космологии, которые отмечает Хорган, никак не свидетельствуют о приближении науки к ее пределам.
Между тем, как утверждают два известных американских космолога Л. Кросс и Р. Шеррер, современная космология обладает такой особенностью, которая действительно может привести к ее концу, правда в очень отдаленном будущем. К сожалению, Хорган упустил эту сторону дела. Речь идет о специфике самого исследуемого объекта космологии - расширяющейся Вселенной. Ускоренный характер расширения приводит к тому, что с течением времени исчезают наблюдательные данные, свидетельствующие в пользу теории Большого взрыва. Так что астрономы далекого будущего (если, конечно, они еще сохранятся) будут создавать уже совсем другую науку. Остановимся на этом чуть подробнее.
Авторы статьи имеют в виду такие данные, как 1) раз-бегание галактик, 2) реликтовое изучение и 3) химический состав межзвездного газа. Что произойдет с этими данными в далеком будущем? С течением времени далекие галактики уйдут за горизонт событий, в то время как близкие нам галактики (туманность Андромеды и ряд других галактик) благодаря взаимному тяготению сольются с Млечным путем и образуют гигантское скопление звезд. Астрономы будущего будут ощущать себя живущими в островной вселенной, погруженной в пустое пространство (в результате ускоренного расширения вещество будет все больше рассеиваться, а пространство все больше пустеть), как это считалось во времена Ньютона. (Эти воззрения просуществовали до 1908 г.). Реликтовое излучение рассеется, и его невозможно будет зарегистрировать. Такие же метаморфозы произойдут и с ключевым аргументом в пользу справедливости теории Большого взрыва - химическим составом материи Вселенной. Известно, что эта материя почти полностью состоит из водорода и гелия, которые образовались в эпоху первичного нуклеосинтеза (первые три минуты после Большого взрыва, когда температура Вселенной была от 10 до 1 млрд. градусов). Эта ситуация почти не изменилась за все то время, которое прошло после Большого взрыва (14 млрд. лет) Химический состав меняется в результате "деятельности" звезд в сторону увеличения процентного содержания гелия и уменьшения доли водорода: в совершающихся в звездах термоядерных реакциях водород сгорает, превращаясь в гелий. Астрономы далекого будущего, не имея никаких сведений о Большом взрыве и процессах нуклеосинтеза, естественно будут считать, что избыток гелия - это результат только тех процессов, которые совершаются в звездах.
Так что, если космологи будущего не будут знать о работах современных нам космологов, они не будут иметь почти никаких данных наблюдений, которые позволили бы им считать, что их островная вселенная когда-то возникла и расширялась. Собственно, и космологии не будет; на смену ей придет астрономия.
Как утверждают авторы цитируемой статьи, все это произойдет через 100 млрд. лет. Срок настолько огромный, что у многих космологов статья вызывает только улыбку. Авторы и сами понимают, что указываемый ими срок является просто фантастическим. За это время не только человечество может исчезнуть, может исчезнуть и сама Земля, и Солнечная система. Но дело ведь не в сроках, а в принципе. Речь идет о том, что существуют объективные основания для исчезновения космологии как науки. Авторы статьи прогнозируют не на пустом месте. Описываемая ими тенденция существует уже в настоящее время, и их прогноз вполне может реализоваться, если только не вмешаются какие-либо побочные обстоятельства. Вселенная уже сейчас, благодаря ускоренному расширению, как говорят авторы, "стирает следы своего прошлого".
Возвращаясь к основной проблеме нашей статьи и подводя некоторые итоги сказанному, можно утверждать: никаких серьезных оснований так уж иронизировать над современной космологией не существует. Мы просто попали в самую гущу событий. Идет процесс построения современного космологического знания. Выдвигаются модели, сталкиваются мнения и гипотезы; необходимо набраться терпения и ждать. Возможно, ждать придется долго. Но другого пути постичь наш Космос рационально у нас просто нет. Да к тому же, разве это не прекрасно быть свидетелями той "драмы идей", которая разворачивается на наших глазах, и невольными участниками которой мы оказываемся (пусть даже только читая работы космологов и в меру своих сил осмысливая их)? Вспомним слова поэта: "Блажен, кто посетил сей мир в его минуты роковые. Его призвали всеблагие как собеседника на пир"!