Эволюция Вселенной и самоорганизация пространства-времени. 1996. (Дубровский В.Н., Молчанов Ю.Б.)

© 1996 г.

ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ И САМООРГАНИЗАЦИЯ

ПРОСТРАНСТВА–ВРЕМЕНИ

В.Н.Дубровский, Ю.Б.Молчанов

Возникновение и развитие отдельных объектов нашей Вселенной связано с эволюцией ее как целого. На определенной стадии этой эволюции возникло человеческое сознание, способное выявить законы развития как множества отдельных объектов, так и Вселенной в целом. Когда человечество осознало эволюционный характер окружающего его мира, познание Вселенной пошло с двух сторон: со стороны обобщения уже разработанных теорий на все более и более глубокие уровни ее организации и со стороны применения их к развитию Вселенной как целого.

Высокоорганизованные объекты относительно независимы от дальнейшего эволюционного процесса во Вселенной в целом. Изучение процессов самоорганизации и неорганической природы показало, что для возникновения организованной системы из низко организованной требуется привести последнюю в сильно возбужденное состояние, весьма далекое от равновесия, после чего некоторые флуктуации, существующие в системе, резко усиливаются и система переходит в новое, организованное состояние.

Современные представления об эволюции Вселенной основываются на стандартной космологической модели Большого Взрыва, которая подтверждается наблюдаемым в настоящую эпоху всеобщим расширением 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 образовался 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.

Кратко 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 философской точки зрения – это важное основоположение космологии, свидетельствующее о качественной неуничтожимости материи и движения. Образованию суперструн предшествовало возникновение стабильной метрики пространства–времени суперструнного вакуума. Важнейшим этапом самоорганизации Вселенной является рождение частиц, а затем нарушение суперсимметрии, после чего стала возможной идентификация фермионов и бозонов и, тем самым, разделение вещества и сил. Отделение излучения от вещества позволило ему стать связующим звеном между вещественными объектами. С возникновением Солнца, звезд и галактик появились базовые объекты для отсчета движения макротел.

Стандартная космологическая модель охватывает основные этапы в эволюции Вселенной, однако она не отвечает на вопрос о причине Большого Взрыва (космического отталкивания).

Следует обратить внимание, что процессы самоорганизации материи имеют прямое отношение к процессам нарушения симметрии. Все развитие Вселенной, от ее рождения до современного состояния, есть последовательность нарушения симметрий, ведущая к появлению все большего многообразия материальных структур из первоначальной единой целостной высокосимметричной структуры. 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.

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 не познаваема).

С самоорганизацией Вселенной связан процесс самоорганизации пространства–времени, ведущий к эволюции физических объектов, на которых можно эксплицировать разные 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 происходящими 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, стало возможным реализовать пространство–время реляционно, 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–временем 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.

Наличие самоорганизующихся систем позволяет по–новому взглянуть на причинность. Под физической причинностью понимают наличие физических причин, т.е. 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 явление самоорганизации материи показывает, что переходы связаны с состояниями и могут происходить только из специфических (сильно возбужденных) состояний. Поэтому причинность следует распространить и на состояния.

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.

г. Санкт–Петербург