Библиотека    Новые поступления    Словарь    Карта сайтов    Ссылки






назад содержание далее

Часть 4.

Литература

1. Аристотель. Сочинения. М., 1981. Т. 3.

2. Платон. Сочинения. М., 1971. Т. 3 и 1.

3. Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. М., 1990.

4. Arrhenius S. Das Werden der Welten. Leipzig, 1908.

5. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. М.; Л., 1936.

6. С этим фактом согласен и М.К. Мюнитц. См. Munitz M.K. Spase, Time and Creation: philosophical aspects of scientific cosmology. USA, 1957.

7. Brans C., Dicke R.H.. Mach's Principle and a Relativistic Theory of Gravitation // The Physical Reviw, USA, 1961, vol. 124, n 3.

8. Эйнштейн А. Собрание научных трудов. М., 1965. Т. 1.

9. Фридман А.А. О кривизне пространства // Он же. Избранные труды. М., 1966.

10. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. М., 1975.

11. Эйнштейн А. Собрание научных трудов. М., 1967. Т. 4.

12. Поппер К. Логика и рост научного знания. М., 1983.

13. Альвен Х. Миры и антимиры. М., 1968. Аналогичные аргументы высказывал Милн Е.А., еще в 30-е годы. См.: Milne E.A. On the Origin of Laws of Nature // Nature. 1937. Vol. 139. N 3528. P. 999.

14. Miln E.A.. Proceedings of the Royal Society. London, 1937. A 158.

15. Dingle H. Modern Aristotelianism // Nature. 1937. V. 139. N 3523.

16. Турсунов А. Философия и современная космология. М., 1977.

17. Eddington A.S. The Philosophy of Physical Science. Cambridge, 1939. Eddington A.S. Physical Science and Philosophy // Nature, 1937. V. 139. N 3528. P. 1000.

18. См. Гинзбург В.И., Муханов В.Ф., Фролов В.П. О космологии сверхранней Вселенной и „фундаментальной длине”. М. ЖЭТФ. 1988. Т. 94, в.4.

19. Хлопов М.Ю. Вселенная - гигантский ускоритель. М., 1987. N 1.

20. Хойл Ф. Галактики, ядра и квазары. М., 1968.

21. См.: Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж.. Гравитация. 1977.

22. Дикке Р. Гравитация и Вселенная. М., 1972.

23. Dicke R.H. Scalar-tensor gravitation and the sosmic firebal // The Astrophysical Journal. 1968. Vol. 152. N 1. Pat. 1.

24. Девис П. Пространство и время в современной картине Вселенной. М., 1979.

25. Мамаев С.Т.,Мостепаненко В.М., Старобинский А.А. Рождение частиц из вакуума вблизи однородной изотронной сингулярности. М. ЖЭТФ. 1976. Т. 70, в. 5.

26. Никитин Е.П. Природа обоснования. М., 1981.

27. Амбарцумян В.А., Казютинский В.В. Проблемы методологии естественонаучного поиска // Вопр. философии. 1971. N2. С. 43-54.

28. Гончаров А.С., Линде А.Д. Хаотическое раздувание Вселенной в супегравитации // М. ЖЭТФ, 1984. Т. 86, в. 5.

29. См.: Tipler E.J., Barrow J.D. The anthropic cosmological Principle. Oxford. N.Y., 1985.

30. Bondi H. Cosmology. Cambridge, 1960.

31. Линде А.Д., Фаломкин И.В., Хлопов М.Ю. Аннигиляция антипротонов в гелии как тест моделей, основанных на N=1 супергравитации // Сообщения объединенного института ядерных исследований. Дубна. ИЯИ, 1984.

32. См.: Павленко А.Н. Панпсихизм Циолковского и византийская патристика // Труды 27-х научных чтений К.Э. Циолковского. М.,1994; Павленко А.Н. Бытие у своего порога. // Человек. 1994. N 1. С. 51-52.

33. Вигнер Е. Этюды о симметрии. М., 1971.

34. Толмен Р. Относительность, термодинамика и космология. М., 1974.

35. Павленко А.Н. К.Э. Циолковский о „Причине космоса” и современная космология // Труды ХХIY Чтений, посвященных научной разработке наследия К.Э. Циолковского. М., 1991.

36. Еремеева А.И. Вселенная Гершеля. М., 1966.

37. Парновский С.Л. Инфляционные решения в однородных космологических моделях со скалярным полем. М. ЖЭТФ. 1993. Т. 103, в. 2. С. 337-343.

38. См. Pavlenko A.N. The Prodlem of „Ecologically Pure” Thery (A Possidle Version of Postmodern Science Development) // XIX world Congress of Philosophy. M. 1993. V. 1.

39. Vilenkin A. Quantum cosmology // The Early Universe. Reprints. USA. 1988.

40. Hawking S.W. Eine kurze Gesсhichte der Zeit: Die Suche nach der Urkraft des Universums. Hamburg. 1988.

41. Воробьев П.В. Индуцированный светом распад псевдоголдстоуновских бозонов и поиск аксионного излучения Солнца // Письма в ЖЭТФ. М., 1993. Т. 57, в. 12. С. 737-740.

42. См. Dine M., Fischler N. The Not- So - Harmless Axion // Physics Letters. 1983, vol. 120 B, N 1-3. P. 137-141.

43. См. Tammann G.A. Europhysics News. 1992. V 23. N 97; Соколов Н.Ю. Топологическая нетривиальность Вселенной и анизотропия реликтового излучения. // Письма в ЖЭТФ. 1993. Т. 57, в. 10. С. 601-605.

44. См. Дымникова И.Г. Инфляционная Вселенная с точки зрения ОТО. М. ЖЭТФ. 1986. Т. 90, в. 6; Халфин Л.А. Об ограничениях на инфляционные модели Вселенной. М. ЖЭТФ. 1986. Т. 91, в. 4(10).

45. Ellis J., Hagelin J., Nanopoulos D., Olive K., Srednicki M. Supersymmetric Relics from the Big Bang // Inflationary cosmology. 1986. USA. Singapore.

46. Павленко А.Н. Идеалы рациональности в современной науке. // Вестник Российской Академии наук. М., 1994. N 5. С. 409-415.

47. Gribbin J., Rees M. Cosmic concidences. N. Y. 1989.

В.В. Казютинский

Термодинамический парадокс в космологии: новый взгляд

Термодинамический парадокс в космологии, сформулированный во второй половине ХIХ века, непрерывно будоражит с тех пор научное сообщество. Дело в том, что он затронул наиболее глубинные структуры научной картины мира. Хотя многочисленные попытки разрешения этого парадокса приводили всегда лишь к частным успехам, они порождали новые, нетривиальные физические идеи, модели, теории. Термодинамический парадокс выступает неиссякаемым источником новых научных знаний. Вместе с тем, его становление в науке оказалось опутанным множеством предубеждений и совершенно неверных интерпретаций. Необходим новый взгляд на эту, казалось бы, довольно хорошо изученную проблему, которая приобретает нетрадиционный смысл в постнеклассической науке.

Характеристика основных черт постнеклассической науки изложена в [1]. Постнеклассическая наука, прежде всего, теория самоорганизации, проблему направленности термодинамических процессов в природе решает существенно иначе, чем наука классическая или неклассическая; это находит выражение в современной научной картине мира (НКМ) - которую автор понимает иначе, чем Ф.А. Цицин (подробнее см [2]).

1. Термодинамический парадокс в ньютоновой космологии

Термодинамический парадокс возник впервые в картине мира Ньютона - как острый конфликт между самой этой картиной мира и ее философско-мировоззренческими основаниями, с одной стороны, и выводами вытекающими из экстраполяции на Вселенную принципа возрастания энтропии - с другой. Распространенное мнение, что этот парадокс был сформулирован В. Томсоном и Р. Клаузиусом является неверным. Дело обстояло как раз наоборот: этот парадокс был выявлен их оппонентами, в том числе, например, Э. Геккелем, Н.А. Умовым, К.Э. Циолковским. Очень четко выявилось „человеческое измерение” термодинамического парадокса, благодаря которому он немедленно оказался в центре самых ожесточенных дискуссий, выплеснувшихся далеко за пределы естествознания и поставивших самые коренные мировоззренческие вопросы.

Обратившись к исходным формулировкам идеи тепловой смерти Вселенной, можно видеть, что они далеко не во всем соответствуют их хорошо известным интерпретациям, сквозь призму которых эти формулировки нами обычно воспринимаются. Принято говорить о теории тепловой смерти или термодинамическом парадоксе В. Томсона и Р. Клаузиуса. Но, во-первых, соответствующие мысли этих авторов далеко не во всем совпадают, во-вторых, в приводимых ниже высказываниях ни теории, ни парадокса не содержится.

В. Томсон, анализируя „проявляющуюся в природе общую тенденцию к рассеянию механической энергии” [3], не распространял ее на мир как целое. Он экстраполировал принцип возрастания энтропии лишь на протекающие в природе крупномасштабные процессы. Напротив, Клаузиус предложил экстраполяцию этого принципа именно на Вселенную как целое, выступавшую для него всеобъемлющей физической системой. По словам Клаузиуса „общее состояние Вселенной должно все больше и все больше изменяться” в направлении, определяемом принципом возрастания энтропии и, следовательно, это состояние должно непрерывно приближаться к некоторому предельному состоянию. Отсюда вытекают, по мнению Клаузиуса, следующие формулировки принципов термодинамики:

“1. Энергия мира постоянна.

2. Энтропия мира стремится к максимуму” [4, с.44]. Тем самым неявно вводятся следующие абстракции: в рамках термодинамики можно употреблять понятия состояния мира как целостной системы; мир как целое - замкнутая система; эволюция мира может быть описана как смена его состояний; для мира как целого состояние с максимальной энтропией имеет смысл, также как и для любой конечной системы. Но у Томсона этих допущений нет. Тем самым, хотя рассуждения Клаузиуса в известном смысле продолжают идеи Томсона, все же между ними существует и коренное различие.

Дело в том, что экстраполяция в физике какого-либо принципа на бесконечность, не может рассматриваться как очевидная, само собой разумеющаяся процедура; во всяком случае необходима хотя бы попытка ее обоснования. Конструкт „бесконечная Вселенная”, которым обозначался объект для экстраполяции принципа возрастания энтропии, получал в ньютоновой космологии свою концептуальную определенность лишь на уровне НКМ, но не на уровне космологической теории, - ее в то время еще просто не было. Мог ли такой объект рассматриваться в качестве системы - а это понятие, относящееся к теоретическому уровню знания, - отнюдь не очевидно.

Другое различие особенно существенно с современной точки зрения. Томсон (но не Клаузиус!) вводил в обсуждаемую проблему „человеческое измерение”: „В прошлом, отстоящем на конечный промежуток времени от настоящего момента земля находилась и спустя конечный промежуток времени она снова очутится в состоянии, не пригодном для обитания человека”; - но - далее следует примечательная оговорка: „если только в прошлом не были проведены, и в будущем не будут предприняты такие меры, которые являются неосуществимыми при наличии законов, регулирующих известные процессы, протекающие ныне в материальном мире” [3, c. 182]. Какие это меры, ясно из следующих слов Томсона: „почти достоверно, что только творческая сила может создавать и уничтожать механическую энергию”. Но поскольку в наличии подобной силы он не сомневался, то и „потеря тепла” вследствие процессов его рассеяния „не может быть полным уничтожением, но должна представлять собой какое-то преобразование энергии” [3, c. 180].

И у Томсона, и у Клаузиуса речь идет, таким образом, лишь об экстраполяционном выводе - переносе принципа возрастания энтропии из условий физической лаборатории, в которых его справедливость считалась доказанной, на объекты космических масштабов - вплоть до Вселенной как целого. Никакой формулировки какого бы то ни было парадокса ни у одного из этих авторов мы не находим и приписывать им выдвижение термодинамического парадокса нет решительно никаких резонов.

Как же на самом деле появился термодинамический парадокс в космологии? Нетрудно убедиться, что он был фактически сформулирован оппонентами Томсона и Клаузиуса, которые увидели противоречие между идеей тепловой смерти Вселенной и коренными положениями материализма о бесконечности мира в пространстве и времени. Формулировки термодинамического парадокса, которые мы встречаем у различных авторов, на редкость схожи, практически полностью совпадают. „Если бы учение об энтропии, - писал Э. Геккель - было правильным, то предполагаемому им „концу” мира должно было бы соответствовать и „начало”, минимум энтропии”, когда температурное различие между обособленными частями Вселенной было бы наибольшим. На наш взгляд ... оба воззрения представляются одинаково несостоятельными. Начала мира также не существует, как и конца. Как мир бесконечен, так и пребывает в вечном движении”... [5, c. 290].

Буквально теми же словами выражал суть термодинамического парадокса Н.А. Умов: „С законом роста энтропии связан один важный вопрос: если она увеличивается, то должен был существовать момент, когда энтропия была наименьшей; он должен был совпасть с началом мира, и мы пришли бы опять к загадке: к чему было строить и пускать в ход механизм, осужденный с первого же момента своего существования на смерть?” [6, c. 282].

К.Э. Циолковский также исходил из „аргумента бесконечности” в своей формулировке парадокса и способа его разрешения: „Мир существует давно, трудно даже предположить, чтобы он когда-нибудь не существовал. А если он уже существует бесконечное время, то должно было бы наступить уравнение температур, угасание Солнц и всеобщая смерть. А раз этого нет, то и закона нет, а есть только явление, часто повторяющееся” [7, c. 7].

Логика термодинамического парадокса была очень четко выражена Ф. Энгельсом, известные мысли которого еще недавно считались философско-мировоззренческим опровержением идеи тепловой смерти Вселенной: „Клаузиус - if correct (если я правильно его понимаю) - писал он в одном из фрагментов - доказывает, что мир сотворен, следовательно, что материя сотворима, следовательно, что она уничтожима, следовательно, что и сила движения сотворима и уничтожима, следовательно, что все его учение о „сохранении силы” бессмыслица, - следовательно, что и все его выводы из этого учения тоже бессмыслица” [8, c.604]. Аналогичные высказывания - все они хорошо известны - встречаются и на многих других страницах „Диалектики природы”. В приведенных цитатах Клаузиусу приписывается мысль, которой мы совершенно не находим в его собственных работах; там решительно ничего не говорится о сотворении мира, это - следствие, выводимое из принципа Клаузиуса его критиками. Энгельс, кроме того, находил у Клаузиуса и логическое противоречие. Но как бы мы не относились к специфической формулировке 2-го начала термодинамики, предложенной Клаузиусом: „энтропия мира стремится к максимуму” - едва ли можно заметить в самой этой формулировке какие-либо внутренние противоречия, настолько серьезные, что они лишали бы ее смысла. Логика сведения к абсурду в данном контексте, на наш взгляд, не срабатывает.

В чем же состоит эпистемологическая природа рассматриваемого парадокса? Все цитированные авторы, по сути, приписывают ему философско-мировоззренческий характер. Но фактически здесь смешиваются два уровня знания, которые с нашей современной точки зрения следует различать. Исходным было все-таки возникновение термодинамического парадокса на уровне НКМ, на котором Клаузиус и осуществлял свою экстраполяцию возрастания принципа энтропии на Вселенную. Парадокс выступал как противоречие между выводом Клаузиуса и принципом бесконечности мира во времени, согласно космологии Ньютона. На том же уровне знания возникли и другие космологические парадоксы - фотометрический и гравитационный, причем их эпистемологическая природа была очень сходной. Суть одного из этих парадоксов составляла противоречие между наблюдаемыми фактами и принципом бесконечности пространства в ньютоновой картине мира, другого - между наблюдаемыми фактами и принципом бесконечности масс, а также создаваемых ими ускорений. Но ни фотометрический, ни гравитационный парадоксы - в отличие от термодинамического - не вышли за пределы НКМ, особого волнения среди естествоиспытателей не вызвали. Причина вполне понятна - они касались достаточно отвлеченных вопросов, тогда как термодинамический парадокс сразу же приобрел „человеческое измерение”, так четко подчеркнутое Томсоном.

В самом деле, тепловая смерть Вселенной, даже если бы она произошла в каком-то отдаленном будущем, пусть даже через миллиарды или десятки миллиардов лет, все равно ограничивает „шкалу времени” человеческого прогресса. Точно так же сейчас возможное ограничение на сроки выживания общества накладывается призраком „ядерной зимы”. Мысль многих авторов, и прежде всего К.Э. Циолковского, не могла „мириться” с подобной перспективой. Вот почему высказывания о, казалось бы, чисто научной экстраполяции Клаузиуса, которую и обсуждать надо в строго научных рамках, часто приобретали характер беспрецедентных философско-мировоззренческих дискуссий по поводу физических принципов. Совершенно типичной стала, например, оценка вывода Клаузиуса не иначе как „мрачного” „пессимистического” и т.п. Впрочем, именно так его оценивали и сторонники идеи тепловой смерти.

Например, А.Н. Щукарев писал, что „...пульс природы непрерывно замирает, ее жизнь погасает, и в бесконечной дали вырисовывается черный призрак „мировой смерти” [9, c. 59].

Б.А. Шишковский выделял в принципе Клаузиуса моральный аспект: „Закон энтропии - это как бы закон высшей справедливости, и без сомнения он был впервые провозглашен при изгнании наших прародителей из рая” [10, c. 16].

Эмоционально-негативные оценки принципа Клаузиуса сохранились в науке почти до наших дней. Приведем несколько высказываний И.И. Гвая: „...сторонники теории необратимости не оставляли ни малейшего просвета в судьбе человечества... Человеку будет безразлично, окоченеть ли ему на полностью замерзшей Земле, или в качестве ракетного путешественника вмерзнуть в „энтропийный” лед космического пространства...” [11, c. 55]. Это по его словам „глубоко пессимистическое положение”, „мрачное и безысходное пророчество” и т.д. [11, c. 55-56].

Какими же представлялись возможные пути устранения термодинамического парадокса в космологии тем авторам, которые видели в нем угрозу ньютоновой картине мира, или же - и это казалось особенно неприемлемым - ее материалистическим философско-мировоззренческим основаниям? Многочисленные исследования в области термодинамики Вселенной зафиксировали широкий спектр подходов, мнений, высказываний, направленных на „преодоление” принципа Клаузиуса. Мы изложим их таким образом, чтобы наиболее четко выявлялась приемственность динамики идей, сохранившихся, иногда в заметно трансформированной форме, вплоть до наших дней.

Огромный резонанс вызвала флуктуационная гипотеза Л. Больцмана [12], исходившая из допущения, что бесконечная Вселенная уже достигла состояния термодинамического равновесия, т.е. тепловой смерти. Но вследствие статистического характера принципа возрастания энтропии, возможны макроскопические отклонения от состояния равновесия - флуктуации. Одну из них представляет и наблюдаемая нами область Вселенной.

Флуктуационная гипотеза Больцмана оценивалась крайне противоречиво. Многие физики высказывали мнение либо об исчезающе малой вероятности флуктуации, охватывающей всю наблюдаемую область Вселенной, либо о том, что в этой гипотезе нет необходимости и т.п. Ряд философов-материалистов отвергал ее на том основании, что эта гипотеза представляет собой как бы „второе издание” идеи тепловой смерти. Напротив, А. Поликаров оценивал флуктуационную гипотезу очень высоко [13]. С нашей точки зрения, следует учитывать, что, несмотря на все возражения и негативные оценки, эта гипотеза сохранилась до нашего времени, более того, прочно вошла в науку, эффективно „работает” в ней. Причина вполне понятна: наряду с моделью термодинамических процессов во Вселенной, ограниченной определенным уровнем науки, она выражала существенный компонент НКМ, который был возрожден постнеклассической наукой. Современная картина нелинейного мира немыслима без идеи флуктуации, в том числе крупномасштабной. Например, Вселенная, возможно, возникла в результате флуктуации физического вакуума. Гипотеза Больцмана содержала еще один, в потенции чрезвычайно эвристичный момент, значение которого так подчеркивается постнеклассической наукой: человек, наблюдатель мог возникнуть не в любой области мира (конкретно, по Больцману, только в такой, которая охвачена грандиозной флуктуацией). Рассматриваемая гипотеза предвосхитила некоторые черты содержания антропного принципа [14]. Для классической физики этот „человеческий момент” больцмановских идей, конечно, не мог считаться достоинством, и он прошел тогда незамеченным.

Но особенно многочисленной была группа гипотез, основанных на „антиэнтропийном” подходе, при котором либо не признавался сам принцип возрастания энтропии, либо отрицалась его универсальность, то есть применимость к миру как целому. Проблема ставилась так: экстраполяция принципа Клаузиуса как целое вступает в острый конфликт с НКМ классического естествознания и его философско-мировоззренческими основаниями. Но поскольку они не могут подвергаться сомнению, причина конфликта состоит в неправомерности самой исходной экстраполяции. Если принять, что принцип сохранения энергии универсален, а принцип возрастания энтропии справедлив лишь в определеных границах - затруднения, связанные с его космологической экстраполяцией могут быть преодолены. Отличие подобного подхода от больцмановского очевидно: Больцман считал, что оба начала термодинамики имеют одинаковую сферу применимости - универсальную; сторонники же обсуждаемого подхода часто рассматривали этот конфликт как аргумент в пользу ограниченности принципа Клаузиуса даже в его статистической интерпретации. Если этот принцип не применим к микромиру, то тем более он может иметь и космологические границы, что, разумеется, совершенно противоречит больцмановскому подходу.

Назовем некоторые эпистемологические особенности „антиэнтропийного” подхода к разрешению термодинамического парадокса в космологии. Его основная, как правило, явно провозглашаемая цель, состояла не столько в том, чтобы решить сложную естественнонаучную проблему - устранить затруднения в рамках научной картины Вселенной, - сколько в „спасении” философско-мировоззренческих оснований классического естествознания. Только в этом контексте можно понять излишнюю эмоциональность критики сторонниками этого подхода принципа Клаузиуса, страстное, буквально неистребимое желание во что бы то ни стало опровергнуть идею тепловой смерти Вселенной, даже если конкретных аргументов для этого явно еще не хватало (как не хватает их и до сих пор). Для этого казалось достаточным продемонстрировать - по крайней мере качественно - возможность построения гипотез или схем, в которых Вселенная не стремилась бы к состоянию тепловой смерти. Исходным моментом всех этих гипотез был возрожденный принцип круговорота материи во Вселенной, который, на первый взгляд, был полностью отброшен принципом Клаузиуса. Именно в этом последнем моменте можно видеть черту, сближающую „антиэнтропийные” гипотезы с флуктуационной гипотезой Больцмана, которую также рассматривают нередко как одну из конкретизаций идеи круговорота.

Характерный образец рассматриваемого способа ликвидации термодинамического парадокса в космологии - размышления К.Э. Циолковского. По его словам (1935 год), анализируя проблемы термодинамики, он „...уверовал в вечную юность Вселенной. Перспектива тепловой смерти космоса рушилась в моем мозгу, теперь у меня скопилось много доказательств в пользу моих выводов” [15, c. 44]. Суммируем кратко аргументы К.Э. Циолковского.

1. Он подчеркивал, что идея, согласно которой теплота не может перейти от более холодного тела, к более нагретому, сопровождалась оговоркой, которую он называет „странной”: не может перейти сама собой, или при помощи неодушевленной материи. „Что значит сама собой - настойчиво спрашивал К.Э. Циолковский, и добавлял: „Стало быть и Клаузиус признает какие-то условия, при которых совершается этот обратный переход”. Названные оговорки свидетельствуют, что принцип возрастания энтропии не является универсальным или даже вообще не является законом. „Настанет время, когда солнца потухнут, мир замрет, живое уничтожится. Но этого не будет, если постулат Клаузиуса не признавать началом или законом” - эмоционально заключал К.Э. Циолковский [7, c. 5-6].

2. Принцип Клаузиуса оправдывается не всегда: в природе возможны спонтанные энергетические переходы антиэнтропийного характера.

3. Антиэнтропийные процессы возможны и как результат человеческой деятельности, т.е. сознательного создания тех, пока еще не изученных наукой условий, при которых совершаются процессы „концентрации” рассеянной энергии.

4. Процессы рассеяния и концентрации энергии „...равны и обеспечивают вечное возникновение юности Вселенной” [16, c. 48].

5. Этот вывод имеет огромное значение для космического будущего человечества.

Сторонники принципа Клаузиуса, в свою очередь, очень негативно отнеслись к попыткам возрождения идеи круговорота. Например, О.Д. Хвольсон считал принцип Клаузиуса „важнейшим законом” природы, ставил его на первое место „между немногими истинами, до которых человечеству удалось добраться...” [17, c. 97-98]. Он энергично подчеркивал, что „...существует действительный закон развития: закон энтропии, закон эволюции мира” [17, c. 109]. Что же касается антиэнтропийных процессов, то в резкой полемике с Геккелем он сформулировал так называемую „двенадцатую заповедь”: не пиши о том, чего не понимаешь. Таким образом, принцип Клаузиуса попал в „болевую точку” мировоззрения физиков второй половины XIX века, вызвав интенсивные дискуссии об основаниях этой науки. Различия восприятия термодинамического парадокса были вызваны, как мы старались показать, даже не столько научным, сколько мировоззренческим и вообще социокультурным контекстом. Вот почему попытки его опровержения были столь многочисленными, чрезвычайно эмоциональными и притом - в некоторых случаях - очень легковесными. Это не мешало высказывать их с уверенностью, далеко превосходящей изложение строго обоснованных научных идей.

Хотя сам „энтропийный подход” к устранению термодинамического парадокса в космологии не привел к доказательным результатам, резкая (и во многом несправедливая) критика принципа Клаузиуса сторонниками этого подхода, которая без каких бы то ни было существенных изменений репродуцировалась на протяжении практически целого столетия, привела к закреплению негативной его оценки. Но сейчас подобная оценка все более выявляет свою односторонность, если не сказать ошибочность. Всецело основанная на устаревших мировоззренческих предубеждениях, отголосках давно оставленных предрассудков и подкрепленная частоколом неверно понятых цитат, она должна быть, по нашему мнению, радикально пересмотрена.

Можно выделить по крайней мере пять моментов, характеризующих эвристическую роль термодинамического парадокса в науке, который выступает неиссякаемым источником новых концептуальных достижений.

1. Принцип возрастания энтропии (в форме термодинамического парадокса) с самого своего появления не только не вписывался в карту мира Ньютона, но и вступил с ней в непримиримое противоречие, содействовал ее „разрушению”, возможно даже в большей степени, чем все другие открытия физики XIX века. Этот принцип перечеркнул классический образ мира как часового механизма, движение которого полностью детерминировано начальными условиями и законами, отверг идею механического круговорота в природе. Так и не опровергнутый, несмотря на все ухищрения, принцип Клаузиуса свидетельствовал: природа гораздо глубже, чем сложившееся до того времени и канонизированные культурой „общепринятые” представления о ней.

1. Отторгнутый ньютоновской картиной мира, этот принцип, как подчеркивал еще Эддингтон, стал краеугольным камнем неклассических взглядов на природу. Но сейчас мы видим, что его научные последствия оказались еще более грандиозными. По словам И. Пригожина, со времен Ньютона физика видела „свою задачу в достижении не зависящего от времени уровня реальности, на котором не происходят истинные изменения, а лишь вполне детерминированным образом эволюционируют начальные состояния”; это была „физика существующего” основания которой не были затронуты ни теорией относительности, ни квантовой механикой. Время выступало в этих концептуальных системах лишь как внешний параметр, не имеющий выделенного направления. Термодинамика, которую по мнению Пригожина „следовало бы назвать „физикой возникающего” подтверждает реальность изменения и вводит физическую величину - энтропию, задающую „стрелу времени” [18, c. 217-218].

2. Клаузиус, впервые после Ньютона, вернулся к проблематике мира как целого, впервые сформулировал проблему его эволюции не на философско-мировоззренческом уровне, как это было до него, а языком НКМ. Томсон и Клаузиус - опять - таки, впервые! - поставили вопрос о связи между эволюцией космических тел и систем и изменением состояния Вселенной как целого. Успешные попытки, решения этой задачи, то есть разработки теории, учитывающей такую связь, были сделаны лишь в наше время.

3. Принцип Клаузиуса впервые ввел в науку понимание эволюции как необратимого изменения состояния физических объектов - в противовес идее механического круговорота в классической картине мира. Оценка этого принципа О.Д. Хвольсоном как закона эволюции сохраняет свое значение и сейчас.

4. Еще более значимыми с философско-мировоззренческой точки зрения следствиями принципа Клаузиуса были конструкты „конца”, а значит, возможно, и „начала” мира, впервые сформулированные на уровне НКМ в ходе дискуссии вокруг этого принципа.

5. И, наконец, принцип Клаузиуса сыграл важную эвристическую роль в становлении - почти столетие спустя - теории самоорганизации. Как подчеркнули П. Гленсдорф и И. Пригожин, „эволюционная идея возникла в XIX в. в двух прямо противоположных формах: в термодинамике принцип Карно-Клаузиуса формулируется как закон непрерывной деорганизации и разрушения изначально заданной структуры. В биологии, или социологии, идея эволюции, напротив, ассоциируется с усложнением организации” [19, c. 258]. Как показал Пригожин, противоречие между пониманием эволюции живой и неживой природы, возникшее после появления принципа Клаузиуса и на уровне классической НКМ и разрешавшееся отстаиванием различных вариантов принципам всеобщей обратимости физических процессов, снимается иными концептуальными структурами - теорией самоорганизации, в частности, термодинамикой неравновесных процессов.

Странное дело: идеи Больцмана и Пригожина получили высокую оценку в современных философских исследованиях науки, но как только речь заходит об их истоке - принципе Клаузиуса - характер оценок резко меняется и даже становится прямо противоположным. Мы все еще смотрим на принцип Клаузиуса сквозь густой шлейф исторически преходящих дискуссий, отражавших лишь противоречивые формы освоения этого принципа в науке и культуре. Но сейчас эта традиционная „несправедливость” должна быть, наконец, исправлена.

2. Термодинамический парадокс в релятивистских космологических моделях

Новый этап анализа термодинамического парадокса в космологии связан уже с неклассической наукой. Он охватывает 30 - 60-е годы ХХ века. Наиболее специфическая его черта - переход к разработке термодинамики Вселенной в концептуальных рамках теории А.А. Фридмана. Обсуждались как модернизированные варианты принципа Клаузиуса, так и новая модель Толмена, в которой возможна необратимая эволюция Вселенной без достижения максимума энтропии. Модель Толмена в конечном счете получила перевес в признании научного сообщества, хотя и не дает ответа на некоторые „трудные” вопросы. Но параллельно развивался также квазиклассический „антиэнтропийный подход”, единственная цель которого состояла в том, чтобы любой ценой опровергнуть принцип Клаузиуса, а исходной абстракцией был образ бесконечной и „вечно юной”, как выражался Циолковский, Вселенной. На основе этого подхода был разработан ряд, так сказать, „гибридных” схем и моделей, для которых было характерно довольно искусственное сочетание не только старых и новых идей в области термодинамики Вселенной, но также оснований классической и неклассической науки.

В 30 - 40-е годы наибольшим влиянием среди сторонников релятивистской космологии продолжала пользоваться идея тепловой смерти Вселенной. Энергичными сторонниками принципа Клаузиуса выступали, например, А. Эддингтон и Дж. Джинс, неоднократно высказывавшиеся по поводу как физического смысла этой проблемы, так и ее „человеческого измерения”. Вывод Клаузиуса был ими транслирован в неклассическую картину мира и в некоторых отношениях адаптирован к ней.

Изменился прежде всего объект экстраполяции - Вселенная как целое. Напомним, что речь идет, конечно, не о реальной, объективно существующей Вселенной, а о некотором теоретическом конструкте. Если раньше этот объект и его пространственно-временная структура конструировались средствами ньютоновой НКМ, то сейчас он рассматривался сквозь призму новой неклассической теории - ОТО, т.е. как бы „задавался” фридмановской космологией. Существенной особенностью этого объекта было наличие сингулярности, временной границы в прошлом, причем Вселенная рассматривалась в рамках данной теоретической схемы как замкнутая система. Эмпирически Вселенная Фридмана отождествлялась с нашей Метагалактикой, которая и рассматривалась как уникальная, всеобъемлющая, принципиально единственная система.

Правомерна ли экстраполяция на такой объект принципа возрастания энтропии? Подобная экстраполяция с точки зрения Эддингтона, Джинса и многих других естествоиспытателей, являлась не только возможной, но и вполне обоснованной, во всяком случае по трем причинам: первая - статус принципа Клаузиуса в неклассической картине мира радикально изменился, он выступал теперь одним из наиболее фундаментальных компонентов новой НКМ; вторая - экстраполяция этого принципа на Вселенную как целое, в рамках неклассической НКМ, не приводила ни к каким особым затруднениям. Наоборот, идеи начала и конца применительно к расширяющейся Вселенной, неприемлемость которых для многих материалистически настроенных ученых была главной причиной негативной оценкой ими принципа Клаузиуса, находилась в полном согласии с философскими и религиозными взглядами многих естествоиспытателей того времени, Джинса и Эддингтона - в том числе; третья - релятивистская космология не просто допускала существование начального момента в эволюции, который многими связывался с появлением принципа Клаузиуса, но и вводила этот конструкт как неустранимый компонент НКМ.

Таким образом, эволюция Вселенной всецело определяется, с рассматриваемой точки зрения, принципом возрастания энтропии. Принимая его статистическую, вероятностную интерпретацию, Джинс, Эддингтон и другие отказывались от флуктуационной гипотезы Больцмана - подавляющее большинство физиков 30-40-х гг. считало подобные флуктуации исчезающе мало вероятными (см. напр. [20]). Изменение состояния Вселенной в сторону максимума энтропии и отождествлялось с переходом ко все более вероятным состояниям. В рассуждениях Джинса и Эддингтона была, однако, довольно существенная непоследовательность: принцип возрастания энтропии они внесли в неклассическую релятивистскую космологию в контексте классической термодинамики. И если их схема не приводила к каким-либо внутренним противоречиям, то лишь потому, что не была разработана на уровне физической гипотезы. Джинс и Эддингтон не построили каких-либо моделей, репрезентирующих термодинамические аспекты космологии. Их выводы носили качественный характер, ограничивались уровнем НКМ.

По словам Джинса „Ткань Вселенной ломается, трескается и разрушается от времени и реконструкция или реставрация ее невозможны. Второй закон термодинамики заставляет материальную Вселенную двигаться всегда в одном направлении, по одной и той же дороге, - по дороге, которая кончается только смертью и уничтожением” [21, p. 698-699]. Описание картины „умирающей” Вселенной иногда достигало у Джинса силы буквально поэтического образа. Вот пример: „В некотором отношении материальная Вселенная кажется уходящей подобно уже рассказанной сказке, растворяясь в небытии, как видение” [22, c. 142]. Рано или поздно наступит время, когда в силу неуклонного роста энтропии „последней энергии Вселенной достигнет наинизшей ступени на лестнице понижающейся полезности: в этот момент активная жизнь Вселенной прекратится” [23, р. 182].

Эддингтон, подобно Джинсу, также считал тепловую смерть Вселенной неизбежной. Электроны и протоны во Вселенной, - писал он, - должны в конечном счете взаимно аннигилировать, а их излучение превратится в электромагнитные волны. „В таком случае - заключал Эддингтон - я, наверное, могу описать конец физического мира как - одну изумительную радиопередачу” [24, p. 71]. „Человеческий контекст” этих экстраполяций был ярко раскрыт Н. Винером, который проанализировал их этический смысл: „...Вопрос о том, толковать ли второй закон термодинамики пессимистически, зависит от того значения, которое мы придаем Вселенной в целом, с одной стороны, и находящимся в ней местным островкам уменьшающейся энтропии - с другой” [25, c. 51]. Жизнь и существование человека носят „преходящий”, „мимолетный” характер. „Мы в самом прямом смысле являемся терпящими кораблекрушение пассажирами на обреченной планете. Все же даже во время кораблекрушения человеческая порядочность и человеческие ценности не обязательно исчезают, и мы должны создать их как можно больше...”. Несмотря на то, что „теория энтропии и соображения о конечной тепловой смерти Вселенной не должны иметь таких гнетущих моральных последствий, как это представляется с первого взгляда”, все же „лучшее, на что мы можем надеяться, говоря о роли прогресса во Вселенной, в целом идущей к своей гибели, так это то, что зрелище наших устремлений к прогрессу перед лицом гнетущей нас необходимости, может иметь смысл очищающего душу ужаса греческой трагедии. Однако мы живем в невосприимчивый к трагедиям век” [25, c. 52-53].

Эти высказывания Винера представляют собой характерную оценку „человеческого измерения” идеи тепловой смерти Вселенной уже на этапе неклассической науки и в изменившихся социокультурных условиях. Но как обстояло дело с ее обоснованностью в когнитивном плане?

Наблюдаемая структура Вселенной существует, с этой точки зрения, потому, что Вселенная молода и состояние тепловой смерти просто еще не успело установиться. Конечно, подобная экстраполяция не могла получить какого-либо „внешнего” оправдания. Она предсказывает события, удаленные от нас во времени во всяком случае на многие миллиарды лет в будущее, более того, заведомо возможные лишь после гибели, исчезновения человечества по мере нарастания энтропийных процессов. Последние стадии смерти Вселенной отмечал Винер „не могут иметь никаких наблюдателей” [25, c. 43]. Единственный критерий обоснованности рассматриваемой экстраполяции, может относиться лишь к сфере „внутреннего совершенства”, т.е. рассогласований в самой НКМ или между НКМ и термодинамическими моделями Вселенной. Ясно, что модель тепловой смерти Вселенной примером такого рассогласования с рассматриваемой точки зрения служить не может; по мнению Джинса и Эддингтона она свидетельствовала о крушении материализма, его онтологии. Высказываний на эту тему мы найдем у этих авторов очень много.

Но принятие принципа Клаузиуса отнюдь не было единственно возможным в концептуальных рамках релятивистской космологии. Скажем, М.П. Бронштейн, один из известных сторонников фридмановской исследовательской программы, называл вывод Клаузиуса о тепловой смерти Вселенной „глубоко антинаучным”, поскольку „для объяснения теперешнего состояния Вселенной с помощью физических законов Клаузиус должен был допустить, что в какой-то определенный момент времени (момент „сотворения мира”)” эти законы не действовали; таким образом, исходным пунктом для объяснения теперешнего состояния Вселенной является у Клаузиуса не само второе начало термодинамики, а его нарушение (хотя бы лишь в один начальный момент времени); отсюда возможно заключить, что теперешнее состояние Вселенной противоречит возможности применять второе начало термодинамики к миру как целому” [26, c. 189]. Наряду с этим „тяжелым противоречием” М.П. Бронштейн напомнил и другое (отмечавшееся многими авторами - от Больцмана до Пригожина). Статистическая физика приводит нас к следующему выводу: „Если замкнутая система подчиняется законам, симметричным по отношению к прошедшему и будущему, то история этой системы за достаточно долгий промежуток времени тоже должна быть симметричной по отношению к обеим направлениям времени”. (Это, очевидно, справедливо как для классической, так и для неклассической физики, но теряет силу в постнеклассической науке). Но „та часть истории Вселенной, которую мы знаем, не обладает симметрией по отношению к обоим направлениям времени” [26, c. 195].

М.П. Бронштейн видел три логические возможности выхода из этого противоречия:

„1. Вселенная не есть замкнутая система.

2. Вселенная есть замкнутая система, не подчиняющаяся законам симметричным по отношению к прошлому и будущему.

3. История Вселенной симметрична по отношению к прошедшему и будущему; кажущаяся асимметрия объясняется тем, что мы знаем не всю историю Вселенной, но лишь ее часть” (там же).

Первую возможность М.П. Бронштейн решительно отвергал: „под замкнутой системой мы повсюду подразумеваем систему, история которой (прошлая и будущая) не требует для своего вывода большего количества знаний, чем знание состояния системы в некоторый момент времени и знания законов управляющих состоянием системы”. Но, так как „состояние Вселенной в настоящий момент можно считать заданным, то допущение первой логической возможности означает, что история Вселенной (в частности, ее прошедшая история) определяется не только законами природы, а также и чем-то иным. На этот путь по существу встал Клаузиус, допуская в прошлом какое-то божественное вмешательство. Но так как задача теории мира как целого и заключается в том, чтобы объяснить мир... на основании законов природы, то ясно, что первая из трех перечисленных возможностей, обозначает отказ от проблемы, вместо ее решения”. Она „имеет совершенно антинаучный характер и, следовательно, должна быть отброшена” [26, c. 195-196].

На третью из перечисленных выше логических возможностей указал в свое время Больцман, концепцию которого М.П. Бронштейн самым решительным образом отвергает: „Она обладает чудовищно малой вероятностью... Поэтому и она должна быть отброшена” [26, c. 197-198].

Таким образом остается, по мнению М.П. Бронштейна, лишь вторая возможность: „Во Вселенной должны существовать, по крайней мере, отдельные области, которые подчиняются законам, ассимметричным по отношению к прошедшему и будущему”; в частности, во Вселенной должны существовать такие области, в которых второе начало термодинамики не действительно. Отсюда видно, что оно не применимо ко Вселенной в целом, раз в ней есть такие области”. Таким образом, „второе начало термодинамики не обладает абсолютным характером...” [26, c. 198]. По мнению М.П. Бронштейна, термодинамика неприменима, например, в области релятивистской квантовой теории, которая, вероятно, уже не будет обладать симметрией по отношению к прошлому и будущему. Решение проблем космологии, предсказывал М.П. Бронштейн, может быть достигнуто лишь после синтеза „единой теории электромагнетизма, тяготения и квант”. Весьма проницательно звучала в то время еще одна мысль М.П. Бронштейна: „На основе космологической теории мы должны иметь возможность вычислять ряд безразмерных величин - физических констант, от значения которых „зависит то, почему окружающий мир должен выглядеть так-то, а не иначе” [26, c. 211].

Но в цитированных высказываниях есть и уязвимые моменты. Прежде всего они повторяют ставшую традицией фактическую неточность. Клаузиус, несомненно, считал Вселенную замкнутой системой, но ни о каком божественном вмешательстве он не говорил ни слова. Далее, учет гравитационного поля даже в линейной термодинамике может (при некоторых дополнительных предположениях) существенно изменить расчеты вероятности флуктуации по Больцману - тем более, что в соответствии с антропным принципом дело не только в вероятности самого процесса флуктуации, но и в вероятности наличия наблюдателей такой флуктуации. Еще одно замечание вытекает из современной теории самоорганизации, нелинейной термодинамики. При той интерпретации, которую принцип возрастания энтропии получает у И. Пригожина, он оказывается - вопреки мнению М.П. Бронштейна, - асимметричным по отношению к изменению знака времени. Отсюда следует, что Вселенная как целое действительно подчиняется законам, „асимметричным по отношению к прошедшему и будущему”. Но происходит это в соответствии со вторым началом термодинамики, а не в противоречии с ним.

Наконец, в том же 1934 г., когда была опубликована работа М.П. Бронштейна, Р. Толмен показал, что в неклассической физике проблема Вселенной как замкнутой системы выступает совершенно иначе, чем в физике Ньютона. Выяснилось, что гравитационное поле не может быть включено в состав замкнутой системы, а это качественно меняет конечный результат [27].

Толмен разработал релятивистскую термодинамику, применение которой привело к крупному сдвигу в решении рассматриваемого круга проблем. Толмен исходил из того же понимания Вселенной как целого, которое было у Джинса и Эддингтона, а также из применимости принципа возрастания энтропии к этому объекту. Он показал, однако, что и при этих предположениях идея тепловой смерти Вселенной отнюдь не вытекает с неизбежностью из принятых допущений. Применение в космологии релятивистской термодинамики связано с отказом от понимания Вселенной как замкнутой системы и при ее единственности, уникальности. Рост энтропии Вселенной, даже для слабо неравновесной, т.е. линейной термодинамики, должен рассматриваться с учетом гравитационного поля, которое не может быть включено в понятие замкнутой системы. В этом случае понятие максимума энтропии неприменимо. Необратимая эволюция Вселенной, включая образование в ней сложных структур, будет продолжаться неограниченно. Тепловая смерть Вселенной не наступит никогда. Иными словами, термодинамический парадокс в модели Толмена, снимается и без отказа от „абсолютизации” принципа возрастания энтропии, т.е. признания его универсальности.

Интересно отметить, что это решение идет как раз в том направлении, которое было угадано К.Э. Циолковским,стоявшим в интерпретации принципа возрастания энтропии на альтернативных позициях. Оставаясь до конца своих дней в рамках дорелятивистских идей, он, тем не менее, именно тяготению отводил главную роль в преодолении призрака тепловой смерти.

Модель Толмена, многими сначала почти не замеченная, стала интенсивно разрабатываться в 50-е - 60-е годы (см., например, [28]). В частности, с ее помощью удалось решить принципиально новую задачу - „перекинуть мост” между термодинамической эволюцией нашей Вселенной как целого и эволюционными процессами во Вселенной - сменой различных „эр” ( последовательным исчезновением в ней вследствие роста энтропии, планетных систем, звезд, галактик, черных дыр разной массы). Конечной стадией эволюции модели монотонно расширяющейся Вселенной будет аннигиляция электронно-позитронных пар, превращение их в гамма-кванты. В модели осциллирующей Вселенной число циклов оказывается конечным, а их периоды увеличиваются - опять-таки в силу роста энтропии. Таким образом, фактически термодинамический парадокс в модели Толмена не снимается, а лишь приобретает иную форму.

В связи с постановкой проблемы термодинамики Вселенной в рамках неклассической физики в 30-50-е гг. получили распространение „гибридные” схемы, в которых для устранения термодинамического парадокса образы Вселенной Ньютона и Вселенной Фридмана так или иначе синтезировались. Разработка такого подхода была в сильнейшей степени обусловлена публикацией „Диалектики природы” Ф. Энгельса (1925): содержавшиеся в ней записи „для себя” идеологизированная наука немедленно превратила в непререкаемые догмы, своего рода словесные заклинания.

Это и привело к появлению нескольких вариантов термодинамических моделей Вселенной, авторы которых с точки зрения нового уровня физической науки рассматривали теоретически мыслимые способы преодоления термодинамического парадокса для бесконечной Вселенной. Вселенная Фридмана в этих моделях представлялась либо флуктуирующей областью Вселенной Ньютона-Больцмана (дань релятивизму заключалась в учете энергии гравитационного поля при выяснении вероятности флуктаций) или „частицей” в теоретико-множественной модели Вселенной и т.п. Естественно, любая подобная Вселенная, в которой термодинамический парадокс отсутствует, - это некоторый абстрактный объект, сконструированный средствами теоретической физики, а гибридные модели должны рассматриваться как гипотезы о существовании таких объектов. Вселенная как целое выступает в этих моделях физической системой, отождествляемой с целостным аспектом материального мира и в том или ином смысле бесконечной (в пространстве - времени).

Что касается проблемы направленности термодинамических процессов во Вселенной, их связи с эволюцией Вселенной как целого, то „гибридные” модели воспроизводят своими концептуальными средствами большинство идей или моделей, уже предложенных ранее:

1) модели, в которых постоянный рост энтропии не приводит к тепловой смерти (т.е. некоторый нерелятивистский аналог модели Толмена) были выдвинуты К.П. Станюковичем и И.Р. Плоткиным;

2) аналог флуктуационной модели Больцмана, интенсивно разрабатывавшийся Я.П. Терлецким;

3) термодинамические модели Вселенной, реализующие в какой-либо форме идею „круговорота материи” во Вселенной.

Большой резонанс (и многократное цитирование) вызвала в 50-е годы сейчас почти забытая дискуссия по проблемам термодинамики Вселенной между К.П. Станюковичем и И.Р. Плоткиным. Обе они, как отметил Ф.А. Цицин [29], рассматривают статистико-термодинамические свойства модели Вселенной, сходной с Вселенной Больцмана, т.е. совпадают в отношении исследуемого объекта. Кроме того, оба считали, что проблемы термодинамики Вселенной могут анализироваться и независимо от ОТО, которая не вложила в закон возрастания энтропии нового содержания.

Все же между их моделями есть и одно существенное различие: для И.Р.Плоткина исходной являлась модель „однородной” Вселенной, состоящей из „частиц” одного класса, тогда как наиболее принципиальный момент в модели К.П. Станюковича - бесконечная иерархия структур во Вселенной. Оба автора, однако, склонны были забывать, что обсуждаются именно свойства определенной модели: они онтологизировали свои выводы, говоря просто о Вселенной. Вот, например, одно из характерных высказываний И.Р.Плоткина: „...даже, если бы Вселенная состояла из идеального газа, то и тогда „тепловая смерть была бы для нее невозможна” и т.п. [30, c. 230]. Но такая подмена в языке науки модели реальным объектом - а это вполне обычно для естествоиспытателя, - может приводить к видимости решения тем, где его на самом деле нет. И тогда опять выступают на первый план социально-психологические сюжеты: с одной - страстное желание иметь хотя бы „успокаивающую” иллюзию устранения термодинамического парадокса, с другой - некая термодинамическая модель, в которой этот парадокс, возможно, устраняется, сопоставление же ее с наблюдаемыми свойствами реальной Вселенной достаточно корректно провести нельзя. В сущности перед нами - всего лишь новые образцы „научной мифологии”. Они, конечно, способны дать кратковременный выход, казалось бы, смягчив мировоззренческие затруднения. Полемика вокруг этих моделей обычно обнаруживает в них уязвимые моменты, и они, в свою очередь, сменяются новыми, но также не решающими поставленной проблемы. Эти черты научного познания характерны для большинства схем и моделей, имеющих своей целью устранение термодинамического перекоса в космологии - в частности, и для всех „гибридных” моделей.

Как считал И.Р. Плоткин, система, состоящая из бесконечного числа „частиц” (хотя бы и одного класса) вообще не имеет никакого состояния равновесия. Это значит, по его мнению, что для бесконечной Вселенной все состояния равновероятны. Для такой системы понятия энтропии, а значит, и закон возрастания энтропии лишены смысла. В отличие от систем с конечным числом частиц процессы в ней не имеют характера „топтания на месте”, с возвращением системы к одному и тому же состоянию равновесия, как это допускалось в модели Больцмана. Вместо закона возрастания энтропии и тепловой смерти для такой системы следует из статистической физики „некий закон неизмеримых возможностей и постоянного развития” [30, c. 232]. Даже за бесконечное время может быть осуществлена лишь часть принципиально возможных состояний Вселенной. Идею тепловой смерти И.Р. Плоткин называл в полемическом преувеличении „явно ложной”, несмотря на то, что веских аргументов в пользу столь решительного утверждения ему привести не удалось.

Согласно К.П. Станюковичу, предположение, что Вселенная состоит из „частиц” одного класса (например, молекул), является „основным пороком применения классической статистики к бесконечной Вселенной”, что, по его мнению, „совершенно неправдоподобно” [31, c. 294]. К.П. Станюкович принимает диаметрально противоположную идею: во Вселенной всегда находится счетное множество классов различных „частиц” (фотонов, молекул, звезд, систем звезд и т.д.); это многообразие обусловлено взаимодействием вещества с порожденными им полями. При этом предположении, как считал К.П. Станюкович, „взаимодействия частиц более высокого класса выводят из состояния равновесия частицы низших классов. А поскольку порядок класса ничем не ограничен, то можно утверждать, что частицы разных классов всегда находятся в неравновесном состоянии и что поэтому вся Вселенная всегда находится в неравновесном состоянии” [31, c. 296]. На основе этих, введенных явно ad hoc допущений, К.П. Станюкович приходил к тому же самому выводу, который был примерно в то же время сформулирован И.Р. Плоткиным для модели структурно „однородной” Вселенной и выражен сходными словами. Возрастание энтропии в видимой части Вселенной - не фактор, свидетельствующий о стремлении Вселенной к состоянию равновесия, а следствие поступательного развития материи, когда одни формы и качества материи „отживают” и им на смену „возникают” новые. Множество форм существования и качеств материи в процессе ее развития неисчерпаемо” [31, c. 296]. К.П. Станюкович не преминул попутно высказать ряд эмоциональных замечаний и по поводу модели И.Р. Плоткина, „навязывавшей”, по его словам, природе единообразие частиц одного класса. Но, очевидно, никакая научная гипотеза или модель не обходится без „навязывания” системе знания о природе тех или иных предположений. Не обошелся без них и К.П. Станюкович, принявший для Вселенной (в качестве постулата, по его собственному выражению) схему бесконечной структурной иерархии - совершенно в духе классической физики. Но, во-первых, соответствует ли такой постулат, возрождающий один из принципов НКМ классической физики, современным знаниям о Вселенной? Во-вторых, спасет ли он Вселенную от тепловой смерти? Физика элементарных частиц уверенно подсказывает отрицательный ответ на первый вопрос, если подразумевается существование бесконечной иерархии структур „вглубь” материи. Что же касается крупномасштабной структуры Вселенной, то и здесь простые иерархические модели едва ли достаточно адекватны. Далее, как показал, анализируя ответ на второй вопрос, Ф.А. Цицин, в обсуждаемой модели „мы выставляем „тепловую смерть” в дверь, но в окно лезет нечто еще более неприятное” [32, c. 227]. В частности, при возрастании полной энтропии взаимодействующих „частиц” разных классов в ограниченных объемах должны происходить процессы уменьшения энтропии, но средние промежутки времени между этими минимумами будут постепенно увеличиваться. На каком-то этапе эволюции они превзойдут в модели Станюковича среднее время флуктуации в гипотезе Л. Больцмана. Итак, ни модель И.Р. Плоткина, ни модель К.П. Станюковича, несмотря на выраженные их авторами претензии, не смогли превзойти по степени „внутреннего совершенства” флуктуационную гипотезу Больцмана.

Но наряду с изложенными попытками „преодоления” гипотезы Больцмана разрабатывались и модернизированные варианты самой этой гипотезы. Наиболее известный из них принадлежит Я.П. Терлецкому [33]. По мнению этого автора, статистическая физика и термодинамика были сформулированы для систем земных масштабов и для того, чтобы „они были применимы к произвольным космическим системам”, эти законы необходимо обобщить. Надо учитывать следующие специфические особенности космических систем: 1) неограниченность; 2) собственное гравитационное поле; 3) релятивистские эффекты кривизны пространства-времени (для очень больших систем) и некоторые другие. Наиболее принципиальное осложнение вносит вторая из этих особенностей. Она приводит, как считал автор, к следствиям, которые можно рассматривать как „оправдание флуктуационной гипотезы Больцмана, отбрасывающее обычное возражение о вероятности подобных флуктуаций” [32, c. 214]. Отличительная черта этой модели: большие флуктуации оказываются возможными только в достаточно больших объемах пространства, тогда как в малых (но все же макроскопических объемах) большие флуктуации исключены. Например, для систем масштаба Метагалактики вероятности больших флуктуаций могут быть близки к единице. Любой достаточно протяженный объем Вселенной находится в неравновесном состоянии - энтропия в нем может как расти, так и уменьшаться. Если принять модель неограниченной Вселенной с законом тяготения, обеспечивающим существование термодинамического равновесия (иными словами, тот или иной вариант Вселенной Ньютона), то „процесс круговорота материи можно представлять в виде гигантских флуктуаций сжатия и последующего разрежения” [33, c. 217]. Проблема влияния на эти процессы релятивистских эффектов Я.П. Терлецким не рассматривается - он ссылался на то, что частично она была исследована Толменом. Вариант флуктуационной модели, выдвинутый Я.П. Терлецким, вызвал положительную оценку со стороны А. Поликарова [13], другие же авторы отнеслись к нему довольно критически (см.: [29]).

Анализируя рассматриваемый подход к разрешению термодинамического парадокса на основе критерия „внешнего оправдания” или „внутреннего совершенства”, мы встречаемся во всех случаях с немалыми затруднениями, фактически наталкиваясь на невозможность применить названные критерии в том виде, как это обычно принято.

Возьмем критерий внешнего оправдания. Нечего и говорить, что ни одна из „гибридных” моделей не предсказала каких-либо специфических только для нее явлений. Но согласимся, учитывая масштабы и сложность проблемы, „ослабить” критерий эмпирического подтверждения и удовольствуемся только согласием следствий той или иной модели с уже давно известными фактами - пусть только оно будет более или менее, так сказать, „естественным”. Увы, и тогда нам не миновать не очень приятных „сюрпризов”. Выясняется, что ни одна из моделей не предполагает сравнения с каким-либо иным фактом, кроме наблюдаемой неравновесности Вселенной. Во всяком случае, никаких специфических наблюдательных „тестов” для подтверждения своей модели или выбора между конкурирующими моделями ни один из авторов не предложил, полемика между ними велась в гораздо более общем плане. Обсуждался вопрос: способна ли модель Плоткина (Станюковича, Терлецкого) обеспечить „вечную юность” Вселенной как абстрактного объекта (конструкта), на описание свойств которого она претендовала. И каждый раз оказывалось, что уже при анализе внутренней организации системы абстрактных объектов в каждой из этих моделей могут быть отмечены несообразности, не позволявшие считать ее объяснением наблюдаемого факта - резкой неравновесности Вселенной и образующих ее систем. Именно таким образом велась полемика как между самими авторами „гибридных” моделей, так и критиками „со стороны”.

Но можно ли сказать, что тем самым речь шла о „внутреннем совершенстве” моделей рассматриваемого типа? Нет, - разве что в очень условном смысле. Критерий „внутреннего совершенства” едва ли уместно применять к моделям, схемам, построенным, как отмечалось, из фрагментов классической и неклассической науки - с явным преобладанием фрагментов первого типа и представляющим собой сочетание абстрактных объектов дорелятивистской (главным образом) и релятивистской (отчасти) науки. В этих условиях не может не показаться поразительным, что автор каждой из „гибридных” моделей считал, что она решает поставленную проблему парадокса для реальной Вселенной. На самом же деле ни одна из них - несмотря на достаточно произвольные гипотезы ad hoc, так и не смогла справиться с термодинамическим парадоксом: для всех этих моделей он оказался слишком твердым орешком. Задача - превзойти флуктуационную гипотезу Больцмана - так и осталась нерешенной. Следует оговориться, что подобная ситуация для астрономии, а тем более космологии - не только не редкость, а напротив, нечто очень характерное в условиях невозможности эксперимента. Для многих авторов „гибридных” моделей, как и для тех, кто разделял их эпистемологические позиции, уверенность в успехе, несомненно, была сильно стимулирована мировоззренческими мотивами. В условиях „идеологизированной науки” они играли роль главную и часто самодостаточную. Считалось: раз тепловой смерти нет в модели Вселенной (что, как мы видели, совершенно неверно) - значит, ее нет и в природе, образ „вечно юной” Вселенной спасен! Гипотезы о существовании соответствующих объектов без необходимого в таких случаях доказательства превращались в научные истины. Некоторые философы с удовлетворением оценивали их как реализацию принципа развития в космологии. Но при ретроспективном взгляде некоторая наивность таких рассуждений слишком бьет в глаза.

назад содержание далее




ПОИСК:




© FILOSOF.HISTORIC.RU 2001–2021
Все права на тексты книг принадлежат их авторам!

При копировании страниц проекта обязательно ставить ссылку:
'Электронная библиотека по философии - http://filosof.historic.ru'
Сайт создан при помощи Богданова В.В. (ТТИ ЮФУ в г.Таганроге)


Поможем с курсовой, контрольной, дипломной
1500+ квалифицированных специалистов готовы вам помочь