Дискуссии о метрике мироздания

Вопрос об эволюции Вселенной тесно связан с представлениями о метрике мироздания, т.е. о природе и свойствах пространства и времени в нашей Вселенной. В космологии Ньютона предполагалось, что пространство и время не зависят о вещества, повсюду эвклидовы, однородны и анизотропны. Согласно общей теории относительности, свойства пространства-времени задаются силами гравитации и зависят от массы и движения вещества в данной области. Иначе говоря, метрика мироздания определяется объективно. Поэтому она носит, вообще говоря, неэвклидов характер (хотя на удалении от крупных тяготеющих масс может рассматриваться практически как эвклидова).

Как мы уже знаем, Ньютон предполагал дальнодействие гравитации. Релятивистская теория тяготения в принципе безразлична к дальнодействию или близкодействию. Тем не менее, сам Эйнштейн формулировал ОТО в предположении, что тяготение распространяется со скоростью света. Некоторые авторы полагают, что без этого ограничения не удалось бы устранить противоречия ньютоновской теории тяготения. Кроме того, при допущении скорости распространения гравитации больше С оказывалось, что в некоторых областях гравитационного поля скорость движения вещества может быть тоже больше скорости света, что запрещено выводами СТО.

Сам Эйнштейн отмечал, что электромагнитные поля, в отличие от гравитационных, "не выражают структурные свойства пространственно-временного континуума". Но если гравитация – близкодействующее поле, то оно, подобно другим полям, должно бы перемещаться в уже готовом пространстве. Но странно допускать, что некое поле готовит себе пространство до того, как само в нем перемещается. Значит, у "близкодействующей" гравитации не может быть привилегии на формирование метрики пространства. Поэтому ряд космологов отвергают эйнштейновское понимание метрики Вселенной.

Здесь особенно показательна т.н. релятивистская теория гравитации (сокращенно РТГ), разработанная акад. А.А. Логуновым (в прошлом – ректор Московского гос. ун-та). Согласно РТГ, выбор метрики при описании Вселенной имеет субъективный, условный характер. Можно пользоваться и представлениями Эйнштейна, но естественней принять наиболее простую, квазиэвклидову метрику (т.е. эвклидову с учетом взаимосвязи пространства и времени по Минковскому). А силы гравитации, согласно РТГ, просто накладываются на данную метрику, как при рассмотрении других близкодействующих полей. Эту идею высказал еще А. Пуанкаре, причем в тесной связи со своим принципом конвенциализма (в работе "Наука и гипотеза", 1904). Он считал, что опыты по измерению пространства на самом деле относятся не к пространству, а к телам, а само пространство не имеет объективной метрики.

РТГ претендует, как видим, на более понятное и единообразное описание поведения тел в силовых полях. Но в конечном счете она усложняет картину мироздания, к тому же не дает принципиально новых предсказаний сравнительно с ОТО и содержит некоторые сомнительные моменты. В философском плане идея локальности гравитации ведет к еще более странным выводам. Если все силы в природе близкодействующие и ни одна из них не отвечает за метрику бытия, то естественно заключить, что сама метрика определяется не в масштабе Вселенной, а локально. Другими словами, пространство и время должны формироваться отношениями внутри каждой системы взаимодействующих тел. Отсюда вывод, что существуют, якобы, нефизические формы пространства и времени: особые химические, биологические, психологические, социальные, а также и более частные метрики.

Сторонники этой философски-релятивистской теории порой ссылаются на релятивистскую физику, однако последняя признает не качественную, а лишь чисто количественную (геометрическую) зависимость пространства и времени от вещества, и притом – только от количественных, а не качественных свойств самого вещества (размера его массы и скорости движения). Теория "нефизической метрики" часто спекулирует на нерешенных проблемах науки (напр., проблема неравновесности хиральных форм вещества в живой природе). Но ее фактическая база сводится к чисто субъективным доводам, напр. – что время “тянется”, когда нам скучно, и “бежит”, когда нам весело. Подобные аргументы не убеждают науку, зато такие воззрения хорошо вписываются в субъективистскую идеологию, – которая, как мы уже знаем, находила свои корни в неклассической науке и продолжает находить их в современном состоянии общества. Видимо, по этой причине спор между РТГ и ОТО волнует необычайно широкую аудиторию и является, в частности, одной из постоянных тем в физических телеконференциях USENET.

В последние десятилетия наука приносит новые аргументы в пользу исходного эйнштейновского понимания метрики Вселенной. Открытие в космосе “черных областей” (см. выше) эмпирически подтвердило вывод ОТО об образовании вещества из энергии гравитации, который многим космологам казался слишком смелым. Возникая из флуктуаций вакуума, сила тяготения как бы "вытягивает" из него вещество, из которого далее строит галактики. В "пузырьках вакуума" и “черных областях” еще почти нет вещества, но есть сильное гравитационное поле; зато в "черных дырах" уже нет вещества, но остается сверхсильное гравитационное поле. А недавно показано (Л.И. Харбедия, 1994), что можно обойтись без предположения о близкодействии гравитации, если разрешить, в определенных случаях, взаимное превращение оси времени и одной из осей пространства (что в принципе допускается теорией относительности).

Но чтобы избавиться от странных субъективистских теорий типа РТГ и "нефизической метрики", видимо, следует признать дальнодействие гравитации. Однако этот вопрос требует более подробного обсуждения существа гравитации и затрагивает проблему единства сил природы. К нему обратимся вновь в начале следующей темы курса.