Современная космология: философские горизонты

и от подхода В.А. Фока, хотя с внешней стороны может показаться, что оба подхода мало различаются между собой. В.А. Фок, оперируя с уравнениями Гильберта-Эйнштейна, пытался выделить для их решения привилегированную систему отсчёта, которую он называл гармоническими координатами. Это такая система отсчёта, которая определяется с точностью до преобразований Лоренца. Гармоническим координатам отводится место на бесконечности. Это краевое условие означает, что на бесконечно удалённых частях пространства множество ковариантных систем отсчёта сводятся к единой системе. Логунов соглашается с Фоком в том отношении, что краевые и начальные условия в ОТО имеют столь же важное значение, как и сами уравнения, которые не могут быть решены, если такие условия не указаны. Но гармонические координаты, как выяснилось, не могут служить краевым условием во всех случаях. В частности, теоретические предсказания ОТО, взятой в гармонических координатах, не совпадают с её предсказаниями, полученными в шварцшильдовской метрике. И не только.

«Неодинаковые предсказания ОТО в указанных метриках (шварцшильдовской и гармонической. — Л.A.) получаются и для времени обращения спутника вокруг сферически симметричного тела, как, впрочем, и для всех иных гравитационных эффектов»[153].

Мы неслучайно обращаем внимание на пример с гармоническими координатами, работая с которыми, в одних случаях можно получить правильные результаты, в других — неправильные. Дело в том, как показывает автор РТГ, что в зависимости от выбора исходных координатных условий в теории гравитации меняется метрический тензор. Следовательно, меняется сам строй теории и все связанные с ней предсказания. В общей теории относительности никаких ограничений на выбор координатных условий не накладывается, поэтому она как бы распадается на ряд разных теорий, выбор каждой из которых совершается ad hoc. Логунов это убедительно показывает и, в конечном счёте, делает следующее резюме: «Поскольку <…> в ОТО разным координатным условиям соответствуют разные метрические тензоры (в заданной системе координат, т. е. при заданной арифметизации пространства), а на выбор координатных условий никаких ограничений нет, то в силу сказанного выше, как бы ни высказывались на этот счёт «эксперты» ОТО, можно утверждать, что ОТО в принципе не способна давать определённых предсказаний о гравитационных эффектах, в чём состоит ещё один её принципиальный недостаток»[154].

Создаётся впечатление, добавим мы со своей стороны, что то или иное решение уравнений Гильберта-Эйнштейна в рамках ОТО подгоняется под тот или иной заранее известный гравитационный эффект. Часто считают, что ОТО предсказала существование чёрных дыр, но гипотезу о существовании астрофизических объектов, обладающих существенными свойствами чёрных дыр, выдвинул ещё в 1796 году П.С. Лаплас. Руководствуясь законом всемирного тяготения, он пришёл к выводу, что звезда с плотностью вещества, равной плотности Земли и диаметром в 250 раз больше диаметра Солнца, будет характеризоваться столь высокой параболической скоростью, что она превзойдёт скорость распространения света. (Параболической скоростью в данном случае называется минимальная скорость, необходимая для того, чтобы преодолеть гравитационное поле определённого объекта и оторваться от него). Поэтому ни один световой луч не покинет её, и она будет невидимой для наблюдателя. Подобный вывод был сделан современником Лапласа английским геологом Дж. Мичеллом в 1783 году, но его труды менее известны. Стоит обратить внимание на лапласовское представление о наличии сверхсветовых явлений, соотносимых с «невидимыми звёздами».

Для описания чёрной дыры средствами ОТО пришлось использовать метрический тензор, связанный со сферической системой отсчёта координат, начало которой расположено в центре тяжёлого коллапсирующего тела. И совсем уж экзотической, хотя вполне правомерной, представляется космологическая модель вращающейся Вселенной, полученная при решении уравнений Гильберта- Эйнштейна К. Гёделем¹. Эта модель имеет ту особенность, что в ней четырёхмерное пространственно-временное многообразие не распадается однозначно на пространство и время, т. е. пространственные координаты не ортогональны к мировым линиям движения (к временной координате). Метрический тензор и квадрат пространственно-временного интервала представлены так, что отдельные слагаемые ds² суть произведения дифференциальных отрезков времени и пространственной протяжённости. Однако и эта модель имеет, с математической точки зрения, такое же право на существование, как и, скажем, модель А.А. Фридмана расширяющейся Вселенной.

Но как же в таком случае можно сделать однозначный выбор космологической модели Вселенной в рамках ОТО? В отличие от ОТО, РТГ Логунова не страдает такой неоднозначностью.

Сторонники ОТО, знакомые с РТГ, единодушно отмечают, что все предсказываемые ею эффекты в масштабах Солнечной системы совпадают с предсказаниями, получаемыми средствами ОТО. Критика РТГ ведётся как раз по части её космологических следствий, которые радикально отличаются от картины, рисуемой средствами ОТО. Речь идёт, в первую очередь, о разных способах объяснения фактора красного смещения. Напомним, что собой представляет данный фактор.

Как известно, к красному смещению приводят два механизма: эффект Доплера и эффект гравитационный. Красное смещение, обусловленное первым эффектом, возникает в том случае, когда движение источника света относительно наблюдателя приводит к увеличению расстояния между источником и наблюдателем. Гравитационное красное смещение возникает тогда, когда приёмник света находится в области с меньшим гравитационным потенциалом, чем источник. В таком случае красное смещение является следствием замедления темпа времени вблизи гравитирующей массы и уменьшения частоты испускаемых квантов света.

В астрофизике и космологии красное смещение обычно соотносят, как уже было сказано выше, с эмпирическим законом Хаббла. При наблюдении спектров удалённых галактик и их скоплений оказалось, что величина красного смещения увеличивается с увеличением расстояния до удалённого объекта. Обычно принято полагать, что чем дальше находится объект от наблюдателя (естественно здесь учитываются огромные космические расстояния), тем с большей скоростью он удаляется от нас. Закон Хаббла выражается в численном виде формулой, в которой скорость удаляющегося объекта равна расстоянию до него, умноженному на коэффициент, называемый константой Хаббла. В общей теории относительности, в том варианте решения её уравнений, который дан A.A. Фридманом, удаление скоплений галактик друг от друга объясняется расширением Вселенной. На этом решении, собственно говоря, и строится модель Вселенной, которая получила широкое признание. Считается, что нынешнее состояние Вселенной есть результат её последовательного расширения после Большого взрыва из некоторого сингулярного состояния. (Обычно принимают модель горячей Вселенной, которая охлаждается по мере расширения).

Далеко не так выглядит космологический сценарий в РТГ Логунова. В этой теории, как говорится в аннотации, касающейся космологии, открылось новое свойство не только замедлять действием гравитации ход времени, но и останавливать процесс замедления, а, следовательно, процесс сжатия вещества. Возникает явление «самоограничения» гравитационного поля, которое играет важную роль во Вселенной. Согласно РТГ, однородная и изотропная Вселенная может быть только «плоской» и развивается циклически от некоторой максимальной плотности до минимальной и т. д. При этом теория устраняет известные проблемы ОТО: сингулярности, причинности (горизонта), плоскостности (евклидовости). Эффект «самоограничения» поля исключает также возможность образования «чёрных дыр». Из теории следует существование «тёмной» материи.

Познакомимся теперь с проблемой логического и эмпирического оправданий ОТО и РТГ в плане исключительно космологических следствий этих теорий.

§ 3. Проблема логического и эмпирического оправданий ОТО и РТГ

В качестве космологического следствия ОТО рассматривают обычно фридмановскую модель Вселенной. Для её получения необходимо взять в правой части уравнений Эйнштейна такой тензор энергии-импульса-материи, в котором все его компоненты, за исключением компоненты временной, равны нулю. Приравнивание нулю тензорных компонент оправдывается предположением, согласно которому локально частицы материи покоятся относительно друг друга. При этом допускается пренебрежение и теми слагаемыми тензорных компонент, которые отображают натяжения между частицами материи. Всего этого, однако, недостаточно, чтобы получить модель расширяющейся Вселенной. Надо ещё сделать выбор глобальных координатных условий. Такой выбор даётся так называемым