Формы темной материи и глобальная эволюция

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Формы темной материи и глобальная эволюция

Урсул Аркадий Дмитриевич

Вводные замечания

Философия в самых различных ее формах всегда стремилась исследовать мироздание в его целостности и на различных уровнях, выявить в нем наиболее фундаментальные и предельные первоначала и основания бытия. В древности именно философия в форме натурфилософии пыталась проникнуть в тайны природы, выявить в ней вечное и преходящее, устойчивое и изменчивое, универсальное и особенное. Философия вначале как натурфилософия породила и ряд ответвлений поиска, которые концентрировали внимание на специальных аспектах мироздания, выявлении сущностных связей в конкретной предметной области (астрономия, математика, медицина и т.д.).

И если во времена натурфилософии акцентировалось внимание на выявлении оснований и первоначал мироздания, то постепенно с развитием частных наук и специальных дисциплин интерес к этим вопросам стал утрачиваться. Сменившие натурфилософский подход философские вопросы естествознания, а в дальнейшем и философия науки сфокусировали свое внимание на философско-методологическом анализе отдельных наук и актуальных проблем, на логических и эпистемологических аспектах взаимоотношений философии и науки. Но далеко не все науки и проблемы одинаково интересовали философию, а в основном те, где происходило влияние на приращение философского знания, которое наиболее существенно способствовало решению проблем, уже поставленных философией и влияющих на осознание первоначал и оснований мироздания. И это легко видеть, в частности, по учебным пособиям, которые, сильно отставая от переднего края науки, излагают относительно далекое прошлое влияние науки на философию, ее понятийный аппарат, на научную картину мира, которую, как отмечалось выше, следуя привычным штампам, называют современной научной картиной мира (хотя она отстает от переднего фронта научного поиска на многие десятилетия).

Между тем роль философских исследований науки в перспективе может и должна измениться. Они должны быть нацелены не только на описание и объяснение уже твердо установившихся и тем самым «прошлых» знаний, но и на поиск будущих решений фундаментальных проблем науки совместно с естествоиспытателями и другими учеными. Будущая философия должна более активно осваивать будущее и в этом смысле включаться в процесс футуризации всей науки и культуры в целом.

Однако время, когда философия в форме натурфилософии задавала тон познающему мышлению, и формировала образ «онтологического каркаса» мироздания, ушло в прошлое. Сейчас доминирующим оказался ток знаний от науки (частных и других наук) к философии. И, пытаясь осмысливать новейший научный материал, философия пока не торопится осваивать новые научные территории поиска, причем некоторые из уже полученных новых научных результатов противоречат тому, что уже вошло в ныне используемые учебники по философии. Это особенно очевидно на примере ряда космологических и астрофизических открытий, существенно влияющих как на современную научную картину мира, так и на понимание ряда основных научных и философских категорий.

В последнее время произошли научные открытия и появились концепции, которые позволяют по-новому взглянуть на процесс эволюции и, в частности, глобальной эволюции. Расширение наших представлений на проблему эволюции Вселенной и во Вселенной и принципиально новое видение глобальной эволюции в значительной степени было вызвано открытием новой и загадочной субстанции, которая является новой, ранее неизвестной формой материи, которую именуют темной энергией. Американские физики Сол Перлмуттер, Адам Рисс и Брайан Шмидт за "открытие возрастания скорости расширения Вселенной" 2011 г. получили Нобелевскую премию по физике. На мой взгляд, это открытие - не просто научная инновация, которая добавляют «очередной кирпич» знаний в уже почти построенное здание науки. Время от времени появляются и такие фундаментальные открытия, которые, если и не рушат это «здание», то свидетельствуют о том, что все полученное человеческим познанием - это лишь «флигелек», небольшая пристройка к новому грандиозному проекту здания будущей науки. Это относится к уже упомянутой выше темной энергии и другим формам материи, которые составляют темные миры, или «темную сторону» нашего мироздания [1, 2].

До открытия темной энергии (занимающей около 75% материального «наполнения» мироздания - плотности энергии) к темной материи уже относили так называемое «скрытое вещество», или, как теперь чаще называют, темную массу, которая тоже не излучает (ее изучают уже более 70-ти лет) [3]. Эта вторая темная форма материи занимает еще около пятой части массы (энергии) Вселенной: «По совокупности различных наблюдений к настоящему времени установлена доля каждого космического компонента в общем энергетическом балансе современной Вселенной. Эти компоненты сейчас называют видами космической энергии. На долю тёмной энергии приходится примерно 75 % всей энергии мира; на долю тёмной материи - 20 %, на долю обычного вещества (его принято называть барионами) - около 5 %; на долю излучения - меньше 0,1%. Таков рецепт «энергетической смеси», заполняющей современную Вселенную» [4].

Получается, что вся современная наука «в энергетическом объеме» Вселенной построена всего лишь на нескольких процентах от всего материального содержания Вселенной.

К сожалению, в уже изданной литературе (исключая, конечно, работы специалистов по этой проблеме) нам представляют (особенно в учебных заведениях) изрядно устаревшую картину мира, которую, опять-таки, следуя стереотипам прошлого века, называют современной научной картиной мира. Научная картина мира в ее наиболее общем виде должна давать системно-целостный образ неживой и живой природы, человека и человечества, полученный на основе синтеза и обобщения всего научного знания. Со второй половины XX в. общенаучная картина мира начинает базироваться и развиваться на базе идей универсального (глобального) эволюционизма [5, с. 35; 6; 7], что свидетельствует о системном воздействии общенаучных форм и средств познания (системного подхода, синергетики, кибернетики, информатики и т.д.). Но время от времени та или иная наука (дисциплина или проблема) неожиданно вносит вклад, который оказывается весьма кардинальным для понимания мироздания и роли в нем человека и человечества.

Итак, подробнее рассмотрим, какой «сюрприз» нам преподнесла наука, прежде всего космология и астрофизика в различных формах темной материи и как эти субстанции могут повлиять на изменение научной картины мироздания уже в ближайшие годы и десятилетия.

Фундаментальные формы существования материи

Прошло всего десять лет с тех пор, как была обнаружена загадочная субстанция - темная энергия и активно начался поиск наблюдательных подтверждений ее существования. Сейчас считается, что проблема темной энергии является одной из наиболее таинственных загадок мироздания и кардинальных проблем современной науки. Эта необычная форма бытия космической материи пока что слабо вписывается в созданную в последнее время «вещественно-эволюционную» научную картину мироздания и еще мало исследована в связи с весьма актуальной сейчас проблемой глобальной эволюции во Вселенной.

Это дало повод В.В. Казютинскому обратить внимание на то, что в процессе изучения «универсальной эволюции (или универсальной истории) почему-то далеко не всегда включают «темную материю», которая составляет подавляющую часть массы Вселенной» [8, с. 21]. И хотя здесь не уточняется, какая форма «темной составляющей» нашей минивселенной имеется в виду, можно считать, что эта мысль в значительной степени относится ко всем далее рассматриваемым темным формам существования материи.

В научной литературе еще не установилось общепринятых наименований темных форм материи и далее я попытаюсь расставить их по «понятийным полочкам» для того, чтобы представления о темной стороне Вселенной были бы более четкими и понятными не только специалистам в области космологии. В дискуссионно-гипотетической форме (а в иной форме космология, да и наука в целом не развивается) будет проанализировано, какие существенные концептуальные инновации при рассмотрении невидимых (в смысле - темных) форм материи могут быть внесены в концепцию глобальной эволюции материи и в общенаучную картину мира [2, 9-13].

В свете обсуждаемой здесь фундаментальной космологической проблемы новых форм бытия материи создается впечатление, что это бытие связано не столько с движением и развитием, сколько главным образом с самосохранением как покоем и стабильностью всех форм материи. Представляется, что в ходе своей не только эволюции и самоорганизации, но и во вновь открытых - темных формах материя «борется» за свое стабильное существование, создавая для этого принципиально различные возможности, формы и, если можно так выразиться, «способы» своего бытия, принципиально отличные от движения и эволюции обычного вещества. Может быть, основная составляющая этого бытия и есть «борьба» за стабильное, устойчивое существование, за самосохранение, которое происходит всего в нескольких основных формах? Ответ на этот далеко не простой вопрос далее будет рассмотрен и предложены некоторые аргументы для обоснования гипотезы «существования материи через самосохранение».

Наука, хотя и в дискуссионной форме принимает гипотезу о существовании очень стабильной части Вселенной, которую здесь в обобщенном виде будем именовать темной материей, состоящей из двух основных форм - темной энергии и темной массы. Довольно часто в англоязычной литературе темную массу называют темной материей (dark matter). Однако нужно иметь в виду, что в отечественной научной философии понятие материи имеет предельно общее значение, в силу чего нельзя считать, что темная энергия является чем-то нематериальным. Поэтому здесь предлагается темную энергию и темную массу считать формами материи (как и вещество), которые имеют разную природу. Под темной материей будем понимать невидимые наиболее плотные формы материи, которые ничего не излучают и не поглощают и занимают около 95% плотности энергии Вселенной, в которую входит темная энергия и темная масса (скрытое вещество).

Уместно сказать несколько слов о термине «темная энергия». Как называть эту новую форму материи? Некоторые авторы, например, А.Д. Чернин (точку зрения которого мы разделяем), полагают, что понятие «темная материя», которое больше всего нравится пишущим о науке журналистам, малоприменимо, поскольку уже есть «темное вещество» (скрытая масса), которое, так же как и термин «темная энергия», действительно является темным потому, что не излучает света. Он предпочитает иное название для темной энергии, полагая, что для этого подходит понятие «космический вакуум» (это наиболее вероятная теоретическая модель темной энергии) [14-17; 18, с. 48-49; 19, с. 29, 426].

Однако есть ученые, которые предлагают и иные наименования и модели темной энергии, например, такое наименование как «квинтэссенция». Если отношение давления к плотности в темной материи отлично от минус единицы, то это уже не вакуум. Однако это соотношение пока достаточно точно не определено и пока зависит от погрешности предела ошибок наблюдения. Если это отношение окажется больше минус единицы, то такого рода тёмную энергию называют квинтэссенцией. Если отношение меньше минус единицы, то в этом случае говорят о фантомной энергии, представляющей собой динамическое поле, энергетическая плотность которого может меняться в пространстве и времени [4]. Кроме того, термин «космический вакуум» в определенной степени созвучен термину «физический вакуум», который, возможно, принципиально отличается от темной энергии и на это различие необходимо обратить внимание во избежание путаницы. Хотя попытки отождествить эти типы вакуума предпринимаются, однако пока не принесли ни положительного, ни отрицательного результатов.

По разным оценкам во Вселенной темные компоненты составляют 95-96% всего материального содержания мироздания. Они невидимы в отличие от светящейся, или видимой Вселенной и сохраняются в той или иной степени в слабо либо вообще неэволюционной форме на фоне четко выраженной эволюции вещества. Большую часть этой темной и почти неизвестной части Вселенной, но все же определенным образом влияющей на ее эволюционную составляющую, отождествляют с космическим вакуумом, обладающим свойством антигравитации (который, возможно, не является физическим вакуумом, где «кишат» виртуальные частицы и античастицы, но имеет с ним много общего [20]).

Темная энергия противостоит гравитации, позволяет благодаря свойству «всемирного антитяготения» расширяться Вселенной с ускорением. Однако не только необычное свойство антигравитации темной энергии привлекает внимание, но и своего рода «неизменность» существования космического вакуума как наличие у него постоянных плотности и отрицательного давления. Предполагается, что темная энергия как космический вакуум, влияя на расширение Вселенной (антигравитация), тем не менее, сам остается стабильной (во всяком случае, после Большого Взрыва), не меняющейся формой материи, на которую ничто нам известное в мире не воздействует. Согласно В.А.Рубакову, в отличие от "нормальной" материи темная энергия не скучивается, не собирается в объекты типа галактик или их скоплений; темная энергия "разлита" по Вселенной равномерно. Далее - темная энергия заставляет Вселенную расширяться с ускорением, чем темная энергия тоже разительно отличается от нормальной материи. Еще одно свойство темной энергии состоит в том, что ее плотность не зависит от времени, что тоже удивительно: Вселенная расширяется, объем растет, а плотность энергии остается постоянной [21].

В этой наиболее распространенной форме бытия материи, по современным представлениям, явно преобладает свойство самосохранения над эволюцией (многие авторы считают, что темная энергия как космический вакуум в принципе не только не эволюционирует, но не изменяется). Им оппонирует ряд ученых, предполагающих, что космический вакуум (темная энергия) мог претерпеть ряд фазовых переходов прежде, чем произошло событие, которое назвали Большим Взрывом. Причем в теории инфляционной Вселенной предполагается, что если в вакууме появляется хотя бы одна раздувающаяся область, то она может безостановочно порождать новые раздувающиеся области, в результате чего возникает ветвящаяся структура минивселенных, которые возникают и исчезают, но начала и конца этих процессов не существует.

Большому Взрыву предшествовало состояние, именуемое начальной космологической сингулярностью, которое теоретически представляется как точка, в которой было сосредоточено все сверхплотное вещество будущей Вселенной, своего рода «зародыш» (сгусток), из которого в дальнейшем расширяется и развертывается Вселенная во всем своем эволюционном многообразии. В настоящее время сингулярность в теории, использующей квантовый способ описания и объяснения и применяемый в инфляционной космологии, рассматривается в качестве квантовой флуктуации вакуума.

Большой Взрыв мыслится как образование расширяющейся Вселенной примерно 13,7 ± 0,3 млрд лет тому назад из невообразимо сильно сжатого до этого момента сверхплотного горячего образования (упомянутой сингулярности). Рассматриваются также предположения, что космический вакуум метастабилен и ему предстоят еще новые фазовые переходы в отдаленной перспективе или даже медленная эволюция как это имело место с гравитирующей темной массой, через многие миллиарды лет ослабившей свое тяготение. И все же без тех или иных изменений в космическом вакууме не обошлось: ведь спонтанная квантовая флуктуация этого вакуума и стала той самой начальной грандиозной бифуркацией, которую в других космологических моделях именуют Большим Взрывом, после которого отчетливо проявились эволюционные возможности видимого - вещественного фрагмента Вселенной.

Впрочем, Большой Взрыв - это не только отдаленная почти на 14 млрд лет от нас фаза самого грандиозного космического расширения, но и эволюционный процесс, который происходит в настоящее время и будет происходить в будущем. Всеобщее разбегание галактик А.М. Черепащук и А.Д. Чернин рассматривают не просто как расширение Вселенной, а как самый грандиозный по пространственно-временному масштабу эволюционный феномен природы [4, 18]. Большой Взрыв - не только какое-то мыслимое относительно начальное событие космической истории, а весь разворачивающийся в пространстве-времени процесс всеобщего расширения Вселенной. Этот процесс - длительная и богатая событиями космологическая эволюция, непрерывная цепь изменений и превращений во Вселенной.

Итак, темная материя, т.е. материя, которая невидима (она не излучает и не поглощает свет) состоит из двух принципиально разных по своей природе частей - антигравитирующей темной энергии, которая составляет порядка 74% плотности энергии от всей плотности энергии Вселенной, и «скрытого вещества», или гравитирующей темной массы, которая составляет примерно 22% от общей плотности энергии мироздания, превышая плотность массы на единицу объема обычного видимого вещества, т.е. нашей «светящейся» Вселенной в 5-6 раз (а некоторые ученые считают, что даже в десять раз). На долю же этого последнего остается всего 4-5% общемировой плотности энергии [19; с. 29, 426].

Под темной материей будем понимать невидимые наиболее плотные формы материи, занимающие примерно 95% плотности энергии Вселенной, в которую входит темная энергия (в модели космического вакуума) и темная масса (как скрытое вещество). Для образного представления напрашивается аналогия с айсбергом, в котором подводная часть, занимающая примерно 90% его объема, - это темные фрагменты Вселенной, а надводная часть - вещественная, светящаяся ее составляющая.

Темная масса, обладающая пока не совсем ясной вещественной структурой и диффузной формой, собирающаяся там же, где и обычное вещество (и «притягивающая» его), в отличие от темной энергии подвержена тяготению, причем она возникла сразу же после Большого Взрыва и вначале существенно влияла (доминировала) на дальнейшую эволюцию материи. Вследствие этого Вселенная расширялась с замедлением первую половину своего времени (примерно 7 млрд лет от своего общего возраста - около 14 млрд лет. Во вторую половину этого времени во Вселенной стали преобладать силы антитяготения темной энергии и космологическое расширение происходило уже с ускорением, в космологическую эпоху которого сейчас существует человечество.

«В первую половину своей истории расширяющаяся Вселенная практически не чувствовала присутствия в ней тёмной энергии - тогда плотность вещества (тёмной материи и барионов) была значительно выше плотности тёмной энергии, - отмечают А.М. Черепащук и А.Д. Чернин. - Дело в том, что плотность тёмной энергии не зависит от времени, это величина постоянная. А плотность вещества убывает в ходе расширения, так что в прошлом она была выше, чем сейчас; по этой причине до определённого момента тяготение вещества было сильнее антитяготения тёмной энергии. Эти две силы как раз и сравнялись по величине примерно 7 млрд лет тому назад: сначала преобладало вещество и его тяготение замедляло разлёт галактик, а потом наступила эпоха преобладания тёмной энергии, и её антитяготение стало сильнее тяготения вещества. Эта эпоха антитяготения и ускоренного космологического расширения продолжается поныне и будет длиться неограниченно долго в будущем» [4, с. 204].

Темная масса, изучение которой началось еще с 40-х годов XX века, подвергаясь силам тяготения, не взаимодействует ни с веществом, ни с излучением, она не светит. Как отмечает В.А. Рубаков, силы гравитационного притяжения заставляют эту форму темной материи собираться в сгустки -- галактики и скопления галактик. Она и сама притягивает вещество и свет; именно по этому эффекту гравитационного притяжения она и была обнаружена [21].

Однако в ней отчетливо прослеживаются процессы изменения, о которых пока нельзя говорить как о процессах эволюции, во всяком случае, в том же виде как в веществе. Об этом свидетельствует развитие в темной массе гравитационных неоднородностей в период до рекомбинации электронов (т.е. 375 плюс-минус 15 тыс. лет после начальной стадии Большого Взрыва). Происходило также снижение плотности темной массы, благодаря чему в определенный период (около 7 млрд лет после упомянутого взрыва) перестало доминировать всемирное тяготение, уступив силам «вселенской антигравитации». Возможно, что «скрытое вещество» состоит из весьма долгоживущих компонентов колоссальной плотности. Темная масса не влияет на темную энергию, как и обычное вещество Вселенной.

Мир темной энергии не подвержен эволюции, т.е. существует в покоящейся форме и самосохраняется каким-то неведомым «способом», по сути дела, кардинально отличным от эволюции вещественной части мироздания. Космическому вакууму соответствует неизменное или почти статичное пространство - время. Некоторые ученые полагают, что эта модель мира может считаться моделью де Ситтера [22, с. 161; 23, с. 243], который в 1917 г., еще до космологических моделей, предложенных А.А.Фридманом, описал модель, где нет вещества, а вакуум представлен эйнштейновской космологической константой. Модель де Ситтера оказывается всего лишь частным случаем теоретических построений Фридмана, когда полностью отсутствуют невакуумные формы материи, Однако, поскольку темная энергия, темная масса и обычное вещество сосуществуют в одной и той же Вселенной (во всяком случае, в Метагалактике), то она является почти или даже совсем плоским миром Фридмана. Эта своеобразная космологическая «коэволюция» упомянутых основных форм существования материи в одной и той же Вселенной.

Темная часть Вселенной оказывается на самом деле, основной, базовой составляющей всего материально-энергетического содержания мироздания, в фундаменте которой самосохранение явно превалирует над изменением и тем более - над эволюцией, которая характерна для видимой Вселенной. В мире, в котором мы существуем, доминирует составляющая (форма материи) не изменяющаяся и не эволюционирующая (темная энергия), затем идет слабо изменяющаяся, и почти не эволюционирующая часть Вселенной (темная масса) и, наконец, наиболее изученный наукой эволюционирующий фрагмент в форме обычного видимого вещества. Такова своеобразная «пирамида» основных форм самосохранения материи как специфических фрагментов Вселенной с особыми, отличными друг от друга, способами существования этих форм материи.

Таким образом, современная космологическая (пока в существенной степени гипотетическая) картина мира дает нам неизвестную или малоизученную формы самосохранения материи, обусловившие существование звезд в галактике, скоплений галактик и сверхскоплений и других форм барионной материи (кварки, бозоны, лептоны, т.е. тяжелые элементарные частицы), которая и составляет «видимую» Вселенную. Предполагается, что темная материя и барионная материя взаимосвязаны, и даже Большой Взрыв может интерпретироваться как фазовый переход упомянутой части темной материи в «барионную» форму бытия [24, с. 337].

Природа свойства самосохранения крупномасштабных структур нашего мира связана с устойчивостью нашей Вселенной в течение многих миллиардов лет [24, с. 339]. Это самосохранение как доминирующая и фундаментальная составляющая бытия материи предполагает асимметрию между темной и барионной формами материи. Причем эта асимметрия должна и далее сохраняться, ибо в противном случае Вселенная либо коллапсировала бы в новую сингулярность (что сейчас уже в принципе исключено в силу антигравитационной природы ускоренного разбегания галактик), либо барионная материя давно бы трансформировалась в излучение (сейчас вещества во Вселенной на несколько порядков больше излучения).

В этой связи уместно обратить внимание на то, что ранее А.А. Фридманом было теоретически выявлено существование открытых и никогда не коллапсирующих моделей Метагалактики, содержащих только обыкновенное вещество. Для такого типа моделей важно только, чтобы суммарная плотность всех видов материи была меньше, чем критическая плотность (по современным оценкам, плотность нашей Метагалактики близка к критической). В такой открытой фридмановской модели коллапса вполне можно избежать и без наличия темной энергии.

Почему и каким образом самосохраняется темная материя без отчетливо выраженной эволюции пока не ясно, но видимая Вселенная, состоящая из барионной материи, избрала иную форму своего бытия, которую М.П. Хван характеризует как «философский принцип самосохранения материи через самоорганизацию в самых различных микро-, мелко- и крупномасштабных структурах во Вселенной» [24].

Именно эта форма самосохранения и бытия материи до сих пор изучалась наукой, но космологический сюрприз темной материи наводит на «еретическую» в философском плане идею, что могут существовать и иные формы самосохранения материи без эволюции и даже движения. Эта ситуация является необычной для науки и особенно для философии, где существование материи и ее движение считается неразрывно связанными. С таких философских позиций просто невозможно даже представить экзотическую форму материи, которая существовала бы без эволюции и изменений. Поэтому поиск объяснения нового, в основном неподвижного, или даже малоподвижного неэволюционирующего мироустройства нуждается в соединении усилий как философов, так и космологов и астрофизиков, без которых вряд ли можно решить эту проблему. Причем неподвижность и неизменность космического вакуума уже начинают признавать не только астрономы, но и философы, хотя и не могут пока объяснить этого противоречащего философии феномена [25, с. 289].

С позиций современной науки важно ответить на вопрос: как может самосохраняться материя без эволюции и тем более - без изменений? Ответа на этот вопрос мы в полной мере не получим, поскольку термодинамика и синергетика не позволяют нам построить какую-то объяснительную модель такого самосохранения материи в течение почти полутора десятков миллиардов лет. Тем более, что это не какая-то небольшая локальная составляющая Вселенной (типа центральной сингулярности в черной дыре), а ее подавляющая часть, почти три четверти ее масс-энергетического содержания.

Для того чтобы объяснить колоссальную длительность существования одной из форм темной материи - темной массы пытаются даже ввести новый закон сохранения, который объяснял бы, почему ее слабо либо не взаимодействующие с обычным веществом сверхтяжелые частицы не распадаются со временем. Эти гипотетические пока не обнаруженные «темные частицы», возможно, в тысячу раз тяжелее протона, они предполагаются очень стабильными и не имеющими электрического заряда, участвуя в гравитационном и электрослабом взаимодействиях; энергия покоя такой частицы составляет ? 1 эрг. Предполагается, что такую частицу удастся поймать на Большом адронном коллайдере. Есть модель, где эти частицы очень легкие, и ловить их в коллайдере нет смысла. Существует также модель, которая не вписывается в так называемую стандартную физическую теорию, причем для проверки этой версии необходимо будет использовать иные методы [26].

Но для темной энергии приходится предположить в ней отсутствие всякого движения, что аналогично перманентному сохранению энтропии в обычном веществе. Ведь любое движение в видимой Вселенной сопряжено с изменением энтропии, а отсутствие изменений - с ее сохранением. Однако, кроме плотности и отрицательного давления, к темной энергии пока не применимы другие параметры, включая и энтропию (хотя некоторых ученых это не смущает). Поэтому здесь приходится либо рассуждать по аналогии, либо вообще считать, как это полагают некоторые ученые, что в «темно-сингулярных» формах просто не действуют известные нам законы природы (в том числе и законы сохранения). В принципе проблема существования более тесно связана с сохранением, чем с изменением и это обстоятельство стимулирует поиск новых законов сохранения. Не исключено, что наука скоро откроет новые законы сохранения, объясняющие существование темной энергии.

Однако если предположить, что в вещественной эволюционирующей Вселенной энтропия уменьшается, по крайней мере, на главной магистрали (супермагистрали) глобальной эволюции, то в остальной, т.е. «темных» фрагментах Вселенной, представляющих собой ее окружающую среду (как, впрочем, и иные минивселенные Мультиверса), энтропия должна расти в силу принципа диспропорционирования энтропии [27]. Это лишь перенос законов синергетики с вещественной части Вселенной на ее «темно-энергетическую сторону», где применимость энтропийных представлений пока не доказана.

Но если темная энергия сохраняется на протяжении многих миллиардов лет, то внутри нее должны действовать пока неизвестные нам законы сохранения, либо следует предположить там полное отсутствие движения, характерного для вещественной формы материи. А это означает, что согласно современным синергетическим представлениям (применимым для вещественной части Вселенной), в космическом вакууме существует необычный способ сохранения материи. Это пока необъяснимо с позиций синергетики, изучающей процессы самоорганизации либо самодезорганизации, которых в темной энергии пока не обнаружено. Однако ясно, что если бы в темной энергии «действовали» законы синергетики, то бытие этой формы материи означало бы сохранение энтропии через отсутствие любого движения. Тем самым с большой степенью вероятности можно считать, что, существует некоторая сфера Вселенной, причем самая обширная, при изучении которой синергетика пока бессильна объяснить ее неизменное либо очень медленно меняющееся бытие. Здесь бытие материи в наибольшей степени связано с покоем, самосохранением и феноменальной устойчивостью космического вакуума, отталкивающего от себя все отличающиеся от него формы существования материи.

Темная энергия, по современным представлениям, не является самоорганизующейся субстанцией (хотя, например, предполагается существование таких экзотических объектов, как черные дыры, состоящие из темной энергии - это уже эволюционирующая темная энергия либо часть ее, включенная в вяло протекающий эволюционный процесс как процесс «протоэволюции». В.А.Рубаков высказывает гипотезу о существовании нового поля, представляющего новую силу (так же, как гравитационное поле соответствует гравитационным, а электромагнитное -- электрическим и магнитным силам). Легкое поле с чрезвычайно малой массой -- сила с большим радиусом действия, подобная гравитации. Чтобы не было противоречия с экспериментами по проверке общей теории относительности, взаимодействие этого поля с обычным веществом должно быть очень слабым, слабее гравитационного [21].

Решение проблемы о применимости синергетики, возможно, в какой-то мере связано с изучением аналогий между физикой черных дыр и термодинамикой, а также связи между этими дисциплинами и теорией гравитации. Так, согласно теореме С. Хокинга, площадь горизонта событий черной дыры не может уменьшиться: чтобы ни происходило с черной дырой, эта площадь должна либо оставаться неизменной, либо увеличиваться [28, с. 32-35]. «Энтропия» черной дыры, согласно Я. Бекенштейну, пропорциональна площади поверхности ее горизонта событий (если можно использовать в этом случае понятие энтропии). Подобные физико-термодинамические аналогии, если удастся их развить, не только в плане скрытого вещества, но в дальнейшем и темной энергии, помогут приблизиться к какому-то внушающему доверие объяснению ныне мыслимой неизменности и сохранению в течение миллиардов лет этой последней наиболее экзотической формы материи. Однако далее будем опираться на наличие этого предполагаемого свойства самосохранения материи пока, естественно, без объяснения природы обсуждаемого феномена.

Итак, свойство самосохранения материи и конкретных ее систем реализуется по-разному в зависимости от той или иной основной формы существования материи как ее самосохранения. Между тем, материя, формы ее бытия всегда связывалось с изменением, движением, развитием. Собственно, так считалось до недавнего времени, пока астрофизика и космология не преподнесли сюрприз темной материи в двух ее формах: практически неизменной (темная энергия - космический вакуум) и относительно неизменной (темная масса, подверженная лишь гравитационным и слабым взаимодействиям).

Именно в той или иной форме неизменность темной энергии не дает оснований включать ее в процесс глобальной эволюции, хотя к эволюции Вселенной эта форма материи имеет отношение, поскольку влияет на нее через антигравитацию. На мой взгляд, глобальная эволюция имеет место только в вещественной части Вселенной как особой минивселенной Мультиверса. В других минивселенных и невидимых формах нашей Вселенной пока не обнаружен такой целостный и темпорально непрерывный процесс самоорганизации как глобальная эволюция. В темной энергии, несмотря на «косвенность доказательств», не выявлены понятные нам эволюционные процессы (хотя, конечно, нельзя исключать, что какие-то изменения, пока не улавливаемые нашим интеллектом ее состояния, со временем все же могут быть обнаружены).

Что касается темной массы, то она в принципе может считаться слабо эволюционирующей частью Вселенной, хотя ее эволюция не является похожей на эволюцию обычного вещества (в силу иной структуры и очень слабых взаимодействий между своими составляющими и окружающей средой). Темная масса сама по себе ближе к эволюционирующей вещественной Вселенной, поскольку состоит из каких-то составляющих ее частиц (на микроуровне, как упоминалось, эти «элементарные» частицы, возможно, в тысячу раз тяжелее протона, природа которых еще не установлена) и подвержена гравитационному и слабому взаимодействиям, т.е. двум из четырех видов фундаментальных физических взаимодействий. Не исключено, что темная масса является каким-то «переходным состоянием» материи между космическим вакуумом и барионной материей как основными формами самосохранения материи (хотя есть гипотезы, что это одна из форм барионной материи).

По «степени эволюционируемости» материя существует всего в нескольких - в трех - четырех основных формах: неизменной (или почти неизменной) в форме космического вакуума (который пока преждевременно отождествлять с физическим вакуумом, являющимся, вероятно, еще одной формой самосохранения материи), в форме очень мало меняющейся вещественной темной массы (изменения которой, впрочем, зависят от вида - холодной или горячей темной массы) и эволюционирующей вещественной частью Вселенной, в которой, как я предполагаю, только и происходит глобальная эволюция). При таком «раскладе» основных форм самосохранения материи вряд ли имеет смысл вести речь о том, что глобальной эволюции подвержена вся Вселенная в целом: это лишь «привилегия» ее вещественного фрагмента. И то здесь в глобальную эволюцию вовлечена лишь часть этого фрагмента, что следует из синергетических соображений. Что касается изменений, имеющих место в темной массе (скрытом веществе), то, скорее всего, их можно считать «протоэволюцией», как своего рода промежуточным феноменом между недвижимостью космического вакуума и эволюцией вещественного фрагмента Вселенной.

Научная картина мира благодаря выше рассмотренным новым формам материи существенно трансформируется. И если ранее, на протяжении, пожалуй, почти всего прошлого столетия происходил процесс смены парадигм, перехода представлений от статическо-стационарной Вселенной к эволюционно-динамическому нелинейному образу Мультиверса (который также с точки зрения инфляционной космологии не эволюционирует [8, с. 8]), то сейчас не исключено своеобразное «отрицание отрицания». Если в мироздании действительно доминирует темная материя, являясь базовой и наиболее распространенной составляющей Вселенной, то это ведет, если не сейчас, то в отдаленном астрономическом будущем к сценарию, который предложили ряд ученых, учитывающих лишь влияние темной энергии (космического вакуума). Раз «вакуум неизменен, то и свойства пространства-времени, которые он определяет, также должны быть инвариантными. Мир, в котором господствует вакуум, в межзвездных масштабах должен подчиняться геометрии Евклида и быть неизменным во времени. Следовательно, эволюция мира постепенно затухает, его пространственно-временной каркас, на фоне которого продолжается космологическое расширение, становится все более статичным» [20, с. 191-199; 22, с. 161].

Если ранее философы, рассуждая о проблемах сохранения и изменения материи, в принципе считали упомянутые категории равноправными и рядоположенными, то сейчас, опираясь на пока гипотетическую космологическую картину мироздания, придется признать своего рода онтологическую фундаментальность и своего рода первичность сохранения материи и вытекающую отсюда асимметрию - вторичность ее изменения. Изменению и тем более эволюции подвержена лишь незначительная часть Вселенной - в основном ее видимый вещественный фрагмент, составляющий несколько процентов материального содержания мироздания. Остальная («темная») часть материи во Вселенной самосохраняется в фактически неизменном и малоподвижном виде, а эволюция вообще, в том числе глобальная эволюция происходит по «остаточному» принципу, диктуемой «темной демократией» большинства составляющих мироздания. Речь, конечно, идет о каких-то пока неизвестных науке законах «распределения» материи во Вселенной, которые «требуют» покоя (самосохранения) как наиболее распространенной формы бытия для основной части материального содержания. Самосохранение в современной картине мира представляется как доминирующий способ существования материи во Вселенной, реализуемый в вещественном фрагменте мироздания через эволюцию, в скрытом веществе (темной массе) через изменения как своего рода «протоэволюцию», в космическом вакууме (темной энергии), вполне возможно, без движения, через покой.

Материя в особой темной форме (космического вакуума) существует, а движения и, тем более эволюции там нет. Подобное утверждение космологов не является столь же обоснованным как то, которое им опровергается. Это пока гипотеза и не следует ее принимать за уже доказанное, достоверное научное знание. Однако современная космология уже исходит из нового представления о мироздании на пути дальнейшего научного поиска и вряд ли стоит не замечать этой сложившейся в науке ситуации в форме появившегося философско-космологического парадокса.

В новом образе Вселенной, которая сейчас в основной своей части «склонна» к стабильности и покою, степень неизменности, как предполагается, при естественном течении процессов будет только возрастать, если не произойдет некоторое космологическое «чудо», связанное с возможным воздействием человечества и его собратьев по разуму на нашу Вселенную либо даже на другие минивселенные, часть из которых можно будет адаптировать для дальнейшего непрерывного существования объединенной социальной ступени эволюции материи.

Мы фактически не знаем и пока не понимаем, что представляет собой большая часть Вселенной, т.е. 96-95% ее масс-энергетического содержания, состоящего из двух «темных» частей - темной энергии и темной массы. Все чаще стали появляться работы, под названием - «незнакомая Вселенная», «неизвестная Вселенная» и т.д., основная идея которых - попытка показать, что мы еще не знаем главных тайн нашего мироздания. И это впечатление незнания усиливается тем, что, оказывается, мы живем уже не просто во Вселенной, не в единственном Универсуме, который символизировал и воплощал в себе все сущее, бесконечно-целостное мироздание, а всего лишь в одной из минивселенных некоторой сверхграндиозной суперсистемы - Супервселенной. Сейчас предполагается, что наша Вселенная не одинока и уже не мыслится только как Универсум, вмещающий в себя все сущее. Вместо понятия Вселенной появились новые термины, например, «Сверхвселенная» [29-32], в которой рассматриваются четыре типа (модели) сверхвселенных с множеством вселенных в пространстве и времени с разными начальными условиями, физическими константами, законами и другими параметрами.

Предлагается также термин «Мультиленная», также обозначающий наличие множества вселенных, которые подобны нашей Вселенной или кардинально от нее отличаются (причем могут быть даже непознаваемы) [33]. То, что именовалось Вселенной в новейшей космологии, видится теперь в качестве одной из минивселенных, в совокупности составляющих Супервселенную, или Мультиленную, или, используя более распространенное наименование - Мультиверс (в который, кроме совокупности минивселенных, входит и та материальная прасреда, из которой они появились) [34, с. 54]. Там могут быть иные фундаментальные константы, глобальные характеристики и взаимодействия, а, может быть, большинство из них состоят только из темной энергии, либо темной массы или других неведомых пока экзотических состояний материи.

В настоящее время понятие «Вселенная» означает, по меньшей мере: 1) все существующее, Универсум; 2) всеобъемлющее мировое целое, рассматриваемое как объект физико-астрономических исследований, предмет космологических экстраполяций; 3) одна из параллельно существующих минивселенных Супервселенной (Мультиверса). Видимая (вещественная) Вселенная представляет собой один из фрагментов целостной Вселенной, состоящей из стабильной барионной материи со средней плотностью массы 2*10-31 г/см3, которая эволюционирует и в которой наблюдается феномен глобальной (универсальной) эволюции.

В предполагаемых других, уже существующих минивселенных - параллельных вселенных, сложились совершенно иные условия, чем в нашей минивселенной. Там могут быть иные фундаментальные константы, глобальные характеристики и взаимодействия, а, может быть, большинство из них состоят только из темной энергии, либо темной массы или других неведомых пока экзотических состояний материи. Природа оказалась гораздо более многообразной по своим формам бытия и самосохранения материи и не исключено, что обычное вещество, на пути эволюции которого появились жизнь и разум, составляет еще гораздо меньшую часть, чем это имеет место в видимой Вселенной.

Темная материя, эволюция, информация

В темной энергии нет движения, изменения, различия, неоднородностей, по крайней мере, представлениям космологов. Непросто будет осознать, что почти три четверти нашей Вселенной существует (самосохраняется) миллиарды лет без какого-либо изменения и без разнообразия. Однако эволюция материи имеет место только там, где есть информация. Поскольку эволюция происходит только в тех местах Вселенной, где появляется и существует разнообразие, то это также означает, что эволюция и информация как-то весьма существенно связаны между собой. Ведь разнообразие начинает стремительно возрастать именно тогда, когда единое фундаментальное взаимодействие разделяется на четыре типа физических взаимодействий, и именно тогда появляются разнообразные процессы отражения как системная связь разнообразия и взаимодействия, а, следовательно, возникают информационные процессы, включая и процессы самоорганизации и эволюции.

Далее в ходе эволюции и глобально-универсальной эволюции как непрерывной самоорганизации материальных систем во Вселенной действует информационный критерий развития, который выступает в качестве главного вектора этой формы эволюции. Этот критерий и вектор предполагает изменение информационного содержания (и связанной с ним негэнтропии) материальных систем в ходе эволюционной самоорганизации либо самодезорганизации. Причем на главной прогрессивно-самоорганизационной линии эволюции происходит непрерывное накопление информации в системах (в то время как другие характеристики появляющихся ступеней развития, например, масс-энергетические и объемно-пространственные уменьшаются) и тем самым этот критерий оказывается главным вектором и одновременно аттрактором развития материальных систем. Информационный критерий эволюции применим там и тогда, где существуют различия, неоднородности, гетерогенности, с которыми связана информация.

После Большого Взрыва произошло «размежевание» трех основных фрагментов мироздания - вещественной (видимой) Вселенной, темной энергии и темной массы. Причем информация в основном «досталась» вещественному фрагменту Вселенной, который начал бурно, даже «взрывным образом» эволюционировать. Эволюция (и тем более глобальная эволюция) - это удел в основном достаточно стабильной барионной материи в наблюдаемой Вселенной, в которой имеется разнообразие и существует (либо появляется) информация.

Между тем, информация является свойством материи, которое связано с такой ее характеристикой как разнообразие [35, 36]. Разнообразие (или отраженное разнообразие как информация) до недавнего времени не изучалось физическими методами, акцентировавшим внимание на энергетических аспектах исследования. Это относилось также к астрофизике и космологии, пока в сферу их поиска не попали необычные космические объекты, где проблема разнообразия и неоднородностей и связанной с ней проблемой информации оказалась отнюдь не второстепенной, причем некоторые крупные физики и астрономы даже стали заявлять о существенной роли информации в мироздании.

Изучение экстремальных состояний космической материи - черных дыр (и их центральных сингулярностей) и других сверхплотных космических объектов также привело к определенному выводу об отсутствии либо снижения разнообразия в этих экзотических состояниях космической материи. Ученые исследовали черные дыры и проблему коллапсирования как сжатия ряда космических объектов в капсулированную форму, включая сингулярность как «точку» почти бесконечной плотности. В эту точку под влиянием колоссальной гравитации «свертываются», закручиваются в самозамкнутое кольцо пространственные параметры (объем, площадь, протяженность и т.д.), а время там «застывает» в самотождественности прошлого, настоящего и будущего.

В космологии, которая базируется на общей теории относительности, считается, что в этих сингулярно-капсулированных формах материи исчезают неоднородности и разнообразие. В процессе коллапсирования исчезает многообразие предыдущих форм и видов материи, а неоднородности превращаются в гомогенность и неразличимость в капсулированно-сингулярных формах материи. А согласно правилу Я. Бекенштейна, коллапсирование в черную дыру сопряжено со «сглаживанием» неоднородностей, гетерогенностей и сохранением лишь нескольких масс-энергетических характеристик (массы, собственного момента импульса и электрического заряда).

Однако, подобная точка зрения является дискуссионной, например, она активно оспаривается в работах по квантовой гравитации, а также в некоторых приложениях информационного подхода к исследованию черных дыр и других экстремальных состояний космической материи [37, 38]. Мы разделяем эту точку зрения, поскольку темная масса (скрытое вещество) все-таки не является однородной, она состоит из каких-то частиц и объектов на микро- и макроуровнях, которые так или иначе взаимодействуют (с помощью гравитационных и слабых взаимодействий) между собой и окружающей космической средой. Эти два типа взаимодействий порождают какие-то слабые и медленные изменения, которые пока не могут квалифицироваться в качестве эволюционных процессов (либо это какие-то изменения типа нейтрально-одноплоскостного развития, где нет четко выраженных прогрессивных либо регрессивных изменений).

Можно предположить, что эти «слабые» изменения в темной массе оказываются каким-то «переходным» процессом от неизменяющейся гомогенной темной энергии к эволюционирующему веществу Вселенной со сложным и все растущим разнообразием материальных образований. Поскольку в темной массе все же существует какое-то разнообразие (скажем, гравитационные неоднородности) и есть изменения, то можно предположить, что там происходят изменения, которые выше уже были названы протоэволюционными изменениями, приводящими, например, к появлению протогалактик. Протоэволюционные изменения в темной массе оказываются необходимым «темно-материальным» условием для появления в дальнейшем отчетливо выраженных эволюционных процессов барионной материи и далее их сопровождают. В дальнейшем предстоит выяснить, что представляют собой эти изменения и как они относятся к «настоящим» эволюционным процессам, в которых есть прогрессивные и регрессивные эффекты.

Проблема появления, исчезновения и трансформации разнообразия нашло свое развитие и обобщение в так называемой теореме Р. Пенроуза, согласно которой коллапсу может подвергаться все сущее во Вселенной, даже она сама. Согласно этой теореме сингулярности неизбежно появляются при гравитационном коллапсе (т.е., например, звезда не может не образовать сингулярность из-за неоднородностей коллапса). Кроме того, в космологических моделях эллиптического расширения Вселенной в случае катастрофического гравитационного сжатия (предполагаемого Большого Краха) многоликое наше мироздание завершает свою историю и эволюцию, исчезая в сверхплотной однородной сингулярности-2. Причем, казалось бы, этот сценарий уже выпал из спектра будущих траекторий эволюции Вселенной, тем не менее, все зависит от дальнейшего проникновения в тайны темной материи.

Теорема Пенроуза была сформулирована до открытия в конце прошлого века феномена темной энергии, мощная антигравитация которой заставляет Вселенную расширяться с ускорением и тем самым как будто бы исключает ее из числа коллапсирующих объектов, когда в результате гипотетического Большого Сжатия (и Краха) может образоваться сингулярность-2. Коллапс как трансформация космической материи в микрокосмическую, как процесс катастрофического гравитационного сжатия переводит обычное вещество в капсулированную и весьма компактную форму со свернутым в микроскопическое бесконечно искривленное шар-кольцо пространством-временем.

Черные дыры выступают в качестве одной из основных и фундаментальных форм самосохранения материи в ее скрытой, «темной» форме. Процесс образования черных дыр как превращение видимой материи в невидимую ее форму - это деградационный эволюционный процесс. Он представляет собой процесс, противоположный глобальной эволюции, поскольку ведет к утрате существующего многообразия, так как в ходе этого непрерывного самодезорганизационного процесса происходит превращение сложного вещества в сверхплотную однородность и неразличимость, а всего предыдущего многообразия в простое и самотождественное гомогенное образование.