Следующие два постулата (поскольку так называемый космологический принцип на деле также является постулатом) обычно формулируются для перехода от общей теории относительности к релятивистской космологии.
Постулат космического субстрата рассматривает мир как подвижную среду с регулярным распределением плотности материи, молекулами которой выступают, например, пучки галактик. Такие молекулы, принимающие участие в движении мировой среды, должны быть неподвижными по отношению к своему ближайшему окружению. Все координатные системы или позиции наблюдателя должны мыслиться в неразрывной связи с космическим субстратом.
Космологический принцип заключается в том, что мир является одним и тем же любому наблюдателю. В рамках классической физики этот принцип означает (если прибегнуть к более строгой формулировке) что в точках, имеющих одни и те же координаты в различных координатных системах, материя имеет одну и ту же скорость, импульс и плотность. В рамках общей теории относительности это означает, попросту говоря, что геометрические отношения в мире являются одними и теми же для каждого наблюдателя в любой из движущихся по отношению друг к другу систем отсчета[162]. Чтобы иметь возможность рассматривать эти отношения как изотропные и гомогенные, мировые линии пучков галактик должны распространяться радиально по направлению к центру координатной системы наблюдателя и обратно[163].
Очевидно, что оба эти принципа связаны с понятием единства или, лучше сказать, простоты природы. Еще раз отметим, что это понятие не абстрактно, а связано со всем корпусом физических знаний, в частности, с общей теорией относительности, и, следовательно, с конкретной исторической ситуацией. Как постулат космического субстрата, так и космологический принцип берут начало в целостном контексте того понятийного каркаса, который характерен для классической механики. Космологический принцип тесно связан с геометризацией физики. Эти фундаментальные принципы позволяют создать картину мира в его физическом единстве. Силу убедительности, необходимую для этого, они черпают в идее простоты и единства природы. Эту силу не может ни заменить эмпирическое подтверждение релятивистской космологии, ни устранить эмпирическая фальсификация последней; как мы уже заметили, эмпирическое подтверждение практически не влияет на содержание постулата или принципа, а что касается эмпирического опровержения, то невозможно установить, действительно ли оно относится к ним.
Четыре возможные космологические модели релятивистской космологии и их априорные решения
Теперь у нас есть все предпосылки релятивистской космологии. Из постулата космического субстрата и космологического принципа логически следует зависимая от времени метрика универсума, получающая выражение в так называемой линейности Робертсона-Уокера [164].
Если метрические тензоры, полученные в этой линейности, внести в уравнения поля общей теории относительности, то космологическая формула мира может быть выведена так, что она допускает различные возможные решения, тем самым открывая путь нескольким возможным интерпретациям истории вселенной[165]. Здесь мы рассмотрим только четыре типа таких решений и, следовательно, четыре типа космологических моделей. Нет надобности рассматривать все типы: поскольку философские проблемы, возникающие в связи с данными четырьмя типами, будут таковыми и для всех прочих. Обсуждая выделенные типы космологических моделей, мы тем самым углубляемся в эту философскую проблематику. Рассмотрим следующие четыре типа:
Вселенная бесконечна во времени, но ограничена в пространстве. На протяжении своей временной бесконечности она либо остается пространственно неизменной, либо расширяется (модель Эйнштейна).
2. Вселенная конечна во времени. В своем начале она сжата в точку. Затем, после первичного взрыва ("Большой Взрыв"), она постоянно и необратимо расширяется.
3. Вселенная некогда была точкой, взорвавшейся в момент "Большого Взрыва", но впоследствии, когда ее расширение достигнет определенного максимума, она начнет снова сжиматься.
Вселенная первоначально была бесконечно расширенной, а ее плотность материи была бесконечно малой; постепенно сжимаясь, она достигла максимальной материальной плотности, и вновь стала расширяться до бесконечности.
Мы опять видим, что существуют значимые основания, не зависящие от эмпирической верификации, по которым можно высказываться как за, так и против этих космологических моделей.
Здесь мы только назовем эти основания, не рассматривая их подробно, кроме тех немногих случаев, когда это необходимо. Выводы, которые могут быть сделаны из такого анализа, мы приведем в конце этой главы.
Тема, обсуждаемая нами, очевидным образом напоминает о первой кантовской антиномии. В самом деле, последняя то и дело выходит на первый план в ходе рассуждений. Однако анализ этой проблемы в свете релятивистской космологии показывает, что мы более не можем принимать тезис Канта о том, что его антиномия является следствием неопровержимой диалектики разума. Поэтому вопрос о том, является ли мир идеей, не может быть решен в рамках философии Канта.
Со всеми четырьмя космологическими моделями связана проблема универсального космического времени. Это фактически следует уже из космологического принципа. Если геометрические отношения в мире постепенно изменяются одинаково во всех направлениях для любого наблюдателя, то это значит, что они изменяются в одно и то же время. Однако такая единовременность, универсальное космическое время, возможно только для избранных наблюдателей, то есть для тех, кто не движется (ускоренно или с замедлением) по отношению к среднему распределению плотности окружающей их материи - значит, для наблюдателей, которые движутся вместе с космическим субстратом. Здесь фундаментальный релятивистский принцип эквивалентности всех систем отсчета утрачивает значение и смысл.
С этой точки зрения, релятивистская космология не противоречит законам общей теории относительности, поскольку всегда можно из множества предполагаемых наблюдателей выбрать тех, кто наблюдает - в определенном аспекте и при особых условиях - одно и то же. Тем не менее встает вопрос: имеем ли мы право говорить об универсальном космическом времени, которое связано только с некоторыми системами отсчета? Очевидно, что эта проблема не может решаться посредством какого-либо эксперимента.