Культурная среда теории Большого взрыва. Часть первая

Пространство-время, смерть-воскрешение и русская революция
Культурная среда теории Большого взрыва. Часть первая
Константин Юон, 1921 год «Новая планета»
art-portrets.ru

От редакции 

Мы публикуем написанную специально для «Стимула» работу замечательного историка науки профессора Университета Британской Колумбии Алексея Кожевникова. Замысел автора состоит в том, чтобы показать, как катастрофическая историческая ситуация влияет на культуру в широком смысле, на искусство, философию и, что удивительно, на точные науки. Даже самое объективное математизированное знание оказывается зависимым от культурно-исторического, даже экзистенциального контекста, в котором оно возникает. Кожевников продолжает в своем творчестве традиции исторической школы в истории науки. На наш взгляд, особенно близок его исследовательский стиль к американскому историку Полу Форману, обнаружившему влияние культуры поздней Веймарской республики на становление квантовой механики. Статья публикуется в двух частях.


Термин «культурная среда», пожалуй, все-таки слишком нейтрален и пассивен. Речь пойдет не столько о фоне, сколько о материале, о «культурном тесте», о том особенном состоянии культуры, из которого возник первый вариант современной космологической концепции, которую сейчас называют теорией Большого взрыва. На протяжении уже почти ста лет эту теорию сопровождал шлейф самых разнообразных и противоречивых культурных ассоциаций. Лет сорок назад, в эпоху зрелой холодной войны, картина горячей, сверхплотной, взрывающейся Вселенной служила также метафорическим напоминанием человечеству об опасности атомной катастрофы, была своего рода термоядерным взрывом, только в огромных космологических масштабах. В 30–40-е годы прошлого века теория Большого взрыва больше походила на вариант научного креационизма. Среди тогда еще небольшого числа ее сторонников особенно выделялись религиозно (христиански) настроенные ученые, а папа римский высказался в ее поддержку еще до того, как она получила признание в научном сообществе. А в самой ранней ее инкарнации модель вселенского взрыва можно было заподозрить в попытке подрывной пропаганды, распространения идей всемирной революции и Коммунистического Интернационала — ведь появилась она в 1922 году в Петрограде, в городе, где незадолго до этого произошли известные события, взорвавшие Российскую империю и мировой порядок.

magnifier.png В 30–40-е годы прошлого века теория Большого взрыва больше походила на вариант научного креационизма. Среди тогда еще небольшого числа ее сторонников особенно выделялись религиозно (христиански) настроенные ученые, а папа римский высказался в ее поддержку еще до того, как она получила признание в научном сообществе

Именно эту, самую раннюю, революционную ассоциацию 1920-х годов я и хотел исследовать, намереваясь написать историко-культурологический комментарий к двум основополагающим статьям о релятивистской космологии, опубликованных Александром Фридманом в 1922 и 1924 годах. Исходную гипотезу легко пояснить на примере известной картины Константина Юона 1921 года «Новая планета». Те, кто смотрел тогда на это научно-фантастическое живописное изображение астрономической катастрофы, совершенно очевидно воспринимали его как метафорический образ русской революции, разрушение старого и рождение нового мира, только экстраполированное на масштабы целой Солнечной системы. Но метафоры — вещь опасная, они ведь работают в обе стороны. Если русскую революцию можно было метафорически представлять как космическую по масштабам, то и саму Вселенную можно было начать понимать революционно — не как статическую и вечную, а как подверженную взрывным катастрофам, умирающую и рождающуюся.

По мере исследования этих ассоциативных связей рамки проекта пришлось намного расширить. Сначала до несколько более общего вопроса: как теория относительности Альберта Эйнштейна была воспринята и интерпретрована в революционной России, причем не только физиками и математиками? Намного менее изучены специфические российские реакции на теорию относительности в общекультурной среде — художественной и поэтической, литературной, медицинской и естественно-исторической, а также исторической, религиозно-философской и мистической. В нынешнем существенно разросшемся варианте исследование, по сути, ставит следующий вопрос: какие значимые изменения в культурном восприятии и представлениях о пространстве и времени произошли у поколения, которому выпало пережить шок величайшего исторического катаклизма и выжить в страшное семилетие 1914–1921 годов — эпоху смертей, эпидемий, и разрушений Первой мировой войны, революции и Гражданской войны?

 

Три странности теории Фридмана

Две знаменитые математические статьи Фридмана 1922 и 1924 годов часто обсуждаются в литературе, но описываются очень по-разному, уж слишком они лаконичны и в чем-то загадочны. Поэтому сначала стоит уточнить их смысл, отвергнув некоторые неправомерные, хоть и распространенные интерпретации.

БИГБЕНГ ФРИДМАН.png
Александр Александрович Фридман (1888–1925)
echoperm.ru

Александр Александрович Фридман (1888–1925) окончил Петербургский университет и там же готовился к написанию диссертации по прикладной математике, когда началась Первая мировая война. Во время войны он служил в авиации и преподавал в школе для летчиков, а после революции получил место профессора математики в новом университете в Перми. В 1920 году, в конце Гражданской войны, Фридман вернулся в Петроград. На своем основном месте работы — в Главной геофизической обсерватории — он был ведущим специалистом по математической метеорологии и через несколько лет возглавил само учреждение, по сути став основателем советской метеорологической службы. По совместительству, на другом месте работы, он вместе с коллегой-физиком Всеволодом Константиновичем Фредериксом был главным советским экспертом по общей теории относительности Эйнштейна.

Специальная теория относительности была довольно хорошо известна в России еще до начала мировой войны. Общую же, четырехмерную геометрическую теорию гравитации Эйнштейн закончил в 1915 году, и из-за войны в Россию сведения о ней пришли с задержкой, только к 1920 году. До своей преждевременной кончины Фридман успел опубликовать две книги по теории относительности — философское введение и, вместе с Фредериксом, первый том — математический аппарат — из предполагавшегося многотомным учебника. И две революционные, очень короткие (много формул, но мало слов) статьи о космологических моделях, совместимых с общей теорией относительности. Год спустя, в 1925-м, он неожиданно заболел и скоропостижно скончался, не успев оставить никаких дополнительных комментариев и разъяснений своих фундаментальных идей. Признание эти работы получат намного позднее, а на тот момент никто еще не понимал, насколько важными они окажутся для последующего развития космологии.

magnifier.png Две знаменитые математические статьи Фридмана 1922 и 1924 годов часто обсуждаются в литературе, но описываются очень по-разному, уж слишком они лаконичны и в чем-то загадочны

Самые первые космологические модели, основанные на общей теории относительности, были предложены в 1917 году самим Эйнштейном и голландским астрономом Виллемом де Ситтером. Оба они считали естественным и необходимым критерием подходящей модели Вселенной условие постоянства радиуса кривизны пространства-времени. По другим своим свойствам эти модели различались, и на протяжении 1920-х годов в среде ведущих экспертов продолжался спор, какая из двух имеющихся теорий лучше соответствует реальной, наблюдаемой Вселенной. Основная и неожиданная, выходящая за рамки существовавшего дискурса идея Фридмана 1922 года состояла в предположении, что радиус кривизны Вселенной может быть не постоянным, а изменяться со временем, увеличиваться или уменьшаться. Первые читатели Фридмана считали такое требование неестественным и нежелательным: для них (да и для всех нас), конечно, более привлекательной казалась возможность жить в стабильном и вечном мире. Что же именно могло побудить Фридмана рассмотреть возможность нестационарной Вселенной? Этого он в своей короткой статье не объяснил, а сразу перешел к анализу следствий из этой гипотезы. Подставив условие равномерности и нестационарности кривизны пространства–времени в уравнения общей теории относительности, Фридман уже как профессиональный математик проанализировал и описал все возможные классы подходящих решений.

Существовавшие модели Эйнштейна и де Ситтера стали в теории Фридмана частными, граничными случаями более общей концепции. У Эйнштейна Вселенная была сферой постоянной кривизны в пространственных координатах, которая не менялась со временем. Множество таких возможных Вселенных было бесконечным: для любого положительного значения радиуса кривизны существовало математическое решение, определявшее остальные свойства эйнштейновского мира, например его плотность и массу, и можно было надеяться с помощью данных астрономии выбрать вариант, наиболее приближенный к реальности. Фридман расширил многообразие математически возможных моделей Вселенной на дополнительную бесконечность — его сценарии зависят не от одного, а от двух произвольных параметров (например, радиус кривизны и пространственная плотность материи в данный момент времени). Для сравнения с реальностью нужно было бы эмпирически (астрономически) измерить два таких независимых параметра, которые затем предсказали бы сценарий будущего и прошлого поведения Вселенной. Практически все фридмановские решения нестационарны: Вселенная расширяется или сжимается, за исключением отдельных частных случаев, таких как модель Эйнштейна.

Первая и, по сути, единственная непосредственная реакция экспертов на публикацию Фридмана 1922 года была отрицательной. Эйнштейн в двух коротких заметках сначала подверг сомнению математическую корректность фридмановских решений, но через год все же согласился с ними, но не придал им физического смысла. Пройдет почти десять лет, прежде чем Эйнштейн получит доступ к новым эмпирическим данным астрономов, указывающим на разбегание галактик, и, экстраполируя, сделает из них вывод о расширении всей Вселенной. В 1931 году Энштейн отказался от своей первоначальной модели в пользу нестационарной Вселенной, открыто признав правоту и приоритет Фридмана.

Вторым после нестационарности странным новшеством теории Фридмана были сингулярности, то есть моменты, когда Вселенная схлопывается в точку, а ее радиус кривизны и плотность становятся бесконечными. Все бесконечное многообразие математически возможных сценариев Фридман разделил на три качественно различных класса. В одном из них Вселенная начиналась из точки и ее бесконечная жизнь состояла в постоянном расширении. В другом классе сценариев изначальное расширение из точки с течением времени замедлялось, Вселенная достигала некоторого максимального радиуса, а затем начинался процесс сжимания и схлопывания обратно в точку. И лишь в третьем классе сценариев сингулярности не возникало: Вселенная начинала расширяться с конечного радиуса и ее расширение никогда не заканчивалось.

БИГБЕНГ ЛЕМЕТР.png
Жорж Анри Жозеф Эдуар Леметр — бельгийский католический священник, астроном и математик. Леметр в 1927 году, не будучи знакомым со статьями Фридмана, рассмотрел возможность нестационарного расширения для эйнштейновской Вселенной
Wikipedia

Инстинктивно и небезосновательно физики и прикладные математики относятся к сингулярностям с подозрением. В подавляющем большинстве случаев бесконечности в решениях уравнений означают, что упрощающие допущения, принятые в модели, в определенных ситуациях перестают соответствовать наличным физическим условиям. Модель в таких ситуациях уже не работает, и для описания действительных процессов нужно ее изменить на более сложную. Особенно часто не имеющие физического смысла математические бесконечности возникали в общей теории относительности из-за неподходящего для определенной задачи выбора системы координат, в то время как в другой системе координат задачу можно было бы решить, избежав появления сингулярностей. На этом фоне выглядит интересным и необычным, что Фридман отнесся к своим сингулярностям спокойно и без сомнений, воспринял их появление как должное, как реальные сингулярности, а не математические артефакты. Математически его правота состояла в том, что главные его результаты были инвариантными, не зависящими от системы координат. Но имели ли они физический смысл? Более естественным было считать, что нет, по крайней мере, так поначалу думали не только Эйнштейн и де Ситтер, но и другие основоположники релятивистской космологии — бельгиец Жозеф Леметр и англичанин Артур Эддингтон.

Леметр в 1927 году, не будучи непосредственно знакомым со статьями Фридмана, рассмотрел возможность нестационарного расширения для эйнштейновской Вселенной. Он вывел математическое уравнение, аналогичное основному уравнению Фридмана, но класс решений, соответствующий его изначальной гипотезе, был только один: тот, в котором расширение начинается с конечного радиуса и сингулярностей не возникает. Эддингтон в 1931 году поддержал Леметра и широко пропагандировал теорию «расширяющейся Вселенной», тоже только в том сценарии, при котором не возникало сингулярностей. Для него физический смысл имела модель Вселенной, начальное состояние которой имело конечную кривизну, а неустойчивость этого состояния приводила к последующему, бесконечному и постепенному расширению.

Идея Фридмана о возможном взрывном рождении Вселенной из сингулярности шла к признанию намного дольше и труднее, чем его идея нестационарности радиуса кривизны. В 1940-х годах ее стал продвигать Джордж Гамов, включив в модель ядерные реакции и образование химических элементов. Тогда она и получила от скептических оппонентов ироническое прозвище Big Bang. А общепризнанной в научном сообществе она стала только в 1960-е, через сорок лет после первой публикации Фридмана.

magnifier.png Идея Фридмана о возможном взрывном рождении Вселенной из сингулярности шла к признанию намного дольше и труднее, чем его идея нестационарности радиуса кривизны. В 1940-х годах ее стал продвигать Джордж Гамов, включив в модель ядерные реакции и образование химических элементов. Тогда она и получила от скептических оппонентов ироническое прозвище Big Bang

Третья же странность теории Фридмана до сих пор широко не обсуждается и сравнительно редко упоминается в литературе. Как математик, Фридман описывал наиболее полный набор возможных решений своих уравнений. Но при этом заметно, что наибольший его интерес вызвал класс сценариев, в котором Вселенная сначала расширялась из точки, а затем схлопывалась обратно в точку. Огромное большинство позднейших космологов понимали такой сценарий как конечный интервал существования Вселенной от рождения до смерти. Фридман тоже называл эти моменты сотворением мира и его гибелью, но при этом сам класс сценариев понимал как «периодический», то есть интерпретировал момент гибели одновременно как момент рождения новой Вселенной, то есть начало нового расширения.

Математические формулы одинаково позволяют обе интерпретации — один, конечный отрезок жизни Вселенной или же бесконечная цепочка таких циклов, в которой момент смерти отождествляется с воскрешением для новой жизни. В отличие от большинства современных космологов Фридман явно склонялся именно к такой, периодической картине развития Вселенной. И только для своего периодического сценария он сумел получить приблизительные эмпирические оценки. На момент написания статьи Фридмана разбегание галактик еще не было открыто и он не имел доступа к нужным астрономическим данным, указания на которые начнут понемногу накапливаться в литературе лишь после 1923 года. И все же на основе очень приблизительных оценок он вычислил для космологического периода значение в десять миллиардов лет, что по порядку величины удивительно близко к современным нам оценкам длительности расширения Вселенной, основанным на намного более точных наблюдениях.

Причину своего особого интереса к периодически умирающей и вновь возрождающейся Вселенной Фридман в статье тоже никак не объяснил — лишь заметил, что такая модель похожа на космологические представления древней индийской философии. Но если в сохранившихся записях самого Фридмана лирические подсказки найти трудно, может быть, нам поможет сравнение с его современниками и соотечественниками и тем, как они реагировали, воспринимали и интерпретировали теорию Эйнштейна?

Amazon.com // Энди Уорхол. Портреты Альберта Эйнштейна и Мэрилин Монро
Энди Уорхол. Портреты Альберта Эйнштейна и Мэрилин Монро
Amazon.com

 

Эйнштейн и Маяковский: Пространство-время и смерть-воскрешение

Шестого ноября 1919 года он встретился с ней, и жизнь их круто изменилась… Он был ученым, прежде известным лишь в сравнительно узких кругах физиков-специалистов. Она была не изображенной на картине, на тот момент еще физически не родившейся Мэрилин Монро, а символизируемой в ее образе популярной культурой. Газеты, объявившие в ноябре 1919 года о сенсационных результатах астрономической экспедиции — подтверждении новой революционной теории пространства-времени, — сделали Эйнштейна всемирной звездой, знаменитым как ниспровергатель Ньютона. Мыслитель-анахорет моментально стал объектом неустанного внимания журналистов и главным гик-символом эпохи, примерно как Монро позже станет ее главным секс-символом. Папарацци писали репортажи в бульварной прессе, сообщая о его высказываниях на любые темы, домохозяйки всех стран узнавали про Эйнштейна из текущих новостей, а практически каждый, кто считал себя интеллектуалом, все равно в какой области, должен был хотя бы делать вид, что что-то понимает в теории относительности.

magnifier.png В России известность пришла к Эйнштейну примерно с годичным запозданием вследствие изоляции от европейских новостей в ходе Гражданской войны. Но вызвала столь же бурную культурную реакцию, как и в Европе

В России известность пришла к Эйнштейну примерно с годичным запозданием вследствие изоляции от европейских новостей в ходе Гражданской войны. Но вызвала столь же бурную культурную реакцию, как и в Европе. Вся читающая и пишущая публика кипела и обсуждала Эйнштейна, кто-то в лад, но чаще, конечно, невпопад. Многие отклики повторяли то, что писали о теории относительности европейские издания, или были очень похожи на них, но встречались и комментарии культурно-специфические, отражающие российские реалии. На данный момент имеются серьезные исследования о восприятии теорий Эйнштейна в России профессиональными физиками и математиками. Огромный же массив непрофессиональных, околонаучных, популярных, литературных, мистических и прочих источников по этой теме изучен лишь точечно и в целом совершенно недостаточно.

Роман Якобсон оставил для нас описание, возможно, хронологически самого раннего из таких неожиданных комментариев. «Весной 1920 г. я вернулся [из поездки в Берлин] в закупоренную блокадой Москву. Привез новые европейские книги, сведения о научной работе Запада. М[аяковский] заставил меня повторить несколько раз мой сбивчивый рассказ об общей теории относительности и о ширившейся вокруг нее в то время дискуссии. Освобождение энергии, проблематика времени, вопрос о том, не является ли скорость, обгоняющая световой луч, обратным движением во времени — все это захватывало М-го. Я редко видел его таким внимательным и увлеченным. — А ты не думаешь, спросил он вдруг, что так будет завоевано бессмертие? — Я посмотрел изумленно, пробормотал что-то недоверчивое. — Тогда с гипнотизирующим упорством, наверное знакомым всем, кто ближе знал М-го, он задвигал скулами: “А я совершенно убежден, что смерти не будет. Будут воскрешать мертвых. Я найду физика, который мне по пунктам растолкует книгу Эйнштейна. Ведь не может быть, чтоб я так и не понял. Я этому физику академический паек платить буду”. Для меня в ту минуту открылся совершенно другой М.: требование победы над смертью владело им. Вскоре он рассказал, что готовит поэму — Четвертый Интернационал (потом она была переименована в Пятый), и что там обо всем этом будет. “Членом этого Интернационала будет Эйнштейн. Это будет куда важнее Ста пятидесяти миллионов”. М. носился в то время с проектом послать Эйнштейну приветственное радио — науке будущего от искусств будущего. Мы никогда впоследствии не возвращались в разговорах к этим темам. Пятый Интернационал остался незавершенным. Но эпилог поэмы Про это — “Вижу, вижу ясно до деталей… Недоступная для тленов и крошений — рассиявшись высится веками мастерская человечьих воскрешений”… Для меня нет ни малейшего сомнения, что это для М-го вовсе не литературный заголовок, это — подлинное мотивированное прошение к большелобому тихому химику XXX века».

БИГБЕНГ ЯКОБС МАЯК.png
Роман Якобсон и Владимир Маяковский
ЛитРес/statearchive.ru

Для Якобсона мечта Маяковского о связи теории относительности с победой над смертью и о воскрешении была интересна, но явно чужда и непонятна, и более подробной интерпретации он не дал. Поскольку он писал это в 1930 году как некролог Маяковскому, он переключился на другую тему — что Маяковский постоянно думал о смерти и его самоубийство не было неожиданным. Некоторые авторы предполагали, что Маяковский был последователем Николая Федорова и русского космизма, — правда, это ничем не подтверждается. Маяковский думал о воскрешении совсем не так, как Федоров, заботился он вовсе не о далеких предках, а о себе самом и о людях его поколения, слишком многие из которых ушли из жизни преждевременно и трагически, молодые и талантливые, в расцвете лет.

magnifier.png Но если Эйнштейн прав, если пространство и время — это, по сути, одно и то же, единый континуум, тогда, мог подумать Маяковский, появляется надежда, что в будущем благодаря науке человечество научится обращаться со временем примерно с такой же эффективностью, как с пространством, и сможет воссоздать ситуацию, когда друзья и любимые еще были живы

Понятно также, что ни Якобсон, ни Маяковский в физике как следует не разбирались, и при вторичном пересказе могла возникнуть дополнительная путаница. Но все же определенную логику в рассуждениях Маяковского можно усмотреть. Наш обыденный человеческий опыт трактует время и пространство по-разному. Пространством мы можем оперировать намного свободнее, перемещаться на далекие расстояния, смотреть в ту или в обратную сторону, возвращаться на прежнее место и т. д. У времени же мы в как будто плену и не можем с ним делать практически ничего, кроме как приблизительно вспомнить прошлое, потратить бесполезно или ускорить собственную смерть. Но если Эйнштейн прав, если пространство и время — это, по сути, одно и то же, единый континуум, тогда, мог подумать Маяковский, появляется надежда, что в будущем благодаря науке человечество научится обращаться со временем примерно с такой же эффективностью, как с пространством, и сможет воссоздать ситуацию, когда друзья и любимые еще были живы.

Продолжение здесь.

Еще по теме