Если мир обладает той или иной пространственной кривизной, то она может быть постоянной или зависеть от времени. Второе предположение и лежало в основе выдвинутой Фридманом в 1922 г. и уже не раз упоминавшейся модели расширяющейся Вселенной. Мы уже знаем, что обнаруженное впоследствии красное смещение спектров далеких звезд подтвердило модель Фридмана. Открытым является вопрос о характере расширения Вселенной. Сейчас еще нельзя сказать, происходит ли расширение как необратимый процесс или Вселенная пульсирует и расширение когда-нибудь сменится сжатием. Решение этого вопроса зависит от данных о средней плотности вещества во Вселенной и вообще от результатов астрономических и астрофизических наблюдений. Можно предположить, что вопрос будет решен однозначным образом в последней трети нашего столетия, т. е. до 2000 г.

От хода новой астрономической революции можно ожидать в этот период ответа и на другой кардинальный космологический и космогонический вопрос. Это вопрос о состоянии Вселенной в то время, когда она начала расширяться.

Если исходить из современных представлений о скорости расширения, то получится, что 7—14 млрд, лет назад Вселенная представляла собой сверхплотное тело. Какова была его температура? В 1946 г. Гамов выдвинул модель «горячей Вселенной» — предположение об очень высокой начальной температуре. Когда расширение Вселенной довело ее до средней плотности, равной плотности ядра, температура была около 10¹³ градусов, а раньше, при большей плотности, температура была еще выше.

Данные для того или иного решения вопроса о начальном состоянии Вселенной тесно связаны с астрофизическими наблюдениями и даже с работами, имеющими практический эффект. В 1965 г. в лаборатории фирмы Белл при изучении радиошумов было открыто тепловое излучение, приходящее на Землю со всех сторон с одной и той же интенсивностью. Из характера этого «реликтового» излучения вывели существование некоторой определенной температуры в межгалактическом пространстве и связали ее значение с начальной температурой Вселенной, как ее оценивает «горячая» модель. Многочисленные работы, связывающие эту модель с астрофизическими данными, оперируют трансмутациями элементарных частиц (в частности, аннигиляциями тяжелых частиц и сохранением нейтрино и некоторых других частиц).

С теорией элементарных частиц столь же непосредственно связана проблема симметрии Вселенной. В теории элементарных частиц рассматриваются вещество (электроны, протоны, нейтроны и т. д.) и антивещество (позитроны, антипротоны, антинейтроны и т. д.). Симметрична ли Вселенная в том смысле, что вещество и антивещество представлены в ней в количественно равных долях? Существуют теории, выводящие из новейших гипотез об элементарных частицах дисимметрию Вселенной — отсутствие макроскопических средоточий антивещества. Небесные тела и галактики, из которых состоит Вселенная, представляют собой вещество. Есть другие теории, предполагающие наличие антизвезд и целых антигалактик. Они включают космогонические концепции — допущение о некоторой первоначальной амбиплазме (от греческого слова «амбиос» — оба), состоявшей из вещества и антивещества. На некоторой стадии развития Вселенной в мощных неоднородных гравитационных и магнитных полях вещество и антивещество разделились без столкновений между частицами и античастицами. Последующая эволюция включает аннигиляционные процессы, к которым, в частности, апеллируют при объяснении мощного излучения квазаров.

Для современной космологии характерен ее интегральный характер. Упомянутые только что проблемы однородности, бесконечности, расширения, начального состояния и симметрии Вселенной могут быть решены только в рамках единой картины. Например, допущение о разделении амбиплазмы без столкновений частиц должно быть как-то согласовано с вытекающей из теории расширения Вселенной ее большой начальной плотностью в начальном состоянии. Таких связей много, и они в целом исключают возможность раздельного решения фундаментальных астрофизических проблем. Эти проблемы не могут быть решены и отдельно от построения более общей теории элементарных частиц. В то же время такие сравнительно частные проблемы, как природа сверхновых, природа квазаров и т. д., могут получить однозначное решение лишь в связи с решением фундаментальных проблем.

В современной астрофизике эйнштейновское требование «внутреннего совершенства» стало беспрецедентно настоятельным.

Подобное требование не может быть удовлетворено в рамках классического идеала научного объяснения. Этот идеал состоит в ссылке на ту или иную схему взаимодействующих дискретных тел как на последнее звено анализа. Новый, неклассический идеал научного объяснения исключает последние звенья анализа, он близок к нелинейному представлению Спинозы о природе, которая взаимодействует сама с собой, он вводит в науку представление о взаимодействии полей и самосогласованной системе частиц, чье существование, а не только поведение является результатом взаимодействия. Новый идеал научного объяснения состоит во включении в анализ бытия Вселенной существования определенных типов элементарных частиц и существования космоса, структура и эволюция которого зависят от трансмутаций частиц и в свою очередь определяют ход этих трансмутаций.

Смена идеала научного объяснения всегда оказывалась поворотным пунктом развития цивилизации. Что же может дать цивилизации новый, неклассический идеал науки?

В этой главе я хотел бы воспользоваться очень небольшой, но существенной для прогноза на 2000 г. возможностью охарактеризовать контуры послеатомной цивилизации. Бруно Понтекорво в упомянутой выше статье о физике элементарных частиц говорит, что вопрос о ее практическом эффекте — это «вопрос почти незаконный». Вот этим «почти» я и воспользуюсь.

До этого — одно замечание о смене этапов цивилизации в их зависимости от фундаментальных открытий и обобщений в физике. Эти этапы не отделены один от другого границами типа катаклизмов Кювье, стирающими основные черты каждого предыдущего этапа, чтобы создать чистое поле для следующего. Смена этапов скорее напоминает смену явлений в пьесе, разделенных ремаркой: «те же и такой-то». В XXI в. применения классической и атомной физики не сведутся к минимуму и даже не сократятся. Можно предположить, что на них распространится динамический эффект (возрастание ускорения) физики элементарных частиц.

Впрочем, так было и раньше. Универсальное применение классической электродинамики и классической электронной теории (электрификация производства) ускорило и сделало более разнообразным применение не только классической термодинамики, но и классической механики. Атомная энергетика привела к ускорению электрификации. Применение физики элементарных частиц вызовет «резонансный эффект» в классической и атомной физике.

Но центр резонанса сместится. В атомном веке таким центром служит энергетика — именно вовлечение в энергетический баланс чрезвычайно концентрированных и практически неисчерпаемых ресурсов энергии. Завершение этой тенденции, положение, когда расширение используемых энергетических ресурсов перестанет быть наиболее насущной научно-технической проблемой, можно считать завершением атомного века. Будет ли это в начале или в середине XXI в., зависит главным образом от реализации управляемых термоядерных процессов.

После этого главная научно-техническая проблема и центр «резонансного эффекта» будут состоять в концентрации максимальной энергии в возможно меньших пространственно-временных областях. Принципиально новые возможности такой концентрации могут быть связаны с процессом аннигиляции вещества и антивещества. Эти процессы, столь экзотические сейчас, станут, быть может, исходным научно-техническим звеном послеатомного века, подобно тому как экзотические в конце 30-х годов процессы деления ядер урана стали исходным звеном атомного века.

Ультрарелятивистские процессы трансмутации частиц могут освободить в случае аннигиляции всю энергию покоя, соответствующую всей массе покоя вещества. Согласно формуле Е = mс², эта энергия составит с² = (МО²⁰ эрг в грамме — в 10.000 раз больше энергии, выделяющейся при делении грамма урана. Чтобы получить грамм антивещества, способного аннигилировать, нужно затратить больше энергии, чем ее (выделяется при аннигиляции. Но, если бы удалось изолировать античастицы, отделив их от частиц, и воспрепятствовать на некоторое время их аннигиляции, мы получили бы аккумулятор, который может накопить в грамме вещества 9*10²⁰ эрг энергии (разумеется, это не техническая характеристика, а предельный, идеальный цикл — целевой канон техники аккумулирования). Можно представить себе изолированное, пойманное в какую-то вакуумную ловушку антивещество, состоящее из «антиатомов» — антипротонов и антинейтронов, окруженных позитронами. Можно взять и еще более гипотетический пример сверхъемкого аккумулятора. Вспомним о частицах большой массы, соединяющихся с колоссальным освобождением энергии связи, т. е. с образованием колоссального деффекта массы, в частицы, известные нам сейчас, или в те, которые станут известными в будущем. Таковы кварки Гелл-Манна и Цвейга, а также максимоны Маркова. Если бы такие частицы существовали, их можно было бы использовать как аккумулятор энергии, затраченной на получение указанных частиц в свободном состоянии. Вступая в очень интенсивные взаимодействия и превращаясь в частицы меньшей массы, они освобождали бы часть этой энергии. Но этот пример иллюстрирует лишь разнообразие вероятных или по крайней мере возможных путей хранения и последующего освобождения энергии, в принципе способной приблизиться к 9*10²⁰ эрг в грамме вещества. Независимо от неопределенности конкретных путей сама перспектива подобного аккумулирования представляется вероятной.