Йэн Стюарт - Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

Альтернативные Большому взрыву теории продолжают появляться. Одну из последних предложил в 2014 году Саурья Дас и развил затем в соавторстве с Ахмедом Али; эта теория основана на интерпретации квантовой механики Дэвидом Бомом, в которой устранен элемент случайности. Квантовая теория Бома неортодоксальна, но вполне респектабельна; отмахиваются от нее потому, что во многих отношениях она эквивалентна стандартному подходу и отличается от него в основном интерпретациями, поэтому доказать ее ошибочность невозможно. Али и Дас оспаривают обычный аргумент в пользу Большого взрыва — когда расширение Вселенной отыгрывают назад до первоначальной сингулярности. Они указывают, что общая теория относительности перестает действовать прежде, чем достигается сингулярность, но космологи продолжают применять ее так, как если бы она по-прежнему работала. Али и Дас вместо этого применяют квантовую механику Бома, в которой траектория частицы имеет смысл и может быть вычислена. Это приводит к появлению небольшого корректирующего свободного члена в Эйнштейновых уравнениях поля, что устраняет сингулярность. Получается, что Вселенная, возможно, существовала всегда, и это никак не противоречит нынешним наблюдениям [94] Это тоже теория Большого взрыва, но без сингулярности. — Прим. ред. .

Конкурентам Большого взрыва приходится проходить суровые испытании. Если Вселенная была всегда, то большая часть содержавшегося в ней дейтерия должна была бы исчезнуть в процессе ядерного синтеза, но этого не произошло. С другой стороны, если срок жизни Вселенной конечен, но Большого взрыва не было, не появилось бы достаточное количество гелия. Эти возражения, однако, опираются на конкретные допущения об отдаленном прошлом Вселенной и игнорируют другую возможность: ведь могло произойти нечто столь же радикальное, как и Большой взрыв, но другое. Пока не появилось никакого конкретного альтернативного объяснения, которое было бы по-настоящему сильным, но и Большой взрыв тоже не выглядит особенно убедительно. Подозреваю, что лет через пятьдесят космологи будут отстаивать совершенно другие теории происхождения Вселенной.

В обществе преобладает представление о космологии, согласно которому вопрос происхождения Вселенной решен раз и навсегда теорией Большого взрыва; публика не видит разногласий между специалистами и игнорирует интересное, но непонятное многообразие альтернативных теорий, которые рассматриваются и обсуждаются в их среде. Кроме того, публика всегда склонна преувеличивать значение новейших идей и открытий — не важно, ортодоксальных или нет, — пока никто еще не успел критически их осмыслить. Я потерял счет случаям, когда какая-то группа космологов объявляла о получении неопровержимых доказательств существования инфляции — только для того, чтобы через несколько недель или месяцев ее данные получили иную интерпретацию или в них была обнаружена ошибка. То же, даже в большей степени, можно сказать и о скрытой массе. Темная энергия представляется более надежной, но даже ее существование спорно.

Типичный пример подтверждения, быстро превратившегося в опровержение, — это сделанное в марте 2014 года объявление о том, что эксперимент BICEP2 выявил такие особенности излучения, приходящего с больших расстояний, реликтов Большого взрыва, которые доказывают, вне всякого сомнения, верность инфляционной теории Вселенной. И (в качестве бонуса) подтвердил также существование гравитационных волн, предсказанных теорией относительности, но никогда прежде не наблюдавшихся. BICEP означает «Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization» («Фоновое изображение космической внегалактической поляризации»), а BICEP2 — специальный телескоп, измеряющий реликтовое излучение. В тот момент это сообщение наделало много шума; любое из заявленных открытий практически гарантировало авторам Нобелевскую премию. Но почти сразу другие группы начали думать, не могла ли быть истинным источником отмеченных закономерностей межзвездная пыль. И это не было пустым критиканством: астрономы уже некоторое время до этого обдумывали эту возможность.

К январю 2015 года стало ясно, что по крайней мере половина эффекта, обнаруженного BICEP2, вызвана пылью, а не инфляцией. К настоящему моменту все заявления команды полностью отозваны, поскольку после исключения из сигнала той его составляющей, которую вносит пыль, оставшаяся часть перестает быть статистически значимой. Турок, с самого начала критиковавший результаты BICEP2, указал также, что исправленные данные, вместо того чтобы подтверждать инфляцию, опровергают некоторые простые инфляционные модели.

Эта история поставила команду BICEP2 в неловкое положение и навлекла на нее критику за поспешные заявления. Ян Конрад в Nature отметил, что научное сообщество должно «заботиться о том, чтобы красочные доклады о несостоявшихся открытиях не затмевали более сдержанных рассказов о подлинных научных прорывах». В то же время эти события показывают реальную науку в действии, со всеми ее недостатками. Если никому не будет позволено совершать ошибки, научный прогресс остановится совершенно. Ситуация иллюстрирует также готовность ученых менять свое мнение , когда появляются новые данные или информация о том, что старые данные по каким-то причинам вводили в заблуждение. Данные BICEP2 — это хорошая наука; неверна была только интерпретация. В сегодняшнем мире мгновенной связи невозможно держать под спудом то, что представляется крупным открытием, до окончания полной проверки.

Тем не менее космологи регулярно делают громкие, захватывающие дух заявления на основе очень небольшого количества реальных данных и демонстрируют высшую степень уверенности в идеях, построенных на весьма шатком фундаменте. Высокомерие наказуемо, а возмездия в наши дни не приходится долго ждать. Дух божественного воздаяния, возможно, еще выйдет на сцену и сыграет главную роль.

Глава 12 завершилась словом «упс». Это был комментарий к тому факту, открытому совсем недавно, что скорости вращения галактик лишены обычного смысла. Вблизи центра галактика вращается довольно медленно, но скорость движения звезд возрастает с удалением от центра, а затем выравнивается. Однако и Ньютонова, и Эйнштейнова гравитация требуют, чтобы скорость вращения на окраинах галактики снижалась.

Космологи решили эту загадку при помощи постулата о том, что большинство галактик находится в центре обширного сферического гало [95] На самом деле гало может иметь более сложную форму. — Прим. ред. из невидимого вещества. Одно время они надеялись, что это просто обычное вещество, не излучающее достаточно света, чтобы мы могли видеть его на межгалактических расстояниях и называли холодным темным веществом. Считалось, что это может быть просто большая масса газа или пыли, светящаяся слишком слабо, чтобы мы могли ее заметить. Но по мере накопления данных стало ясно, что этот простой путь не годится. Согласно нынешним представлениям, темное вещество не похоже ни на что, с чем мы прежде встречались, даже в ускорителях частиц высоких энергий. Это загадочная штука, и его должно быть очень-очень много.