Однако это подразумевает, что мы вполне можем застрять на непроверенных гипотезах и устаревших идеях, когда нам не хватает новых данных. В фундаментальной физике мы словно канарейка в шахте. И лучше бы нам не сидеть безучастно на земле, потому что социальные конструктивисты глядят в оба, предвкушая добычу.
И канарейка чувствует себя неважно. Казалось бы, ученые, с их профессиональной обязанностью быть объективными, должны защитить свою творческую свободу и восстать против необходимости угождать коллегам, чтобы обеспечивать себе дальнейшее финансирование. Но они этого не делают.
Есть несколько причин, почему ученые принимают участие в этом безобразии. Одна состоит в том, что те, кто не в силах терпеть подобную ситуацию, уходят, а тех, кто остается, все вполне устраивает – или, может, им просто удается убедить себя, что все в порядке[97]. Другая причина заключается в следующем: размышления о том, как лучше всего провести исследование, отнимают время у самого исследования и приводят к конкурентному отставанию. Несколько друзей из лучших побуждений пытались отговорить меня от написания этой книги.
Но главная причина в том, что ученые доверяются науке. Они не беспокоятся. «Такая система», – пожимают они плечами, а затем рассказывают себе и всем, кто готов слушать, что это не имеет значения, ведь они верят, что наука в любом случае работает, тем или иным образом. «Послушайте, – говорят они, – наука всегда работала». И проповедуют новаторство по наитию. Неважно, что мы делаем, гласит проповедь, все равно нельзя провидеть достижения. Все мы неглупые люди, так позвольте же нам заниматься своим делом и изумляться непредвиденным побочным результатам, когда те будут случайно появляться. Разве вы не слышали: Тим Бернерс-Ли изобрел Всемирную паутину для того, чтобы помочь специалистам по физике элементарных частиц обмениваться данными?
«Все сойдет» – это, конечно, славная идея, но если вы считаете, что неглупые люди лучше всего работают, когда свободно следуют своим интересам, то вы должны убедиться, что они могут-таки свободно следовать своим интересам. И ничегонеделания недостаточно.
Я насмотрелась этого в своей собственной области исследований, о чем и рассказывается в данной книге. Но это проблема не только оснований физики. Почти все ученые сейчас отягощены скрытым конфликтом интересов между финансированием и честностью. Даже от исследователей, работающих по бессрочным контрактам, сегодня ожидаются непрерывный поток высокоцитируемых публикаций и добывание грантов, а и то и другое требует постоянного одобрения коллег-рецензентов. Чем больше одобрят коллеги, тем лучше. И наоборот: открыто говорить о недостатках чьей-либо исследовательской программы – значит перечеркивать чьи-то шансы на финансирование в будущем. Мы заряжены на то, чтобы производить все больше того же самого.
Вы добьетесь куда большего в подобной игре, если вам удастся убедить себя в том, что это все еще хорошая наука. Очевидно, что я в этом не преуспела. «Законы, как и сосиски, уважают тем больше, чем меньше знают, как они делаются», – сострил Джон Годфри Сакс. Он имел в виду гражданские законы, но сегодня то же можно сказать и о законах природы.
Подкоп под темноту
В 1930 году Вольфганг Паули постулировал существование новой частицы – нейтрино, – чтобы объяснить загадочную потерю энергии при радиоактивном распаде. Он назвал это «отчаянным средством» и признался своему коллеге, астроному Вальтеру Бааде: «Сегодня я совершил ужасную вещь, совершенно недопустимую для физика-теоретика. Я выдвинул гипотезу, которую никогда нельзя будет подтвердить или опровергнуть экспериментально»[98]. Существование нейтрино было экспериментально подтверждено четверть века спустя.
Со времен Паули постулирование новых частиц стало любимым занятием теоретиков. У нас имеются: преоны, сфермионы, дионы, магнитные монополи, симпы, вимпы, вимпзиллы, аксионы, гигантские магноны, максимоны, «макро», скирмионы, стерильные нейтрино (и это я перечислила только самые популярные)[99]. У нас даже есть «нечастицы». Ни одну из них никто никогда не видел, но их свойства тщательно описаны в тысячах опубликованных научных статей.
Первое правило изобретения новой частицы звучит так: вам нужна уважительная причина, почему эта частица еще не была обнаружена. Вы можете постулировать, что для ее рождения нужна слишком большая энергия, или что эта частица взаимодействует слишком редко – и чувствительности существующих детекторов просто не хватает, или и то и другое.
Схоронить новые частицы подальше, на высоких энергиях, особенно модно в физике высоких энергий. Для рождения частицы много энергии может требоваться либо потому, что сама частица очень массивна, либо потому, что частица сильно взаимодействующая и, чтобы ее увидеть, связь нужно разорвать. Альтернативный вариант – объяснять отсутствие обнаружения предполагаемой слабостью взаимодействия – больше приветствуется в астрофизике, поскольку такие частицы становятся неплохими кандидатами на роль темной материи. В совокупности и те и другие частицы составляют так называемый скрытый сектор теории.
Вселенная что-то от нас скрывает. Мы знаем об этом с 1930-х годов, когда Фриц Цвики направил стодюймовый[100] телескоп Хукера на скопление Волосы Вероники – несколько сотен галактик, связанных взаимным гравитационным притяжением. Галактики движутся со средней скоростью, определяемой суммарной массой скопления, удерживающей их вместе. Цвики, к своему удивлению, обнаружил, что движутся они значительно быстрее, чем могла бы объяснить их общая масса. Он предположил, что скопление содержит дополнительное невидимое вещество, и назвал его dunkle Materie – темной материей.
Это не осталось единственной странностью в небе. Когда Вера Рубин сорок лет спустя изучала вращение спиральных галактик, то заметила, что звезды во внешних областях галактик обращаются вокруг центра быстрее, чем должны были бы. Так происходило в каждом из более чем шестидесяти исследованных ею случаев. Скорость, необходимая для того, чтобы звезда оставалась на устойчивой орбите, зависит от суммарной массы в центре траектории движения. И раз внешние рукава галактик так быстро вращаются, значит, галактики должны содержать больше вещества, чем можно увидеть. Они должны содержать темную материю.
По мере того как проводились все новые эксперименты, накапливались доказательства, что подобное происходит во Вселенной повсюду. Флуктуации реликтового излучения согласуются с другими данными, только если мы добавляем в расчеты темную материю. Темная материя также нужна, чтобы привести формирование галактических структур во Вселенной в соответствие с данными наших наблюдений. Без темной материи Вселенная просто не выглядела бы такой, какой мы ее видим. Следующее доказательство связано с гравитационным линзированием – искривлением траектории света, вызываемым искривлением пространства-времени. Скопления галактик отклоняют свет больше, чем может объяснить их видимая масса. Там должно быть что-то еще, чтобы столь сильно искривлять пространство-время.
Сначала родилось предположение, что галактики содержат неожиданно много трудноразличимых звездных объектов вроде черных дыр или коричневых карликов. Но такие объекты должны тогда присутствовать и в нашей Галактике, вызывая существенно большее гравитационное линзирование, – чего не наблюдается. Идея, согласно которой темная материя состоит из сверхкомпактных объектов с массами гораздо меньшими, чем у типичной звезды, не была полностью сброшена со счетов, поскольку они бы не искривляли траектории света в достаточной степени, чтобы вызвать поддающееся наблюдению гравитационное линзирование. Неясно, однако, как вообще подобные объекты сформировались бы. Поэтому физики сейчас оказывают предпочтение другому типу темной материи.
Объяснение, привлекшее больше всего внимания, заключается в следующем: темная материя состоит из частиц, которые собираются в облака и окружают видимые диски галактического вещества почти сферическими гало. Но известные частицы практически все слишком сильно взаимодействуют и слишком сильно сгущаются, чтобы образовывать такие гало. Исключение – нейтрино, но они чересчур легкие, слишком быстро движутся и недостаточно скучиваются. Получается, из каких бы частиц темная материя ни состояла, это нечто новое.
Второе правило изобретения новой частицы таково: вы должны обосновать, почему она вот-вот будет обнаружена, иначе никому до нее и дела не будет. Довод не обязан быть веским – все коллеги и так хотят вам поверить, – но вы должны предоставить людям объяснение, которое они смогут повторять. Распространенный способ сделать это – выискать какие-нибудь численные совпадения и затем объявить, что они намекают на новую физику в запланированном на будущее эксперименте, причем использовать при этом такие выражения, как «естественное объяснение» и «многообещающая связь». Если ваша идея таких совпадений не порождает, не волнуйтесь – просто попытайте удачи со следующей идеей. Чисто статистически вы иногда будете попадать в яблочко.
Особенно удачное численное совпадение, инициировавшее много исследований в астрофизике, – так называемое WIMP-чудо. WIMP («вимп») означает «слабо взаимодействующая массивная частица» (Weakly Interacting Massive Particle). Эти частицы сейчас самые главные кандидаты на роль темной материи, не в последнюю очередь потому, что их легко включить в суперсимметричные теории. Исходя из их массы и силы взаимодействия, мы можем оценить, сколько вимпов образовалось бы в ранней Вселенной. Расчеты дают правильную распространенность темной материи – близко к измеренному значению в 23 %. Вот это соответствие и называют WIMP-чудом.