Сила аномалій

Абрахам Леб

Рушіями наукового прогресу часто бувають сюрпризи. Збір даних нагадує складання пазлів – деякі з них аж ніяк не бажають приєднуватися до інших. Для вчених природно інстинктивно стверджувати, що цей пазл сюди не підходить, адже, можливо, до його появи призвела лише помилка в розрахунках або неправильна інтерпретація результатів експерименту. Часто це і справді так. Але будь-яка аномалія обов’язково сигналізує про порушення якогось дуже шанованого, але неповного закону природи, винятку з правила або якогось непередбачуваного сюрпризу, що в підсумку може привести до появи нової фізики.

Серед відомих історичних прикладів таких відкриттів можна назвати відкриття планківського спектра у випромінюванні чорного тіла, якого не могла пояснити класична фізика і який започаткував квантову механіку. Британський фізик Лорд Кельвін у 1900 році назвав цю аномалію "хмарою”, яка затьмарює “красу і ясність теорії динаміки”, проте згодом наукова спільнота визнала її революційну роль у розвитку сучасної фізики. Недавніший приклад стосується відкриття квазікристалів. Це стан твердого тіла, що суперечить трансляційній симетрії. Їх випадково відкрив Ден Шехтман у 1982 році, і десятиліттями відкриттю не довіряли, адже воно порушує підручникові теорії. В кінцевому підсумку, однак, 2011 року воно принесло автору Нобелівську премію з фізики.

Невирішені аномалії є і в сучасній науці. Однією з найвідоміших з них є розбіжність між значенням константи Габбла H₀ (швидкість розширення Всесвіту), яку визначили на основі спостереження за спалахами наднових, і тим значенням, яке ця константа мала лише через 400 000 років після Великого вибуху, яке виміряли на основі обчислення яскравості анізотропії у космічному мікрохвильовому випромінюванні. Якщо ця аномалія не є помилкою, то вона може сигналізувати про існування стерильних нейтрино, які утворюються унаслідок розпаду темної матерії. Інший приклад – аномально сильне поглинання електромагнітного випромінювання атомами водню на світанку існування Всесвіту, що виявив експеримент EDGES. Це може свідчити про якусь нову невідому взаємодії між звичайною і темною матерією.

Більшість аномалій пов’язують з хибною інтерпретацією помилок в експериментах. Помилковими виявилися, наприклад, твердження про існування нейтрино, що рухаються швидше за світло, та слідів гравітаційних хвиль в космічному мікрохвильовому випромінюванні. Однак деякі аномальні дані таки опираються спробам їх спростувати і обіцяють нові відкриття.

Відчайдушні науковці, які надають перевагу аномальній перспективі, яка відрізняється від загальноприйнятої ортодоксії, часто є рушіями прогресу. З іншого боку барикад перебувають шановані, але консервативні лідери наукової спільноти, які намагаються довести їхню неправоту. В дискусії між двома таборами часто народжуються нові істини. Наприклад, коли Цецилія Пейн-Ґапочкін під час захисту своєї дисертації в Гарвардському університеті припустила у 1925 році, що Сонце складається переважно з водню, а не має таку саму структуру, як Земля, поважний директор Астрономічної обсерваторії Прінстонського університету Генрі Норріс Рассел сказав, що це помилка, і переконав її не включати цю тезу в опублікований текст дисертації. Згодом Рассел визнав, що помилявся насправді він.

Інший відомий приклад: коли у 1973 році Яків Бекенштейн припустив, що чорні діри мають ентропію, пропорційну площі їх горизонту подій, його науковий порадник Джон Вілер назвав цю ідею “настільки божевільною, що вона може бути правдивою”. Стівег Гокінг намагався довести, що це не так, але натомість здійснив пророцтво Вілера і відкрив радіацію Гокінга – свій найвідоміший внесок в науку.

Мораль цих історій така: коли вчені бачать “жабу”, вони не повинні одразу її топтати, адже, можливо, у тілі жаби живе принцеса.