Телескоп Джеймс Уэбб — орбитальная обсерватория — может смотреть в прошлое на миллиарды лет назад. Он был запущен в космос в конце 2021 года, чтобы увидеть зарождение первых звезд и галактик. В первый же год работы он пережил удар микрометеорита и, несмотря на травму, прислал захватывающий отчет, который вызвал у ученых множество вопросов. В первую очередь — к основам современной космологии. О чем же нам доложил Джеймс Уэбб и как его отчет повлияет на мировую науку — разбираемся ниже.
Неувязочка вышла
Наверняка вы уже успели забыть об этой прошлогодней сенсации. Она облетела все каналы, посвященные науке, а затем утонула под грудой других новостей. На деле же она куда значительнее, чем многие другие инфоповоды.
Невероятно точный прибор прислал шокирующий отчет прямо из открытого космоса. Полученные им данные не объясняются существующими научными концепциями. Точнее, чуть ли не противоречат им.
Речь идет о господствующей в современной науке теории Большого взрыва. Возникновением мира считается тот момент, когда вся Вселенная начала расширяться. А Большой взрыв — это событие, после которого началось космологическое расширение, то есть точка отсчета. По современным данным, галактики все время удаляются друг от друга. Скорость их разбегания меняется вместе с расстоянием, но всегда по одному и тому же принципу, который называется постоянной Хаббла. Благодаря такому их постоянству, а также тому, что ученым известно, как пронаблюдать состояние космического объекта в прошлом, теория Большого взрыва сумела описать стадии развития Вселенной начиная с момента ее зарождения. Но данные космического телескопа о состоянии Вселенной в прошлом не сходятся с этим описанием.
Вообще-то в ходе экспериментов и наблюдений ученые регулярно получают данные, которые не вписываются в их концепции — и это не вызывает такого фурора. Это нормальная ситуация в научном мире, особенно — в космологии. По нескольким причинам. Во-первых, часто ученые думают, что та или иная несостыковка вызвана либо неточностью, либо ошибкой в полученных сведениях. И что со временем они улучшатся, поскольку повысится точность приборов — тогда вопрос отпадет сам собой. Во-вторых, отдельные противоречащие факты помогают ученым корректировать модели действительности, оставаясь в рамках господствующей научной парадигмы. Парадигма — это подход к знанию и природе реальности, а модели — отдельные интерпретации событий в этой реальности. Парадигма находится в основе любых моделей, это сам способ мыслить об окружающей действительности. У здорового незашоренного ученого небольшая неувязка в модели только разжигает азарт: это уникальный шанс улучшить теорию. В-третьих, космология в принципе имеет дело с достаточно невнятными данными. Мы зачастую не имеем возможности поставить управляемый эксперимент в этой сфере, не можем прийти и потрогать руками карликовую звезду и черную дыру. Любые данные подвергаются множеству интерпретаций — на основе общих законов физики, разумеется — чтобы их в принципе можно было понять. Данные вписывают в модели. Вы, наверное, представляете себе черные затягивающие воронки или темную густую массу, когда речь идет о черных дырах и темной материи — но это все условность. Никто понятия не имеет, как они выглядят в реальности.
Приходится выдвигать гипотезы, которые разрешают проблемы и помогают синтезировать разные данные, а иногда даже уточняют их интерпретацию. Чтобы проверить эти гипотезы, когда прямые подтверждения на практике получить невозможно — ученые нередко могут использовать только косвенные доказательства. Так что несостыковка зачастую указывает лишь на то, что какую-то информацию можно интерпретировать точнее или изменить одно из имеющихся научных предположений, потому что оно не подтвердилось.
Космология в принципе работает с концепциями и категориями, потому что занимается крупными вопросами на границе науки и философии: природой времени, природой пространства, возникновением мира, отношениями между наблюдателем и наблюдаемой реальностью. А при этом посмотреть со стороны на Вселенную — основной предмет изучения космологии — мы не можем. Ученые все время интерпретируют непонятные разрозненные данные и делают предположения, чтобы объединить их в цельную картинку. Из этого впоследствии складываются модели и теории, которые одни проблемы и противоречия решают, а вместе с тем порождают другие. Когда мы объединяем между собой разные теории, получаются совсем умозрительные концепции вроде теории струн. Так как они касаются крайне абстрактных вопросов, получается нечто среднее между научной моделью, философской концепцией и мифом — целостный взгляд на реальность.
Сейчас же противоречия в данном разделе космологии успели серьезно накопиться. Ученые с нетерпением ждали рапортов Джеймса Уэбба из его одиночной миссии, потому что надеялись, что он предоставит им более точную информацию, которая позволит устранить часть этих расхождений. А он только все еще больше запутал. Сомневаться в точности данных от Уэбба не приходится: он очень хорош в своем деле. Это самый мощный телескоп в истории человечества, который может запечатлеть состояние Вселенной сразу после ее зарождения: 13,5 млрд лет назад. Кроме того, высокоточная техника дает возможность проанализировать химический состав удаленных космических объектов: одна из основных задач прибора — поиск экзопланет. И он уже успел обнаружить много интересного за пределами Солнечной системы: наличие воды на планете WASP-96b, углекислый газ в атмосфере планеты WASP-39b, столкновение пяти галактик разом и древнейшую галактику из известных человечеству.
Наличие других крупных неувязок рождает серьезные опасения, что проблема кроется в теориях и концепциях, а не в фактах. За последние полвека концепцию Большого взрыва переработали уже дважды, чтобы устранить противоречия. А теперь они настолько серьезные, что, похоже, назрел переход научной парадигмы.
Собственно, теории Большого взрыва и расширения Вселенной как раз и ставятся под сомнение. Данные телескопа Уэбба сообщали о появлении первых звезд и галактик. И судя по ним, получается, что крупные галактики сформировались раньше, чем должны бы. Точнее, чем это следует из стандартной модели космологии. Можно провести аналогию. Это звучит примерно так: «внуки родились, когда их дед и бабка были детьми». Невероятно абсурдно! Будто бы пропущены обязательные звенья логической цепи. А в теории Большого взрыва такая цепь присутствует. Есть точная последовательность событий, произошедших вслед за зарождением Вселенной. Она логически следует из всего, что мы знаем о физических явлениях и процессах. Ученые пока не спешат заявлять о смене научной парадигмы. Но если она все же произойдет — это будет переосмысление фундамента наших представлений и научного знания.
Такие события не проходят бесследно для культуры: например, предыдущая смена парадигмы оказала невероятное культурное влияние на все человечество. Следующий сдвиг повлияет на то, как мы представляем себе Вселенную, как понимаем устройство мира и роль человека в нем, природу пространства–времени и другие фундаментальные категории. И на то, что мы вообще в таком случае знаем и можем знать об этой реальности.
Что нас ждет дальше?
Звучит все это весьма впечатляюще. Но очень уж расплывчато. Если мы откажемся от теории Большого взрыва, какая концепция может прийти ей на смену?
Предположения, конечно, революционные. Например, физик Смолин и философ Унгер думают, что сами законы физики могут эволюционировать, то есть развиваться и меняться с течением времени. Может даже, для них действует закон естественного отбора, и они конкурируют между собой за эффективность. Из этой гипотезы следует, что на заре Вселенной мир не просто был не таким, каким мы видим его сейчас на другой стадии развития — хуже, он работал и развивался иначе, по другим правилам. И законы, которыми мы сейчас пользуемся, к его прошлому состоянию не применимы. А еще это знак, и, что может быть в будущем привычные нам законы физики перестанут работать. И куда будет развиваться Вселенная с течением времени мы на самом деле предсказать не можем.
Физик Джон Уиллер еще радикальнее: он предполагает, что каждый акт наблюдения влияет одновременно и на прошлое, и на будущее. Когда мы подглядываем за Вселенной и получаем данные, например, из прошлого — мы тем самым их определяем. В таком случае то, что мы увидели, становится фактом, тогда как до этого таковым не являлся. И человек тогда — тоже немного творец Вселенной.
Пока не очевидно, как эти революционные идеи помогут лучше интерпретировать наблюдения, полученные телескопом Уэбб. Чтобы переосмыслить основы всей современной науки, возможно стоит в принципе лишиться «точки опоры» — и для начала отказаться от любых предположений. По крайней мере, не забегать слишком далеко вперед.
Ученые продолжают работать с новыми данными и искать ошибки в существующих моделях. Некоторые и искать не надо: в наличии серьезные расхождения между законами макро- и микромиров. Сдвиг парадигмы нас ожидает в любом случае. Вопрос только в том, какие вопросы или сведения станут последней каплей. Возможно, что те самые, которые мы получили от Джеймса Уэбба.
Ракурс меняет смысл
Трудно в принципе представить себе ситуацию, в которой люди остановились на безошибочной, идеально объясняющей все, теории. Опыт подсказывает нам, что каждая научная парадигма неизбежно содержит в себе ошибки. Поэтому научные революции будут продолжаться. Вовсе не удивительно, что этот момент вызывает такой трепет у научного мира — но что до того простым обывателям? Современная физика и космология настолько сложны и абстрактны, что только сами физики их и понимают. Так что для них мир перевернется, а для остальных останется прежним. Или все же нет?
Примерно так же люди относились к науке на рубеже на XIX—XX веков в преддверии великого открытия Эйнштейна. Потеря интереса к фундаментальным знаниям, ощущение, что наука зашла в тупик, массовое увлечение паранаукой и мистическими концепциями — одним словом, в обществе царили скептицизм и разочарование. Ситуация в научном мире тоже похожа на сегодняшнюю. Технические изобретения и усовершенствования сыплются без конца, но в решении ряда фундаментальных проблем не удается сдвинуться с места. Дисциплины непрерывно ветвятся, занимаясь все более узкими вопросами. На этом примере мы видим, как взаимосвязаны состояние науки и общества.
Правда, в конце XIX века физики наивно полагали, что им осталось разрешить несколько наиболее сложных проблем и логических неувязок, а после этого картина мира станет полной, и открывать будет уже нечего. Как раз эти нерешенные проблемы и заинтересовали Эйнштейна. В конце концов ему удалось все состыковать воедино — но для этого пришлось отказаться от старого способа мыслить. Известные ранее законы нашли свое место в новой теории, но их роль и значение поменялись.
Все перевернулось — сначала в науке, а затем и в научном сообществе. Открытие Эйнштейна вдохновило ученых по всему миру и стимулировало невиданный научно-технический прорыв. Теория относительности изменила наш взгляд на основы мироздания — пространство, время и гравитацию — а также на сами научные законы. Оказалось, что многие известные закономерности относительны: они работают именно так только в определенных ситуациях, а в других условиях будут работать по-другому. Оказалось, что многое зависит от принятой точки отсчета. Оказалось, что наш мир не ограничивается тремя измерениями, как принято было думать, а как минимум четырехмерен, при этом пространство и время образуют единый континуум. В итоге на основе теории относительности родились такие впечатляющие изобретения, как космические полеты, ядерная энергетика и навигационная система GPS. И современная научная парадигма, лежащая в фундаменте нынешней космологии. Разумеется, если сейчас господствующая парадигма сменится, технологический прорыв не заставит себя ждать, и человечество выйдет на новый уровень развития. Может быть, нам удастся продвинуться в космических технологиях — и вряд ли для кого-то это пройдет незамеченным.
Постепенно переворот произошел и в культуре. «Ничто не абсолютно, все относительно» — некоторое преувеличение, конечно, но теперь этот принцип пронизывает наше общество. Сначала идею подхватила богема и построила на ней искусство позднего модерна. Модерн ниспровергал абсолютные истины и экспериментировал с ракурсом восприятия, потому что оказалось, что ракурс влияет на понимание смысла. И эта же мысль стала откровением для гуманитарных наук. В 20-ые они переживали свой расцвет: появлялись новые течения и целые отрасли. А во второй половине XX века, когда мир отходил от тоталитаризма и войн, на смену идеологиям всеобщего блага пришла ценность индивидуальности. Признание, что у каждого есть его субъективная реальность, и чтобы ее понять, нужно встать на место другого и посмотреть с его ракурса. Сейчас эта мысль кажется очевидной, но в еще в начале XX века было принято других судить по себе, по своему опыту или по принадлежности к социальному классу. Все дело в привычке считать, что одинаковые причины приводят к одинаковым следствиям — как и в ньютоновской научной парадигме. И до сих пор идея относительности — да и следующие за ней идеи квантовой механики — того, что сама реальность зависит от наблюдателя, у многих с трудом укладываются в голове.
Однако мысль о том, что существует множество точек зрения и ни одна из них не является абсолютной истиной, в целом уже укоренилась в нашем обществе. Как и следствия из нее: критическое мышление и сознательное избавление от стереотипов. Большинство людей все-таки понимает: есть разница между представлениями, основанными на обыденном опыте, и научными постулатами об устройстве мироздания, которые все время корректируются и развиваются. Нет железобетонной истины, на которую можно безоговорочно положиться. Кто знает, насколько зыбкой окажется новая реальность — там, за порогом возможной научной революции. Но смена научной парадигмы еще на шаг приблизит нас к исполнению давней мечты человечества — созданию теории всего.
Автор: Екатерина Доильницына