Пульсирующая Вселенная - Николай Николаевич Горькавый
Классический пример: теория Эйнштейна в 1915 году была завершена в математическом смысле. С теоретической точки зрения она была хороша тем, что являлась общерелятивистской и переходила для случая слабых полей в теорию гравитации Ньютона. С наблюдательной точки зрения она достигла успеха в объяснении загадочного аномального смещения перигелия Меркурия. Но этого было недостаточно для общего признания этой теории. Эйнштейн предсказал, что искривление света звезды в поле Солнца будет в 2 раза больше, чем в ньютоновской теории. В 1919 году это искривление было измерено Эддингтоном, и величина отклонения изображения звезды указала на справедливость теории Эйнштейна — только после этого ОТО стала широко распространяться в научной среде.
Сто лет спустя о такой однозначности и проверяемости космологических теорий можно только мечтать. В 2013 году команда космической обсерватории «Планк» опубликовала новые карты реликтового излучения. Появилось две интерпретации этих результатов: инфляционисты объявили, что они полностью подтверждают теорию инфляции и что книга космологии дописана до конца! С другой стороны, Пол Стейнхард (профессор из Принстона, один из основателей теории инфляции), Абрахам Лоеб (профессор, главный астроном Гарварда) и молодой доктор наук из Германии Анна Иджас пришли к противоположному выводу! Они опубликовали статью в январском номере «Scientific American» за 2017 год, где утверждали на основе результатов «Планка»: «Последние астрофизические измерения вместе с теоретическими проблемами вызывают сомнения в общепринятой инфляционной теории ранней Вселенной и указывают на то, что нам нужны новые идеи». Это расхождение мнений означает, что в рамках инфляционной теории не было сделано однозначного предсказания, которое можно было бы проверить данными «Планка».
Трио этих авторов применили критерии Поппера к квантовой теории инфляции. Они пишут: «Инфляция требует, чтобы Вселенная была заполнена энергией высокой плотности, которая гравитационно самоотталкивается, тем самым усиливая расширение и заставляя его ускоряться. Однако важно отметить, что этот важнейший ингредиент, называемый инфляционной энергией, является чисто гипотетическим; у нас нет прямых доказательств его существования. Более того, за последние 35 лет выдвинуты буквально сотни предположений относительно того, какой может быть инфляционная энергия, каждое из которых порождает очень разные темпы инфляции и очень разные суммарные величины растяжения. Таким образом, очевидно, что инфляция — это не точная теория, а очень гибкая структура, охватывающая множество возможностей». Авторы считают, что теория инфляции малопригодна для новых предсказаний: «Сможем ли мы предсказать количество и расположение галактик в космосе? Насколько пространство искривлено и изогнуто? Количество материи или других форм энергии, из которых состоит нынешняя Вселенная? Ответ — нет. Инфляция — настолько гибкая идея, что возможен любой результат».
Эта статья инициировала знаменитую дискуссию 2017 года и вызвала ответную статью, в которой 33 автора, включая нобелевских лауреатов, выступили в защиту инфляции. Не вдаваясь в детали этого спора, вспомним историю, которая случилась несколькими годами раньше. Группа ученых, анализирующих данные антарктической обсерватории BICEP, которая работает на Южном полюсе, объявила в марте 2014 года об открытии следов гравитационных волн, предсказанных теорией инфляции. Это был воспринято как триумф теории инфляции. Вот как высказывались весной 2014 года научные обозреватели и сторонники теории инфляции:
«Недавние результаты, полученные на установке BICEP2 рядом с Южным полюсом, показывают, что амплитуда гравитационных волн может оказаться очень большой, вплоть до r 0,2, близко к тому, что предсказывают простейшие варианты хаотической инфляции. Если эти результаты подтвердятся, то это достижение будет сопоставимо по значению с открытием бозона Хиггса» (Андрей Линде, газета «Троицкий вариант»).
«...инфляция — прекрасная теория, у которой есть большие проблемы с наблюдательным подтверждением. Важность результата BICEP (точнее, установки второго поколения BICEP2), если он окажется верен, — именно в подтверждении инфляционной модели» (Сергей Попов, «Радио Свобода»).
«В астрофизическом сообществе это сообщение вызвало эйфорию, и она вполне оправданна. Результат BICEP2 — если он действительно подтвердится — впервые открывает возможность экспериментальной проверки свойств Вселенной в эпоху космической инфляции, отстоящую от момента Большого взрыва на ничтожную долю секунды. Теория инфляционной вселенной, остававшаяся до сих пор любопытной, захватывающей воображение, пусть правдоподобной — но все-таки гипотезой, превратилась в факт биографии нашей реальной Вселенной» (Игорь Иванов, elementy.ru).
История с BICEP имеет два интересных момента.
Во-первых, поверив в то, что открытые гравитационные волны стали железным доказательством теории инфляции, ряд научных обозревателей откровенно признали, что раньше теория инфляции была лишь гипотезой, которая имела «большие проблемы с наблюдательным подтверждением».
Во-вторых, три месяца спустя, в июне 2014 года, это «открытие» гравитационных волн было опровергнуто — полученный сигнал оказался связан не с гравитационными волнами, а с распределением космической пыли. И знаете, что вызывает тревогу? Не сама ошибка наблюдений, от чего никто не застрахован, а тот факт, что «гибкая» теория инфляции легко пережила эту историю! Потому что у нее осталось достаточно вариантов, которые предсказывают практически любой уровень гравитационных волн.
Это настораживает любого трезвого ученого. Оглядываясь на критерии Карла Поппера, применимые ко всем научным теориям, логично задаться вопросом: не является ли теория инфляции многопараметрической моделью ad hoc? Она построена для объяснения существующих фактов (и успешно делает это с помощью подкручивания имеющихся свободных параметров), но не способна предсказать конкретные эффекты, которые могли бы ее фальсифицировать — или бесспорно (без споров!) ее подтвердить. Инфляционисты своей гибкостью успешно избегают фальсифицируемости своих моделей, одновременно разрушая их проверяемость — в полном соответствии с анализом Карла Поппера.
Еще раз подчеркнем теоретическую необоснованность тории инфляции. Любая космологическая модель, которая не вводит ранее неизвестных сущностей, неизмеримо предпочтительнее любых гипотез, которые базируются на гипотетических трюках. Выход за рамки проверенных теорий дает космологическим моделям такую свободу, что вопрос о наблюдательных проверках отступает на второй план.
Когда книжный герой для решения своих проблем достает из кармана волшебную палочку, то книга сразу переходит из жанра реализма в фэнтези. Когда космолог предполагает существование скалярного антигравитирующего поля («гипотеза инфлатона») в начале расширения Вселенной или использует идею множества вселенных с различными наборами физических законов («гипотеза мультиверса»), то он совершает аналогичную смену жанра. Конечно, у таких гипотез есть как масса сторонников (как и у жанра фэнтези), так и множество противников. Например, Сабина Хоссенфельдер в своей книге «Уродливая Вселенная» (2020) так описывает разнобой