Минувшая декада дала ученым новые аргументы для старых споров: о черных дырах, о суперструнах, о врожденной грамматике и хоббите с острова Флорес.

Борислав Козловский

1. Есть ли волосы у черной дыры

Здесь столкнулись две главных теории XX века – квантовая механика (в лице нобелевского лауреата Герарда ‘т Хоофта и его коллеги-теорфизика Леонарда Зюскинда) и теория относительности (в лице астрофизика Стивена Хокинга и теоретика Кипа Торна). Черные дыры, вокруг которых еще в 1997 году разгорелся сыр-бор, практически похоронили надежду свести эти две теории воедино.

Из теории относительности следует, что заглянуть внутрь черной дыры нельзя. Свет, вещество и информация, которые туда попали, потеряны навсегда для внешнего мира. Знаменитая теорема Хокинга гласит: «У черной дыры нет волос» (No-hair theorem) – это идеально гладкий шар, начисто лишенный индивидуальных черт. Поэтому, глядя на черную дыру, вообще ничего нельзя сказать о том, что она недавно проглотила.

Но это радикально противоречит квантовой механике. Если мы в состоянии полностью описать систему сейчас, квантовые уравнения позволяют восстановить любой момент ее прошлого и предсказать любую секунду ее будущего. В частности, подробно описать все предметы, проглоченные когда-либо черной дырой.

Хокинг заявил: пора пересмотреть самые основы квантовой механики. Зюскинд и ‘т Хоофт возразили: с квантовой механикой все в порядке, зато теория относительности никуда не годится. Первым в 2005 году пошел на попятную Хокинг: он опубликовал статью, где в пух и прах разносил традиционные представления о черных дырах, откуда никто и ничто не возвращается. Дыры, констатировал Хокинг, сами дырявы, и иногда информация может оттуда утечь. Проверить это на опыте пока что невозможно, да и соавтор Хокинга, Кип Торн, не согласился с его аргументами – поэтому спор по-прежнему открыт.

2. Кто нагрел атмосферу

За XX век среднегодовая температура на Земле поднялась на 0,74±0,18°C. В Гренландии и Антарктиде тают ледники и уровень океана подымается. Это сухие факты, отрицать их бессмысленно. Но в начале нулевых ученые спорили о другом: что заставило планету нагреться – деятельность людей или естественные процессы? Для ответа нужно знать, что происходило с климатом прежде, чем заработали первые заводы и фабрики, которые выбрасывают в атмосферу парниковые газы.

Метеорологи следят за погодой по всему миру только последние 50-60 лет. Раньше имелись лишь отрывочные наблюдения, а каких-нибудь 500 лет назад на Земле и вовсе не было ни единого термометра. Палеоклиматологи реконструировали древний климат по самым экзотическим косвенным данным – это и годовые кольца на деревьях, и пузырьки газа в антарктическом льду. По всему выходило, что прежде таких резких температурных колебаний не случалось – и, значит, в потеплении виноваты все-таки люди. В 2006 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC) опубликовала официальный доклад именно с такими выводами.

Эти взгляды были предметом дебатов в нулевые годы. К примеру, еще в 2004 году журнал Science вышел со статьей, где доказывается, что колебания температуры в доисторические времена недооценены. Те же годовые кольца и скорость роста кораллов можно по-разному связать с погодой. Рецензия на эту работу, вышедшая в Nature, подытожила ее так: «Нынешнее потепление может быть не таким уж уникальным, как принято считать, и отчасти связано с естественными температурными циклами, а не только с тем, что люди выбрасывают углекислый газ в атмосферу». В пользу этой версии говорят и другие статьи о палеоклимате – про влияние на погоду космических лучей, многолетних циклов солнечной активности и других внешних причин.

И все же большинство ученых считает, что в глобальном потеплении виноваты люди – так что в научном сообществе основной спор ведется вокруг более или менее пессимистичных прогнозов. К концу декады у IPCC появились критики более радикального толка: к примеру, статья 2007 года в Science под заголовком «Конец консенсуса» обвиняет IPCC в слишком осторожных прогнозах. «Новые несогласные» убеждены: расчеты неточны, и на самом деле по нашей вине ледники растают раньше, уровень океана будет выше, и от глобального потепления пострадает куда больше народу.

3. Хоббиты из Индонезии: особый вид человека или недоразумение

Найти нового родственника всегда приятно, даже если он был коротышкой и жил 13 тысяч лет назад. Скелеты девяти древних людей неизвестного науке вида обнаружили в 2003 году на острове Флорес в Индонезии – все они отличались ростом в метр с небольшим и, судя по сопутствующим находкам, владели разными первобытными орудиями труда. Homo floresiensis, которого из-за низкого роста окрестили «хоббитом», спутал карты антропологам – в привычную картину эволюции человека он вписывался плохо.

Но в 2007 году индонезийский палеонтолог Тейку Джакоб высказал мнение, что «хоббиты» никакой не новый вид: карликами их сделала болезнь. В частности, он утверждал, что череп, который сохранился лучше всего, принадлежит микроцефалу (какие встречаются и среди современных людей). Но взять и признать «хоббитов» семьей карликов мешает разный возраст останков: самые старые из скелетов, если верить датировке, пролежали в земле 38 тысяч лет, а самые новые – всего 13 тысяч. Поэтому новая гипотеза, высказанная уже в 2008 году, предлагала считать все древнее население острова жертвами эндемического кретинизма – наследственной болезни, которая передавалась из поколения в поколение.

Чтобы разрешить спор о том, увечен ли «хоббит», ученые собираются выделить из костей митохондриальную ДНК и узнать, сильно ли она отличается от современной человеческой – был это действительно особый вид. Но поскольку кости сохранились плохо, это будет сделать трудно.

4. Нужна ли нам теория струн

В 2006 году вышли две знаковые книги – Not Even Wrong («Это даже не неверно») Питера Войта и Trouble with Physics («С физикой что-то не то») Ли Смолина, – в которых авторы, известные теоретики, критикуют повальное увлечение коллег теорией струн. Дебаты на эту тему в Национальном музее естественной истории США собрали полный зал (выступали Брайан Грин, автор «Элегантной Вселенной», главной популярной книги про струны, и Лоуренс Краусс, автор книги «Физика звездного пути»).

Мы живем в 26-мерном пространстве, где все добавочные измерения просто «свернуты в трубочку». Так, в нулевом приближении можно описать картину мира теории струн, а это, похоже, самая популярная область у нынешних теорфизиков.

Первые идеи возникли еще 40 лет назад, но всплеск популярности теории пришелся на начало 2000-х. Десятки тысяч статей, головокружительная математика, самые цитируемые ученые – все это здесь. Теория подкупает с первого взгляда (взять хотя бы популярные рисунки многообразий Калаби-Яу, трехмерные срезы невообразимых многомерных пространств), про нее разговаривают в сериалах с миллионной аудиторией (взять хотя бы «Теорию Большого взрыва»). Но есть один недостаток – теория струн не предлагает гипотез, которые современные приборы могли бы проверить.

Вот почему физики спорят не столько об утверждениях теории струн, сколько о потребности в ней самой. Главный вопрос: стоит ли изобретать сущности без необходимости и есть ли за ними хоть какая-то реальность, раз математически все так безупречно согласовано?

Кто прав, мы не знаем – для ответа, судя по всему, придется ждать появления мегаколлайдеров, еще более мощных, чем БАК. Или каких-нибудь совсем неожиданных открытий астрофизиков.

5. Сколько было Больших взрывов

Большой взрыв был придуман в 1920-е годы, и с тех пор его много раз пытались отменить. Дольше всего продержалась теория стационарного состояния Фреда Хойла (который и придумал термин «Большой взрыв» в качестве дразнилки для оппонентов): Вселенная, конечно, растет, но устроена в любой момент времени одинаково – вот суть его взглядов.

Самая свежая попытка переписать космическую историю принадлежит Роджеру Пенроузу, знаменитому математику и физику. В ноябре 2010 года он опубликовал препринт (в соавторстве с не очень известным армянским физиком Ваагном Гурзадяном), где доказывает, что Больших взрывов было много и стоит ждать новых. На карте реликтового излучения, «эха» Большого взрыва, Пенроуз отыскал нечто вроде «кругов по воде» от еще более давних событий такого рода.

За несколько лет до этого появилась похожая теория – про периодические Большие взрывы. «Наш» взрыв, описанный во всех учебниках астрономии, не начало времен, а всего только начало новой эры, одной из многих.

Сторонники Большого взрыва яростно с этим спорят, но надежного описания начала времен предложить не могут. По определению, в сам момент Большого взрыва физические понятия вроде массы, пространства и времени не имели смысла. А для событий, которые последовали прямо за ним, предложен механизм космической инфляции – стремительного «раздувания» и «пузырения» космоса. Но и этот механизм только гипотеза.

Источник: «Сноб»